제출일자 : 2010년 5월 6일 금요일알 킬 화서론AlCl3을 촉매로, 벤젠과 브롬화에틸 으로부터 에틸벤젠을 합성한다. 유기화합물에 알킬기를 도입하는 반응인 알킬화의 일반적 내용을 이해한다.대표적인 알킬화반응의 예로는 방향족 탄화수소의 탄소에 결합된 수소를 알킬기로 치환하는 방법이 있다. 이 방법은 Friedel-Crafts 알킬화반응으로 알려져 있는데 몇 가지 제한성이 있기는 하지만 알킬화반응에 가장 많이 이용되는 방법이다.실험 이론알킬화란 유기화합물에 알킬기를 도입하는 반응의 총칭이다.알킬화반응은 실험실에서 여러 가지 유기화합물을 합성하는 데 중요할 뿐 아니라, 유기합성공업의 중요한 단위조작으로서 염료·의약품·향료·합성수지·합성고무 등을 제조하는 데 널리 응용되고 있다. 알킬화되는 원자는 보통 유기화합물을 구성하고 있는 탄소·질소·산소 등이지만, 수은·붕소 등과 같은 금속원자도 있으며, 이들 원자의 종류 및 화합물의 형태에 따라 알킬화반응의 방법이 다양하다.대표적인 예로서는, ① 주로 방향족 탄화수소의 탄소에 결합된 수소를 알킬기로 치환하는 방법, ②그리냐르시약등의 유기금속화합물과 할로젠화 알킬·케톤·알데하이드·나이트릴 등을 반응시켜 탄소원자에 알킬기를 도입하는 방법 등이 있다. ①은 Friedel-Crafts반응으로 알려져 있으며, 올레핀·할로젠화 알킬 및 알코올 등과 탄화수소를 황산·염화알루미늄 등의 산촉매를 써서 반응시키면, 첨가반응 또는 치환반응이 일어나는 것을 이용한 것이다. ②의 방법은 실험실이나 소규모의 유기합성공업에서 이용되고 있으나, 대규모 생산에는 원가면에 문제점이 있어 실용되지 않는다.그 밖에 산소원자를 알킬화 하는데는 알코올·할로젠화 알킬 등을 시약으로 사용하지만, 공업적으로는 황산과 알코올에 의한 알킬화가 사용되며, 에테르의 제조법으로 중요하다. 질소원자를 알킬화하는 데는 할로젠화 알킬을 사용해도 진행되지만, 공업적으로는 황산다이메틸 등의 황산에스터를 많이 사용한다.Friedel-Crafts 알킬화반응; C.Friedel과 J.M.Craft가 개발한 알킬벤진()을 합성하는 새로운 방법이다.대체로 알킬화 반응속도는 느리므로 반응물의 농도와 반응온도와 압력을 조절하며, 등의 촉매를 사용하여 반응속도를 촉진시킨다.Friedel-Crafts 알킬화 반응의 일반식은 다음과 같다.이 반응의 메카니즘은 카보양이온의 형성으로 시작된다(단계1).카보양이온은 친전자체로 작용하여(단계 2) 벤진고리를 공격하여 아린윰이온을 형성한다.아린윰이온은 양성자를 잃고(단계 3) 아이소프로필벤진이 된다.Friedel-Crafts 알킬화 반응의 제한성- 할로젠화 알킬, 알킨, 또는 알콜 등으로부터 형성된 카보양이온이 더욱 안정한 카보양이온으로 전위될 수 있을 때 전위가 일어나는 것이 보통이며 반응의 주 생성물은 더욱 안정한 카보양이온으로부터 생긴 것이다.- 방향족 고리에 강력한 전자끄는기가 존재하거나, , 또는 그룹이 연결되어 있을 때 Friedel-Crafts 반응은 일어나지 않는다.- 아릴과 바이닐자리 할로젠화물은 카보양이온을 쉽게 생성하지 못하므로 할로젠화물의 성분으로 사용되지 못한다.- 다중 알킬화반응이 흔히 일어난다.실험실험장치4구플라스크, 버너, 교반기, 온도계, 분액깔대기, 환류냉각기*환류냉각기증기를 냉각 응축하여 다시 하부의 용기 안으로 돌려보내는 유리제 기구. 수직으로 장치하여 하단에 플라스크를 접속하고, 그 안에 액체 물질을 넣어서 가열하면, 용제 등 휘발성 물질의 증기는 그 주위를 흐르는 물에 의해 냉각 · 응축되어 플라스크 안으로 하강환류하므로 그 달아남을 막을 수 있다.