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소개

"유기화학실험 extraction"에 대한 내용입니다.

목차

1. subject
2. date
3. name
4. principle and object
5. material(apparatus, instruments, reagents)
6. procedure and observation
7. result
8. reference

본문내용

1. Subject Extraction
2. Date 2023.03.22.수
3. Name
4. Principle
4-1. 원리 및 이론

-Extration: 추출이란 어떠한 용질을 반응물로부터 액체층으로 이동시켜 분리하는 방법이다. 즉 solute가 용해도가 큰 쪽으로 녹아들어가는 원리를 이용한 separation이다. 화학 반응에서는 불순물이나 side effect 때문에 온전한 purification이 되지 않으므로 반응물을 purification하기 위해 extraction을 한다. 이때 두 가지의 liquid phase를 사용하는데(주로 수용액과 유기 용매를 사용), 둘의 밀도가 다르고 서로 용해되지 않는다면 층이 나타나는 현상을 이용하게 된다. 이렇게 하면 수용액 층에는 부산물이나 불순물이, 유기용매 층에는 desired compound나 organic compound가 녹게 된다. 즉, 특정한 solute에 대한 two layer의 용해도가 달라 separation이 일어나면, 층별로 분리하여 solvent를 증발시킨 뒤 순수한 solute를 추출할 수 있게 된다.

-soxhlet extracter: 이번 실험에서 사용할 것은 아니지만 천연물, 식물 등에서 유기용액을 이용해 지속적 추출을 하는 장치로 고체 천연물 층과 액체 유기 용매층으로 나뉘게 된다. 천연물로부터 천연물에서 유용한 물질을 분리하는 기구로 쓰인다.1)

-분배의 법칙: 분배의 법칙이 적용되는 equilibrium에서는 insoluble한 two phase에 eluent가 분배된다. 즉 어떠한 물질 A가 평형 상태에서 phase 1과 phase 2에 분배될 때 식 1과 같이 나타낼 수 있다.

참고자료

· Kenneth L. Williamson · Katherine M. Masters. Macroscale and Microscale organic experiments. 7th edition, Brooks/Cole. 2017. 133-148, 165-185.
· The handout prepared by chemistry department. extraction
· 생화학분자생물학회. 생화학백과. 극성. https://www.ksbmb.or.kr/html/
· 산업재해예방 안전보건공단. MSDS. Silica gel. https://msds.kosha.or.kr/MSDSInfo/AIViewer/msdsAireport/msds_summary/A_OnePage.jsp
· 산업재해예방 안전보건공단. MSDS. Ethyl acetate. https://msds.kosha.or.kr/MSDSInfo/AIViewer/msdsAireport/msds_summary/A_OnePage.jsp
· MERCK INDEX. Ethyl acetate. https://www.rsc.org/Merck-Index/monograph/m5081/ethyl%20acetate?q=unauthorize
· 산업재해예방 안전보건공단. MSDS. HEXANE. https://msds.kosha.or.kr/MSDSInfo/AIViewer/msdsAireport/msds_summary/A_OnePage.jsp
· MERCK INDEX. HEXANE. https://www.rsc.org/Merck-Index/monograph/m6002/nhexane?q=unauthorize
· 산업재해예방 안전보건공단. MSDS. Water. https://msds.kosha.or.kr/MSDSInfo/AIViewer/msdsAireport/msds_summary/A_OnePage.jsp
· 산업재해예방 안전보건공단. MSDS. Acetone. https://msds.kosha.or.kr/MSDSInfo/AIViewer/msdsAireport/msds_summary/A_OnePage.jsp
· 산업재해예방 안전보건공단. MSDS. 디클로로메탄. https://msds.kosha.or.kr/MSDSInfo/AIViewer/msdsAireport/msds_summary/A_OnePage.jsp
· John McMurry. Organic Chemistry. 9th edition. Cengage learning. 2015. 42-46
· 산업재해예방 안전보건공단. MSDS. 파라 톨루이딘. https://msds.kosha.or.kr/MSDSInfo/AIViewer/msdsAireport/msds_summary/A_OnePage.jsp
· MERCK INDEX. P-toluidinel. https://www.rsc.org/Merck-Index/monograph/m10966/toluidine%20derivative%20ptoluidine?q=unauthorize
· 산업재해예방 안전보건공단. MSDS. 벤조 산. https://msds.kosha.or.kr/MSDSInfo/AIViewer/msdsAireport/msds_summary/A_OnePage.jsp
· MERCK INDEX. Benzoic acid. https://www.rsc.org/Merck-Index/monograph/m2363/benzoic%20acid?q=unauthorize
· 산업재해예방 안전보건공단. MSDS. 수산화나트륨. https://msds.kosha.or.kr/MSDSInfo/AIViewer/msdsAireport/msds_summary/A_OnePage.jsp
· MERCK INDEX. NaOH https://www.rsc.org/Merck-Index/monograph/m10031/sodium%20hydroxide?q=unauthorize
· 산업재해예방 안전보건공단. MSDS. 황산 마그네슘. https://msds.kosha.or.kr/MSDSInfo/AIViewer/msdsAireport/msds_summary/A_OnePage.jsp
· 크로마토그래피의 원리와 분석. 임정균. 순천향대학교. https://www.cheric.org/files/education/cyberlecture/d201801/d201801-501.pdf
· 기기분석-박층크로마토그래피. 동국대학교. http://contents.kocw.net/KOCW/document/2015/dongguk/kimsangwook1/5.pdf
· libretexts chemistry. hydrolysis of esters. https://chem.libretexts.org/Bookshelves/Introductory_Chemistry/Basics_of_General_Organic_and_Biological_Chemistry_%28Ball_et_al.%29/15%3A_Organic_Acids_and_Bases_and_Some_of_Their_Derivatives/15.08%3A_Hydrolysis_of_Esters
· libretexts chemistry. Intermolecular forces. https://chem.libretexts.org/Courses/Nassau_Community_College/Organic_Chemistry_I_and_II/02%3A_Structure_and_Properties_of_Organic_Molecules/2.12%3A_Intermolecular_Forces
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- 1. 추출
  
