본문내용
1. 이론적 배경
1.1. 일반적인 알데히드의 반응
일반적인 알데히드의 반응은 다음과 같다.
알데히드에 염기를 가하면 알돌 반응이 일어나는데, 이때는 알파위치에 음이온이 생겨서 enolate가 형성된다. 그러나 알파 수소가 제거될 수 없는 알데히드, 즉 벤즈알데히드와 같은 경우에는 알돌 반응이 일어나지 않는다. 이런 경우 수산화 이온이 카보닐 탄소를 공격하여 산화-환원 반응이 일어나게 된다.
이 반응은 알파음이온이 생성될 수 없는 알데히드가 강염기 조건하에서 일어나는 불균등화 반응으로, 알코올과 카르복실산이 동시에 생성되는 반응이다. 이를 카니차로 반응(Cannizzaro reaction)이라고 한다.
카니차로 반응의 메커니즘을 보면, 수산화 이온이 먼저 카보닐 탄소를 공격하여 중간체가 형성된다. 이때 C=O 결합이 끊어지면서 C-O(-) 결합이 생성되고, 이 중간체에서 O(-)가 다시 중앙 탄소로 이동하면서 OH(-)가 이탈한다. 그 결과 원래의 알데히드 분자가 산화되어 카르복실산이 되고, 다른 알데히드 분자가 환원되어 알코올이 생성된다.
이처럼 카니차로 반응은 알파 수소를 제거할 수 없는 알데히드가 강염기 조건하에서 일어나는 자동 산화-환원 반응이다.""
1.2. 카니차로 반응(Cannizzaro reaction)
1.2.1. 정의
카니차로 반응(Cannizzaro reaction)의 정의는 다음과 같다.
알파 수소가 없는 알데히드에 강염기를 작용시키면 알코올과 카르복실산이 동시에 생성되는 자동 산화-환원 반응을 말한다. 이때 알코올이 환원생성물로 작용하고 카르복실산이 산화생성물로 작용한다. 알파 수소가 없는 알데히드, 즉 벤즈알데히드와 같은 경우 알돌 반응이 일어나지 않으므로 이 카니차로 반응이 일어나게 된다. 강염기 존재 하에서 알데히드의 카보닐기에 친핵성 공격을 하여 알데히드가 환원되어 알코올이 되고, 다른 알데히드 분자가 산화되어 카르복실산이 생성되는 반응이다.
1.2.2. 반응 메커니즘
히드록시기가 친핵성 공격을 하게되면 바로 염기성 조건의 히드록시기가 바로 반응물의 형태가 되므로 NaOH조건이 필요하다. 이때 카르복실기의 이중결합이 열리면서 음의 하전이 카르복실기의 산소에 위치하게 된다. 그다음 음의하전이 다시 중앙의 탄소로 내려오면서 공격해 들어온 히드록시가를 이탈한다. 왜냐하면 이 반응계에서 히드록시기가 가장 안정한 리빙그룹으로 작용하기 때문이다. 그렇게 되면 출발물질과 동일한 형태의 알데히드가 되어버린다. 결국 반응이 진행되니 않은것과 같은 식으로 90%이상은 이러한 반응이 진행된다. 나머지 10%의 반응은 hydride가 leaving group으로 작용하는 반응이다. 알데히드보다 산소가 하나 많은 산과 산소가 하나 적은 알콜이 만들어진다. 수소음이온의 이전이 없이는 설명이 불가능한 상황이 전계된다. 그래서 이것을 hydride transfer 라 한다.
1.3. 알돌 축합반응(Aldol condensation)
알돌 축합반응(Aldol condensation)은 유기화학에서 중요한 반응 중 하나이다. 이 반응은 알파 수소가 있는 알데히드나 케톤에 염기를 가하면 알파 탄소에 음이온이 생성되어 다른 알데히드나 케톤의 카보닐 탄소에 친핵성 첨가 반응이 일어나는 것이다.
이 반응의 결과로 베타-히드록시 알데히드나 케톤이 생성된다. 이 화합물은 다시 탈수 반응을 거쳐 알파-베타 불포화 알데히드나 케톤으로 전환될 수 있다. 알돌 축합반응은 산이나 염기를 촉매로 사용할 수 있는데, 염기 촉매 하에서는 enolate 중간체를 거치는 반면 산 촉매 하에서는 oxocarbenium ion 중간체를 거친다.
알돌 축합반응은 다양한 화합물 합성에 활용되는데, 특히 의약품 및 향료 분야에서 중요한 역할을 한다. 베타-히드록시 카보닐 화합물은 항산화제, 항암제, 항균제 등 생리활성을 가진 화합물의 합성에 활용되며, 알파-베타 불포화 카보닐 화합물은 향료나 의약품 중간체로 사용된다. 예를 들어 비타민 A의 합성에서도 알돌 축합반응이 핵심 단계로 사용된다.""
1.4. Claisen Condensation
Claisen Condensation은 에스테르가 금속 나트륨과 미량의 알코올의 존재하에 2분자 축합하고 β-규산에스테르를 생성하는 반응으로, 에스테르 축합이라고도 불린다.
이 반응은 케톤과 에스테르 사이에서도 일어나, β-디케토 화합물이 얻어진다. 에스테르 축합이나 알돌 축합에서는 1분자가 활성 메틸렌 화합물, 1분자가 카르보닐 화합물로서 축합하고 있고, 기구로서는 카르보아니온의 이중 결합 C＝O으로의 첨가 반응이다.
따라서 일반적으로 활성 메틸렌 화합물과 카르보닐 화합물 사이에 염기를 촉매로 하는 똑같은 축합이 여러 가지 알려지고 서로 밀접한 관계가 있다. 방향족 알데히드와 지방족 알데히드 또는 케톤을 수산화나트륨으로 축합시키면 탈수해서 α, β-불포화알데히드 또는 케톤을 만들고, 이것은 클라이젠-슈미트 축합이라고 불린다.
2. 실험 기구 및 시약
2.1. 실험 기구
실험 기구는 다음과 같다.
250㎖ 삼각플라스크는 실험에 필요한 용액을 담는데 사용된다. 액체가 끓을 때 압력이나 튐 등에 대응할 수 있도록 기계적으로 강한 구조를 가지고 있다.
100㎖ 삼각플라스크 또한 실험에 필요한 용액을 담는데 사용된다. 삼각플라스크는 바닥이 넓고 평평하여 안정적으로 세워놓을 수 있다.
옐로우 캡은 실험 기구를 덮거나 밀봉하는데 사용된다.
250㎖ 분별깔때기는 서로 섞이지 않는 두 액체의 혼합물을 밀도차이를 이용하여 분리하는데 사용된다. 분별깔때기 아래쪽에 달린 콕을 이용해 분리된 물질을 빼낼 수 있다.
마개는 실험 기구를 덮어 밀봉하는데 사용된다.
스탠드와 링 클램프는 실...
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