휘발성 용매를 쓰는 추출 조작이나 가열반응 등에 쓰인다.시약 및 시료①벤젠(C6H6)특유한 냄새가 나는 무색 액체, 휘발성유기 용매에는 녹지만, 물에는 잘 녹지않음②브롬화에틸 (CH3CH Br)물에는 잘 녹지 않으나 유기용매와는 임의의 비율로 섞임.강한 자극성이 있으며 허용량은 공기 중에서 200ppm..③염화 알루미늄(AlCl3)물에 대한 용해도는 크며, 1g의 물에 74.5g 녹음.공업적으로는 암모니아-소다법을 시행할 때, 암모니아 증류탑의 폐액을 농축하여 식염을 회수할 때 다량으로 얻음.④염화칼슘(CaCl2)물과의 반응성이 매우 높음.대부분의 유기용매에 녹아 프리델-크래프츠반응을 일으킴.실험방법① 플라스크에 벤젠 50g과 브롬화에틸 22g을 넣고 환류냉각기를 장치한 후염화알루미늄 6g을 서서히 가하고 플라스크를 때때로 흔들어준다.② HBr 가스의 발생이 적어지면 수증기 중탕에서 가열하여 온도를 올린다.③ 1시간 동안 반응물을 환류 시킨다.④ 반응이 완결되면, 얼음 75g, 물 50ml 와 conc HCl 12g의 혼합물에 교반하면서 냉각된 반응 혼합물을 가한다.⑤ 알루미늄화합물은 용해하고 분액깔대기에서 물에 불용인 벤젠층을 분리한다.⑥ 분리한 벤젠층을 5~6g의 염화칼슘으로 건조시킨다.⑦ 분별증류장치에서 서서히 증류하여 80~85℃에서 벤젠을 회수하고 85℃이상에서 유출되는 액은 다시 모아 다시 분별증류하면 132~138℃에서 에틸벤젠이 유출된다.실험 결과: 50.04g이므로 분자량(78g/gmol)으로 나누면 0.642gmol: 22.22g이므로 분자량(109g/gmol)으로 나누면 0.204gmol와는 0.204gmol과 0.204gmol 1:1 반응으로 사용된다.즉 생성되는 은 0.204gmol이고 21.624g, 남는 은 0.438gmol이고 34.164g이다.이론상 의 질량은 21.624g실험값미반응투입량(g)50.0422.22---몰 수(gmol)0.6420.2040.2040.2040.438이론적 수득량(g)--21.62416.50434.164실험적 수득량(g)--19.51미측정31.53고찰 및 결론이번실험은 알킬화의 일반적인 반응(촉매 AlCl3 를 이용해 알킬화 반응을 촉진시키는 Friedel-Crafts반응을 이해한 후, 벤젠으로부터 에틸벤젠을 합성)을 이해하여 실험 전반에서 확인하도록 하는것이 목표였다.이 때 에틸벤젠은 석유화학산업에서 스타이렌 생성하는데 중요한 중간물로 사용되는 방향족 탄화수소이다.우리는 7단계에 걸친 실험 방법으로 실험을 진행하였다.첫번째 단계에는 4구 플라스크에 벤젠과 브롬화에틸을 넣었는데, 우리 실험에서는 벤젠과 브롬화에틸을 이용했는데, 실제 공장에서는 AlCl3를 넣어 사용한다. 또한 실험 장치인 환류냉각장치는 가스날림으로 인해 용액이 증발되고 반응이 촉진을 막기 위해 사용된다.두번째 단계로는 HBr 가스의 발생이 적어지면 수증기 중탕에서 1시간동안 가온해야 하는데 이때 가온을 하는 이유는 벤젠과 브롬화에테인을 서로 그 성질끼리 응집되어 후에 벤젠과 브롬화수소를 분리하기 쉽게 하기 위해 1시간동안 가온하는 것으로 보인다.세번째로는 반응이 완결되면, 얼음과 물, HCl을 혼합물에 교반하는데 이 때 얼음을 가하는 이유는 브롬화수소등 할로젠화 수소는 물에 녹으면 산성화 되어 산이 되는데 이때 브롬화수소산으로 변하게 만들어, 벤젠층과 브롬화수소는 층이 쉽게 분리 될수 있도록 이용되는것으로 보인다.