  추출은 화학 실험에서 매우 중요한 기술입니다. 다양한 용매를 사용하여 혼합물에서 특정 성분을 분리하고 순수하게 얻을 수 있습니다. 추출 과정에서는 용매의 극성, 끓는점, 밀도 등 물리화학적 특성을 고려해야 합니다. 또한 추출 효율을 높이기 위해 추출 횟수, 온도, pH 등 다양한 변수를 조절해야 합니다. 추출 기술은 의약품 제조, 식품 가공, 환경 정화 등 다양한 분야에서 활용되며, 화학 실험의 기본 기술로 매우 중요합니다.
- 2. 분배의 법칙
  
  분배의 법칙은 화학 평형 상태에서 용질이 두 상(phase) 사이에 분배되는 비율을 나타내는 법칙입니다. 이 법칙에 따르면 용질의 농도비는 두 상의 부피비와 같습니다. 분배 계수는 용질의 농도비를 나타내는 지표로, 이 값을 통해 추출 효율을 예측할 수 있습니다. 분배의 법칙은 추출, 크로마토그래피, 생물학적 막 투과 등 다양한 화학 과정에 적용됩니다. 따라서 분배의 법칙을 이해하고 활용하는 것은 화학 실험에서 매우 중요합니다.
- 3. 다단계 추출
  
  다단계 추출은 단일 추출로는 충분한 순도를 얻기 어려운 경우 사용하는 기술입니다. 여러 번의 추출 과정을 거치면 순도를 점진적으로 높일 수 있습니다. 다단계 추출에서는 각 단계의 추출 효율, 용매 사용량, 시간 등을 고려해야 합니다. 또한 추출 단계가 늘어날수록 손실이 누적되므로 최적의 단계 수를 결정해야 합니다. 다단계 추출은 복잡한 혼합물에서 순수한 성분을 분리하는 데 유용하며, 화학 실험뿐만 아니라 산업 공정에서도 널리 사용됩니다.
- 4. 용매 선택
  
  용매 선택은 추출 실험에서 매우 중요한 요소입니다. 용매의 극성, 끓는점, 밀도, 독성 등 물리화학적 특성을 고려하여 적절한 용매를 선택해야 합니다. 일반적으로 추출하고자 하는 물질의 극성과 유사한 극성을 가진 용매를 선택하는 것이 효과적입니다. 또한 용매의 끓는점은 추출 온도와 관련되므로 이를 고려해야 합니다. 용매 선택 시 환경 및 안전성도 중요한 요소입니다. 따라서 실험 목적과 조건에 맞는 최적의 용매를 선택하는 것이 추출 실험의 성공을 위해 필수적입니다.
- 5. TLC
  
