소개글
"Hydrolysis of 4-Nitroacetanilide"에 대한 내용입니다.
목차
1. 실험 개요
1.1. 실험 목적
1.2. 실험 원리 및 방법
1.2.1. 친전자성 방향족 치환 반응
1.2.2. 아마이드 가수분해 반응
1.3. 실험 절차
1.3.1. Nitration of Acetanilide
1.3.2. Hydrolysis of p-Nitroacetanilide to p-Nitroaniline
1.3.3. Thin Layer Chromatography
1.4. 예상 결과
1.5. 관련 화학 물질 물성
2. 결과 및 고찰
2.1. 실험 결과
2.2. 결과 분석 및 고찰
3. 참고 문헌
본문내용
1. 실험 개요
1.1. 실험 목적
이 실험의 목적은 electrophilic aromatic substitution, 특히 aromatic nitration을 관찰하고 이해하는 것이다. 또한 para 이성질체와 ortho 이성질체의 극성을 비교할 수 있다.
이 실험을 통해 친전자성 방향족 치환 반응의 메커니즘을 이해할 수 있다. NO2+가 electrophile로 작용하여 acetonitrile의 para 위치에 치환되는 과정을 관찰할 수 있다. 또한 치환기의 종류와 위치에 따른 regioselectivity와 반응속도의 차이를 이해할 수 있다. 특히 acetanilide의 EDG 치환기로 인해 주생성물인 p-nitroacetanilide가 우선적으로 형성되는 과정을 확인할 수 있다.
나아가 p-nitroacetanilide의 가수분해 반응을 통해 p-nitroaniline을 합성하는 과정을 확인할 수 있다. 이 단계에서도 치환기의 영향을 고려해야 하며, 강산 또는 강염기 조건에서의 amide hydrolysis 반응 메커니즘을 이해할 수 있다.
종합적으로 이 실험은 친전자성 방향족 치환 반응과 amide hydrolysis 반응의 원리와 메커니즘을 관찰하고 이해하는 것을 목적으로 한다.
1.2. 실험 원리 및 방법
1.2.1. 친전자성 방향족 치환 반응
친전자성 방향족 치환 반응은 aromatic system의 수소(H)가 electrophile에 의해 치환되는 반응이다. 이번 실험에서는 NO2+가 electrophile로 작용하여 acetanilide의 para 자리에 치환된다.
친전자성 방향족 치환 반응은 다음과 같은 메커니즘으로 진행된다. 먼저 상대적으로 전자가 풍부한 벤젠고리의 π전자가 electrophile인 NO2+를 공격하면서 반응이 시작된다. 이 단계에서 양전하를 띤 cyclohexadienyl cation(arenium ion) 중간체가 생성된다. 이 과정에서 반응 시간이 가장 오래 걸리므로, 전반적인 반응 속도를 제어하는 rate determining step(r.d.s.)이 된다.
그 다음으로 HSO4-가 염기로 작용하여 친전자체가 치환된 위치의 수소를 제거함으로써 방향족성을 다시 회복시키는 deprotonation 단계가 일어난다. 이러한 SNAr(친핵성 방향족 치환) 반응에서 regioselectivity(위치선택성)과 반응속도는 벤젠고리의 치환기 효과에 의해 결정된다.
치환기가 ortho, meta, para 위치 중 어디에 친전자체가 치환되어 반응속도가 빨라지느냐에 따라 o-, m- 지향기와 p- 지향기로 구분된다. 치환기가 전자를 공여하여 C+ 중간체를 안정화시켜 반응속도를 증가시키는 EDG(전자 공여성 치환기)의 경우 p-, o- 지향성을 보이며, 반대로 전자를 끌어당겨 반응속도를 감소시키는 EWG(전자 끌게성 치환기)의 경우 m- 지향성을 가진다.
이번 실험에서 acetanilide의 치환기인 -NHCOCH3는 EDG이므로 para 이성질체가 주생성물로 얻어질 것으로 예상된다. 또한 반응은 ice bath에서 진행되어 과도한 nitration을 방지할 수 있다.
1.2.2. 아마이드 가수분해 반응
아마이드 가수분해 반응은 강산(HCl) 또는 강염기(NaOH)의 작용에 의해 아마이드 결합이 끊어져 카르복실산과 아민이 생성되는 반응이다. 본 실험에서는 강산인 염산(HCl)을 사용하여 p-니트로아세트아닐라이드의 아마이드 결합을 끊어 p-니트로아닐린을 합성한다.
아마이드 결합의 가수분해 메커니즘은 다음과 같다. 먼저 HCl이 아마이드 산소에 친핵성 공격을 가하여 tetrahedral 중간체가 생성된다. 이후 NH2기가 떨어져나가면서 카르복실산이 생성되고, 마지막으로 아민이 생성된다. 이 때 생성된 아민은 염기성이므로, 추가적인 염기 처리(NH4OH...
참고 자료
Landgrebe, John A. ,Theory and practice in the organic laboratory, 5th ed, 423-425
Landgrebe, John A. 『Theory and practice in the organic laboratory : with microscale and standard scale experiments / 5th ed』
화학물질안전원 화학물질종합정보시스템(https://icis.me.go.kr/main.do)