네번째로는 앞서 층을 쉽게 분리할수 있도록 밀도차를 이용해 기름층과 물층을 분류한 액을 좀더 쉽게 분류하기 위해 분액깔대기에서 물에 불용인 벤젠층을 분리한다. 이때 분액깔대기의 위쪽에는 벤젠, 아래쪽에는 브롬화수소산으로 이루어져 있어, 분리하기 편리했다.다섯번째는 분리한 벤젠층을 염화칼슘으로 건조시키는데 이때 염화칼슘을 사용하는 이유는 남아있는 수분을 모두 제거하기 위해서 사용하였다.여섯번째는 분별증류장치에서 서서히 증류하여 80~85℃에서 벤젠을 회수하는데 이때 벤젠의 끓는점은 80~85℃이기 때문에 벤젠을 회수 할수 있고, 85℃이상에서 유출되는 액은 다시 모아 다시 분별증류하면 에틸벤젠의 끓는점은 132~138℃임으로 에틸벤젠이 유출된다.실험과정중 4구 플라스크에 벤젠과 브롬화에틸을 넣어 가스날림을 방지하기 위해 환류냉각장치를 장치 시켰어야 했는데 환류냉각장치를 이용하면 너무 실험이 복잡해지고 길어져서 환류냉각장치를 생략하고 그냥 시료를 반응시켰는데 이때 가스날림이 심해 용액이 증발되었고 이로인해 반응이 촉진되어 오차가 발생할수 있었다.뿐만 아니라 4구 플라스크도 입이 위쪽에 달린것과 옆쪽에 달린 것이 있었는데 우리 실험할 때 옆쪽에 달린 것을 사용했어야 했는데 이미 실험 중반쯤에 알게 되어 가스가 잘 막혀지지 않아 오차가 발생할수 있었다.분액깔때기에서 벤젠과 브롬화수소산을 분리할 때 벤젠층이 위에 남아있어 브롬화수소산을 빼내고 그후에 벤젠을 빼내었는데, 브롬화수소산을 다 제거하려 했으나, 브롬화수소산이 약간첨가되었고, 기름의 부착력 때문에 깔때기에 벤젠이 약간 묻어있어 실험시 오차가 발생하였다뿐만 아니라 분액깔대기에서 추출한 벤젠의 양이 작아 우리조에서 실험 하는 도중 물을 첨가했는데 , 이때 염화칼슘으로 물을 흡수할것이라 예측했지만, 염화칼슘으로 수분을 다 없애지는 못하여 실험시 오차가 발생하였다.분별증류장치에서 80~85℃에서 벤젠을 회수해야 하는데 80~85℃에서는 용액이 아무것도 추출되지 않았고, 100℃쯤에서 용액이 추출되었는데 이것은 염화칼슘이 미처 제거하지 못한 물이라 생각된다.참고문헌1) Morrison&Boyd,"유기화학“,1993,pp.541~5422)Ronald Breslow,“유기화학반응메카니즘“,1985,pp.158~1593)Solomons&Fryhle,"유기화학“,2005,pp.603~6044) Hyperlink "http://en.wikipedia.org/wiki/Anthraquinone" l "Industrial_applications" http://en.wikipedia.org/wiki/Anthraquinone#Industrial_applications5)한국화학공학회, 화학공학실험법Ⅱ, 형설출판사6)http://100.naver.com/100.nhn?docid=981227)T.W.G. Solomons · C.B. Fryhle, 솔로몬 유기화학(개정8판), 범한서적
제출일자 : 2011년 6월 3일 금요일아미노 화서론① Nitrobenzene을 환원하여 aniline을 제조하고 아미노화(Amination)의 의미를 이해한다.② 아미노化의 반응기구를 실험을 통하여 이해한다.실험 이론아미노화유기물질에 아미노화제에 의하여 아미노기(-NH)를 도입하는 반응을 아미노화라 칭한다. 환원반응은 적당한 촉매 존재 하에 수소에 의한 환원과 수소첨가와 동시에 분자의 분해가 일어나는 수소화분해 등으로 구별된다.주로 니트로 화합물을 환원하는 방법으로는 다음과 같다.