[만점 레포트] 유기화학실험 8. Nitration of Methyl benzoate

소개

저의 실험을 담당하셨던 교수님께서는 은퇴하셨고, 조교님도 저희를 마지막으로 졸업하셨기 때문에 레포트 참고에 대해 걱정하지 않으셔도 될 것 같습니다.
실험 레포트를 아주 꼼꼼하게 쓰는 편입니다. 감점되었던 부분은 수정하여 업로드했습니다.
8. Discussion의 Nitration mechanism은 직접 그린 nitronium cation 생성 mechanism과 nitration mechansim 그림이 포함되어있습니다.
8. Discussion의 TLC 결과 해석 부분은 각 spot의 진하기에 따라 major가 무엇인지 답이 달라지기 때문에 실제 결과에 맞게 수정 필요합니다.

목차

1. Subject

2. Date

3. Name

4. Principle
1) Object
2) Principle

5. Material
1) Reagent
2) Instrument

6. Procedure & Observation
1) Procedure
2) Observation (장치도, 실험 사진 첨부 O)

7. Result
1) 실험 후 결과 (TLC 전개 결과, Rf value 계산)

8. Discussion
1) TLC 결과 해석
2) Nitration mechanism
3) 당량계산
4) 개인고찰

9. Reference

본문내용

Object: Methyl benzoate를 nitration하기 위한 reagent 및 합성될 때의 regiochemistry를 이해하고, 합성 이유에 대해 알아본 뒤 실제 compound를 합성해본다.

- Introduction
Methyl benzoate와 nitric acid, sulfuric acid를 이용한 methyl 3-nitrobenzoate의 합성은 electrophilic aromatic substration이다. 이때 NO₂⁺(nitronium cation)가 electrophile로 쓰인다. NO₂⁺가 unstable하고, reactivity가 크기 때문에 methyl benzoate와 만나면 바로 반응이 진행된다.

Figure 1. Methyl benzoate의 nitration
Methyl benzoate는 liquid이지만, nitration 후에는 solid compound가 되기 때문에 recrystallization을 통해 purification한다. Structure는 melting point apparatus 이외에도 NMR을 통해 확인할 수 있다.

이때 methyl benzoate는 H₂SO₄에 의해 다음과 같은 상태가 된다.

Figure 2. Methyl benzoate와 sulfuric acid가 있을 때 resonance form
Resonance form 중 오른쪽 구조가 octet rule을 만족시키므로, 주로 해당 상태로 존재하게 된다.

Figure 3. 왼쪽부터 1), 2), 3), 4)
1): Benzene ring의 π electron density가 C의 positive charge 쪽에 electron을 제공하여 2)의 형태와 같이 aromaticity가 깨지고 benzene ring에 positive charge가 형성된다.
2), 3), 4): Double bond의 이동으로 positive charge가 각각 ortho, para, ortho 위치에 형성된다.

참고자료

· Kenneth L. Williamson · Katherine M. Masters. Macroscale and Microscale organic experiments. 7th edition, Brooks/Cole. 2017.
· 산업재해예방 안전보건공단. MSDS. Ethyl acetate.
· https://msds.kosha.or.kr/MSDSInfo/kcic/msdsdetail.do
· 산업재해예방 안전보건공단. MSDS. Hexane.
· https://msds.kosha.or.kr/MSDSInfo/kcic/msdsdetail.do
· 산업재해예방 안전보건공단. MSDS. Water.
· https://msds.kosha.or.kr/MSDSInfo/kcic/msdsdetail.do
· 산업재해예방 안전보건공단. MSDS. Ice.
· https://msds.kosha.or.kr/MSDSInfo/kcic/msdsdetail.do
· 산업재해예방 안전보건공단. MSDS. Dichloromethane.
· https://msds.kosha.or.kr/MSDSInfo/kcic/msdsdetail.do
· 산업재해예방 안전보건공단. MSDS. Nitric acid.
· https://msds.kosha.or.kr/MSDSInfo/kcic/msdsdetail.do
· 산업재해예방 안전보건공단. MSDS. Sulfuric acid.
· https://msds.kosha.or.kr/MSDSInfo/kcic/msdsdetail.do
· 산업재해예방 안전보건공단. MSDS. Methyl benzoate.
· https://msds.kosha.or.kr/MSDSInfo/kcic/msdsdetail.do
· 산업재해예방 안전보건공단. MSDS. Magnesium sulfate.
· https://msds.kosha.or.kr/MSDSInfo/kcic/msdsdetail.do
· 산업재해예방 안전보건공단. MSDS. Acetone.
· https://msds.kosha.or.kr/MSDSInfo/kcic/msdsdetail.do