  TLC(Thin Layer Chromatography)는 혼합물 내 성분을 분리하고 확인하는 크로마토그래피 기술입니다. TLC는 간단하고 빠르며 소량의 시료로도 분석이 가능하다는 장점이 있습니다. TLC 분석을 통해 혼합물의 성분, 순도, 반응 진행 정도 등을 확인할 수 있습니다. 또한 TLC 결과를 바탕으로 추출, 분리, 정제 등의 실험 과정을 최적화할 수 있습니다. TLC는 유기화학, 생화학, 약학 등 다양한 분야에서 널리 사용되는 기본적인 분석 기술입니다.
- 6. TLC 실험 과정
  
  TLC 실험은 다음과 같은 과정으로 진행됩니다. 먼저 TLC 플레이트에 시료를 점적하고 전개 용매를 이용하여 전개시킵니다. 용매가 이동하면서 각 성분이 분리되어 나타나는 Rf 값을 측정합니다. 그 후 UV 램프나 발색 시약을 이용하여 각 성분을 확인합니다. TLC 실험에서는 시료 점적량, 전개 용매 조성, 전개 거리 등 다양한 변수를 조절할 수 있습니다. 이를 통해 최적의 분리 조건을 찾아낼 수 있습니다. TLC 실험은 간단하지만 정확한 분석을 위해서는 실험 조건을 세밀하게 조절해야 합니다.
- 7. 물질의 극성
  
  물질의 극성은 화학 실험에서 매우 중요한 개념입니다. 극성 물질은 전하 분포가 비대칭적이어서 부분적인 전하를 가지고 있습니다. 이에 반해 무극성 물질은 전하 분포가 대칭적입니다. 물질의 극성은 용해도, 끓는점, 용매 선택 등에 영향을 미칩니다. 따라서 물질의 극성을 이해하고 활용하는 것은 화학 실험에서 필수적입니다. 예를 들어 추출 실험에서는 추출하고자 하는 물질의 극성과 유사한 극성을 가진 용매를 선택해야 합니다. 또한 TLC 실험에서도 전개 용매의 극성이 중요한 변수가 됩니다.
- 8. TLC 결과 해석
  
  TLC 실험 결과를 해석하는 것은 화학 실험에서 매우 중요합니다. TLC 플레이트에 나타나는 각 스팟의 Rf 값, 색상, 형태 등을 분석하여 혼합물의 성분을 확인할 수 있습니다. Rf 값은 용매 전개 거리에 대한 시료 이동 거리의 비율로, 이를 통해 각 성분의 극성을 유추할 수 있습니다. 또한 발색 시약을 사용하면 각 성분의 화학적 특성을 확인할 수 있습니다. TLC 결과 해석 시 표준 물질과의 비교, 문헌 데이터 활용 등이 도움이 됩니다. 정확한 TLC 결과 해석은 혼합물 분리와 정제에 필수적입니다.
- 9. Procedure 2 결과 예측
  
  Procedure 2에 대한 결과를 예측하기 위해서는 실험 과정과 원리에 대한 이해가 필요합니다. Procedure 2는 추출 실험으로 보이며, 용매의 극성, 밀도, 끓는점 등 물리화학적 특성을 고려하여 최적의 추출 조건을 찾아야 할 것 같습니다. 또한 다단계 추출을 통해 순도를 높이는 과정도 포함될 수 있습니다. 실험 결과는 TLC 분석을 통해 확인할 수 있을 것 같습니다. TLC 결과에서 나타나는 Rf 값과 스팟 패턴을 분석하면 추출된 성분의 특성을 유추할 수 있습니다. 이를 통해 Procedure 2의 최종 결과를 예측할 수 있을 것 같습니다.
- 10. 오차 원인
  
  화학 실험에서 발생할 수 있는 오차의 원인은 다양합니다. 먼저 실험 기구의 부정확성, 온도 및 압력 변화, 시약의 순도 등 실험 환경과 관련된 요인이 있습니다. 또한 실험 절차상의 오류, 시료 취급 부주의, 측정값 기록 실수 등 실험자의 실수도 오차 발생의 원인이 될 수 있습니다. 이 외에도 반응 메커니즘의 복잡성, 분석 기기의 한계, 데이터 처리 과정의 오류 등 다양한 요인이 오차를 발생시킬 수 있습니다. 오차를 최소화하기 위해서는 실험 환경 및 절차를 엄격히 관리하고, 반복 실험을 통해 데이터의 신뢰성을 확보해야 합니다.
자료후기
Ai 리뷰

이 문서는 실험 절차와 관찰 결과, 토의 등을 통해 추출과 TLC 기술에 대한 이해도를 높이고 있습니다.

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