불안정한 기를 가진 할로겐화알킬(alkyl halide), 알코올 및 술폰산 등을 암모니아, 요소 등을 사용하여 아미노기로 치환하는 방식은 다음과 같다.비교적 불안정한 아미노 화합물의 분자내 전위반응으로 1차 아민이 제조된다.니트로 화합물의 환원제로는 다음의 것들이 사용된다.ⓐ 금속과 산, 즉 Sn+HCl, Fe+HCl, Zn+HCl 등이다.ⓑ 금속과 알칼리-알칼리성 용액에서 금속으로 단계적 환원이 일어나 nitroso, hydroxyl, azoxy, azo, hydrazo 화합물이 된다.ⓒ 황화물-니트로화합물 및 니트로아조 화합물의 환원에, 디니트로 화합물의 부분환원에 황화물이 사용된다.접촉환원 : Ni, Pd, Pt와 같은 중금속 촉매 하에 수소로 환원시키는 방법으로서 연속적으로 조작할 수 있어 공업적으로 유용하다. 이밖에 아황산염(sulfite), hydrosulfite 및 sodium-amalgam과 같은 환원제들이 있다.실험실험장치-3구 플라스크, 분액깔때기, 비커, 교반기, 온도계시약 및 시료-Nitrobenzene(C H NO ) : 벤젠을 혼합산으로 니트로화하면 얻어지는 방향족 니트로화합물로 독성이 강하고 피부에 흡수되기 쉬우므로 취급할 때 조심해야 한다. 무색의 액체로서 분자량 123, 녹는점 5.8℃, 끓는점 211℃, 비중 1.2(0℃)이다. 물에는 잘 녹지 않지만, 유기용매와는 잘 섞인다. 수용액은 단맛이 나며, 환원시키면 니트로소벤젠, N-페닐하이드록실아민을 거쳐 아닐린이 된다. 벤젠을 황산과 질산의 혼합산 속에서 니트로화시켜 얻는다. 아닐린의 원료로 염료공업에서 중요하고, 또 유기반응의 용매로도 사용된다. 또한 약한 산화작용을 나타내므로 온화한 산화제로 이용된다.-염산 : 물에 염화수소(HCl)를 녹여 만든 용액. 염산은 이온화도가 큰 산이다.-수산화나트륨 : NaOH의 화학식을 갖는 흰색의 반투명한 결정으로, 대표적인 강염기인데, 공기 중에서 수증기를 흡수해 스스로 녹는 조해성이 있으므로 공기와의 접촉을 차단하여 보관해야 한다. 따라서 수산화나트륨의 무게를 잴 때에는 빠르게 측정해야 한다. 다른 물질을 잘 부식시키는 위험한 물질이다. 수산화나트륨은 고체 결정 상태이기 때문에 화학 반응시에는 주로 물에 녹여 수용액을 만들어 사용하는데, 이때 많은 열을 발생시키므로 주의해야 한다. 만들어진 수용액을 산성용액과 반응시킬 때에도 많은 열을 발생하므로 묽게 하여 사용해야 한다.-염화나트륨 : 나트륨과 염소의 화합물. 식염, 즉 소금을 말한다. 화학식 NaCl. 엄밀한 의미에서 염화나트륨을 주성분으로 하는 식용 소금과 순수화학약품으로서의 염화나트륨은 구분해야 한다.실험방법① 500ml 3구 플라스크에 Nitrobenzene 25g과 철가루 50g을 넣고 흔든 후 냉각기를 통하여 conc HCl 120ml를 조금씩 가한다.② 발열반응으로 심하게 끓게 되면 찬물이 들어있는 비커에 플라스크를 담구어 반응물이 조용히 끓도록 온도를 50℃~70℃로 조절한다.③ 염산을 모두 가한 후 1시간 동안 수증기 중탕에서 가열한다. 이때 반응액의 소량을 시험관에 취하고 물로 희석할 때 투명하게 용해되면 반응을 끝낸다.④ 반응생성물을 냉각하여 물 100ml에 NaOH 75g을 용해한 용액을 서서히 가하여 강알칼리성으로 한다. 수증기 증류장치에서 생성된 아닐린을 유출시키고 분액깔때기에 옮겨 유출액 100ml에 대하여 25g정도의 NaCl을 용해시킨다.⑤ 염석시킨후 에테르로 연속 추출하여 에테르층을 분리시켜 200ml 삼각플라스크에 옮기고 NaOH 소량을 가하여 흔들어 주고 24시간 방치하면서 건조시킨다.⑥ 투명하게 된 에테르 용액을 500ml 증류플라스크에 옮기고 증류하여 에테르를 회수한다. 에테르는 끓는점이 낮고 휘발성이 큰 용매로 불붙기 쉬우므로 주의한다.⑦ 잔류한 기름모양의 아닐린은 작은 증류플라스크에 옮겨 공기 냉각기를 사용하여 증류하고 180℃~185℃에서 유출되는 것을 받아 평량하여 갈색 병에 보관한다.실험 결과① 첨가량, 생성량- 첨가, 생성 물질의 물성(각 물질의 분자량, 염산의 밀도)니트로벤젠철염산아닐린123.1 g/mol55.85 g/mol밀 도 : 1.265 g/ml분자량 : 36.45 g/mol93.1 g/mol첨가물질니트로벤젠철염산첨가량 (g)2550.04151.8첨가량 (mol)0.20.8964.165⦁ ⦁⦁생성물질아닐린 + 비커비커아닐린질량(g)55.5445.5210.02② 한계반응물과 수득률C6H5NO2+2Fe+6HCl → C6H5NH2 + 2FeCl3 + 2H2O니트로벤젠 : 철 : 염산 : 생성된 아닐린 = 1 : 2 : 6 : 1반응한 니트로벤젠과 1:1로 아닐린이 생성된다. 하지만 첨가된 반응물 모두를 고려하여 한계반응물을 정하고, 그것에 따라 수율을 구한다.실험에서 한계반응물 : 염산니트로벤젠과 아닐린은 1:1로 반응, 생성되므로, 이론적으로 생성되는 아닐린의 양은고찰 및 결론이번 실험은 니트로벤젠을 철가루로 이용하여 환원시켜서 아닐린을 제조하는 실험이었다 우리 조의 실험결과에서 수율은 11.2%로 나왔다. 오차의 원인을 분석하면 가장 큰 오차원인으로 반응온도와 투명도에 대한 모호한 판단인 것으로 생각된다.첫번째 실험중Nitrobenzene 25g과 철가루 50g을 넣고 흔든 후 냉각기를 통하여 conc HCl 120ml를 가하면 아미노 벤젠 즉 아닐린 으로 변하게 되는데 이때 벤젠, 철가루 혼합물과 염산의 반응은 발열반응이라 이때 기체가 발생한다. 뿐만 아니라HCl 120ml를 조금씩 투여하는데 그 이유는 혼합물과 염산의 반응은 너무 활발하게 이루어지면 발생하는 기체의 양도 증가하고 그에 따른 폭발위험성이 있음으로 혼합물의 온도를 얼음을 이용하여5-70도를 유지해야 한다. 만약 온도가 기준치 이상으로 올라간다면 잠시 멈추고 온도가 떨어질 때까지 기다려 실험을 진행해야 한다. 뿐만 아니라 혼합물에 염산을 가 할 때에는 유리막대를 이용해 혼합액을 꼭 섞어 주어야 한다. 혼합물과 염산이 잘 섞이지 않으면 혼합액이 굳어서 아닐린을 얻는데 실패 할 수 있기 때문이다.실험 마지막 과정에서 180℃~185℃에서 유출되는 것을 받아 평량 하는데 이때 아닐린의 끓는점 184℃이기 때문에 아닐린을 유출하기 위해 온도를 180~185℃로 상승시키는 것으로 생각된다. 뿐만 아니라 실험서 에는 아닐린을 갈색병에 보관하라고 되어있는데 이는 아닐린을 공기 중에 노출시키면 공기산화에 기인하여 적갈색으로 색 변화를 일으킨다. 따라서 아닐린은 적갈색병에 보관해야 한다.실험 과정 중 오차 발생원인은 플라스크를 수증기 중탕으로 가열하였을 때 1시간정도 가열을 해야 했다. 우리는 약 1시간쯤 확인해 보았을 때 반응액을 물로 희석해보았을 때 투명하지 않다고 느껴 약 1시간 20분 정도 가열을 더하였다. 거의 투명하게 용해되었다고 판단되어 이 쯤에서 가열을 멈추었다. 실험서에 나와있는 투명한 용해의 기준이 모호했기 때문에 정확한 값을 측정 할 수 없었다. 시간이 20분 정도 지났지만 두 용액의 투명도 차이는 그리 크게 나타나지 않았다. 만약 반응이 덜되어 투명도가 떨어졌었다면 실험 결과에서 아닐린의 수율은 원래 나와야 할 값보다 좀 더 낮게 나왔을 것이다.환류장치 에서 아닐린을 생성할 때 플라스크의 구멍을 잘 막지 못해서 아닐린이 많이 기체로 손실되어 오차가 발생한 것 같았고, 환류장치와 삼각플라스크 사이에 뜬 부분이 있는데 이 부분으로 소량의 기체가 유출될 수도 있어 오차가 발생 할 수 있다.또 용액을 여과하고 옮기는 과정에서 비커와 플라스크에 남아있는 양을 완전하게 하지 못해 오차가 발생하였을 것으로 생각된다.이번실험을 통해 아닐린의 추출량도 확인해보고 좀 더 정확한 오차의 원인을 파악할 수 있었지만, 모호한 실험서의 설명때문에 정확한 실험을 하지 못해 약간 아쉬웠다. 다음 실험에선 좀 더 확실한 실험 정보와 실험 장비를 갖추고 좋은 결과를 도출할 수 있도록 해야 할 것이다.참고문헌1) Morrison&Boyd,"유기화학“,1993,pp.541~5422)Ronald Breslow,“유기화학반응메카니즘“,1985,pp.158~1593)Solomons&Fryhle,"유기화학“,2005,pp.603~6044)http://100.naver.com/100.nhn?docid=412715)Brown W.H,"유기화학“,1998,pp.241~247
제출일자 : 2010년 4월 8일 금요일술폰화서론(anthraquinone) (anthraquinone-β-sulfonic acid) (sodium anthraquinone-β-sulfonate)이번 술폰화(sulfonation) 실험은 유기합성 화학에서 중요한 위치를 차지하고 있는anthraquinone을 fuming sulfuric acid(발연황산)으로 처리하여 anthraquinone-β-sulfonic acid라는 술폰산을 만들고, sodium chlroride를 가해서 sodium anthraquinone-β-sulfonate을 얻는 실험이다. 이번 실험에서는 술폰화의 반응 메커니즘에 대해서 알아볼 뿐만 아니라 벤젠의 술폰화에서 중요한 역할을 하는 발연황산에 대해서 알아보고, 우리가 원하는 sodium anthraquinone-β-sulfonate,을 얻기 까지 필요한 실험 과정들(반응 온도, 반응 시간, 교반, 여과, 건조, etc)을 잘 수행하여 생성물의 최대 수율을 내는 것을 목표로 한다실험 이론술폰화 정의유기화합물의 분자에 설폰산기를 도입하는 반응으로, 보통 탄소 원자에 도입되는데, 방향족탄화수소나 그 유도체 등의 방향족화합물에 황산·발연황산·삼산화황 또는 클로로황산(클로로설폰산) 등의 시약을 작용시켜 술폰산기로 치환한다.방향족 치환-술폰화(sulfonation)지방족 탄화수소보다 방향족 탄화수소가 술폰화에 용이하다. 벤젠을 발연황산으로 처리하면 벤젠 술폰산이 만들어진다. 이 경우에는 첫 단계에서 SO3가 방향족 고리를 공격한다. 그러나 이 공격은 가역적인 것으로 보인다. 이것은 이 경우에 큰 동위원소 효과가 나타난다는 사실에서 알 수 있다. 따라서 양성자의 제거가 속도 결정 단계이다. 이 증거만으로는 양성자의 상실이 SO3의 공격과 동시적일 수도 있으나 2단계반응이 좀 더 그럴 듯 하다.벤진의 설폰화 반응 메커니즘발연 황산(fuming sulfuric acid or Oleum)삼산화황을 97∼98%의 진한 황산에 흡수시킨 것으로 무색의 끈적끈적한 액체이다. 항상 SO3의 흰 연기를 내므로 이 이름이 붙었다. 부식성이 강하므로, 취급하는 데 주의하여야 한다. 묽은 질산으로부터 진한질산을 만들 때 많이 이용되며, 또 설폰화제· Hyperlink "http://100.naver.com/100.nhn?docid=154314" 탈수제 및 Hyperlink "http://100.naver.com/100.nhn?docid=85760" 산화제 등으로도 쓰인다. 화약이나 염료 등을 제조하는 데 중요하다.술폰산의 성질① 물에 잘 용해된다.② 냉각하여 여과하면 분리가 가능하다. 그래서 발연황산 용액에 들어간 술폰산을 수냉하면 용해 되지 않고 여과하면 분리할 수 있는 것이다.③ 알칼리 토금속염으로 술폰화에 사용된 황산을 분리한다.④ 탄화수소를 술폰화한 용액에 식염의 포화용액을 가하여 술폰산소다를 염석하는 방법도 때때로 사용.⑤ 오염화물로 만든 술폰산 염화물을 분리결정 시킨 후 가수분해 하여 술폰산으로 얻는다.실험실험장치①모래중탕을 하는 이유는 100℃ 이상의 온도에서 실험을 하기 위함이다.②냉각기 대신 우리 조는 찬물을 담은 비커를 이용해 수냉하였다.③분액깔때기로 물을 걸러낸다④4구플라스크는 여러 실험기기들을 연결하여 사용하는데 용이 하다.⑤100℃이상이 넘어가서 우리는 전자온도계를 사용했다.시약 및 시료①anthraquinone (C14H8O2) ②NaCl ③발연황산실험방법① 10.4g의 건조한 anthraquinone을 20% 발연 황산 10g에 용해한다② 30분동안 130℃로 가열하고 이 온도에서 1.5시간 동안 유지한다③ 40% 발연황산 3.8g을 가한다. 다시 140℃로 한 시간 동안 반응시킨다.④ 냉각 후 100㎖의 물에 주입 80℃로 가열한다.⑤ 여과하고 소량의 뜨거운 물로 씻은 후 물을 잘 제거한다.⑥ 뜨거운 여액 100㎖에 10g의 식염을 가하고 1시간 동안 교반 시킨 후 수냉한다.⑦ anthraquinone-β-sulfonate가 황색 결정으로 석출. 이 나트륨 염을 여과하고 소량의 식염수로 씻고 건조한다.실험 결과-반응시킨 Anthraquinone의 mol 수-반응시킨 발연황산의 mol 수-Anthraquinone : 발연황산 : Sodium anthraquinone-β-sulfonate = 1 : 1 : 1-Sodium anthraquinone-β-sulfonate이론적 수득량0.05 gmol = 15.45 g실험적 수득량9.857 g수율고찰 및 결론Sodium anthraquinone-β-sulfonate의 수율은 11.548%로 측정되었다.이번 실험에서는 발연황산을 이용한 술폰화인만큼 발연황산의 역할이 정말 중요하였다.발연황산은 삼산화황을 97∼98%의 진한 황산에 흡수시킨 것인 만큼 진한 황산일수록 더 많은 anthraquinone-β-sulfonate을 얻을 수 있다. 하지만, 3산화황이 많을수록 반응이 잘 일어난다. 진한황산이 분자들의 반응보다는 발연황산의 반응이 당연히 삼산화황을 많이 생기기에 실험에서 진한 황산을 이용하였고, 발연황산을 사용하면 연기가 많이 나오기 때문에 일반황산을 이용하였는데 수득률 오차가 발생원인중 하나일 것이다. 또한 반응시간을 충분히 줘서 술폰화의 반응 메카니즘대로 진행이 되도록 해야하는데 이 부분에서도 조금씩 시간을 약 10분정도 단축시킨 것이 오차의 원인으로 분석된다. 데시케이터에 마지막 거름종이에 남은 목표물을 건조시켜야 하는데 시간이 충분치 않아 덜 건조된 상태에서 질량을 측정해서 정확한 실험이 이루어 지지 않았다. 게다가 3구 플라스크안에 세척을 했지만 이물질이 많이 들어있고, 세척을 하여 건조하지 않고 그냥 물이 뭍어있는 상태에서 실험을 했는데 이 때문에 오차가 발생하였다. 식염수 만들 때 염화나트륨을 가루상태로 질량측정을 했어야 했는데, 가루상태가 되지 않아 뭉쳐있는 상태로 질량을 측정후 실험을 하여 오차가 발생했을 것이다. 뿐만 아니라 결정을 석출할 때 종이가 찢어지는 바람에 결정을 검출하는데 오차가 발생하였을 것이다. 황산을 넣었을 때 교반이 잘 이루어 지지 않았던점도 오차의 원인이라고 할수 있겠다. 마지막에 용액의 색이 실험서에 의하면 진한 갈색용액이라고 했는데 우리가 얻은 용액은 상당히 갈색빛을 띄었지만 엷은 갈색 용액인 것을 보았을 때 온도와 시간이 정당치 못해 반응이 완전히 이루어지지 못했다고 생각된다.오차를 개선하여 정확한 실험반응을 유도하고 실행하기 위해서는 실험도구는 반드시 깨끗이 불순물을 제거해 건조해서 사용해야 하고 일정한 온도와 실험서에 나와있는 정확한 시간을 유지해야 한다. 뿐만 아니라 완전한 교반후에 실험을 진행해야한다.이번 실험에서 우리는 적하, 반응 시간, 반응 온도 등의 실험조건들을 최적화해야 한다는 것을 배웠다. 그리고 여러번의 실험의 반복에도 시간과 온도를 중시 여기지 못하고 실험의 오류를 찾지 못한것과 시약의 정말로 조사와 반응에 대한 정확한 이해를 필요로 생각된다. 필요한것에 대한 조사의 부족에 있어 좀더 필요한 것 같다. 뿐만 아니라 시간이 너무 적다는 이유로 시간과 온도를 무시한 것이 오히려 여러번의 실험을 실패로 몰고 갔던 것 같다. 실험실에 실험기구가 부족한 것이 많은데 대체할 만한것도 준비할 필요가 있다고 생각한다. 실험시작전에 미리 실험준비가 필요하다.참고문헌1) Morrison&Boyd,"유기화학“,1993,pp.541~5422)Ronald Breslow,“유기화학반응메카니즘“,1985,pp.158~1593)Solomons&Fryhle,"유기화학“,2005,pp.603~6044) Hyperlink "http://en.wikipedia.org/wiki/Anthraquinone" l "Industrial_applications" http://en.wikipedia.org/wiki/Anthraquinone#Industrial_applications5)한국화학공학회, 화학공학실험법Ⅱ, 형설출판사6)http://100.naver.com/100.nhn?docid=981227)T.W.G. Solomons · C.B. Fryhle, 솔로몬 유기화학(개정8판), 범한서적
제출일자 : 2010년 4월 15일 금요일니트로화서론이번 니트로화의 실험은 chlorobenzene에 nitric acid와 sulfuric acid의 혼산을 넣어 니트로화반응을 일으켜 monochloromitrobenzene를 얻는 일차적인 목표 이외에도, 그 반응 안에서의 반응 메카니즘과 반응온도와 같은 반응조건을 실험을 통해서 직접 체험하면서 알아보고, 더 나아가 친전자성 방향족 치환반응에서 할로겐원자를 갖고 있는 벤젠이 ortho-, meta-, para- 중 어떤 지향기를 갖고 있는지를 배울 수 있다.실험을 통해서 적정온도를 유지하여 혼산과 monochlorobenzene을 교반하는 기술을 습득하고, 우리가 필요로 하는 chloronitrobezene을 얻는 데에 필요한 흡입여과기와 거름종이, 분별 깔때기 등을 사용하는 방법을 익힌다.실험결과를 통해서 수율을 알아보고 이론적 수율과 실제 실험치를 비교한다. 그리고 혼산 중 sulfuric acid의 탈수능력을 비교하기 위해 D.V.S. (Dehydrating value of sulfuric acid)를 통해 최대 수율을 얻는 과정에서 이것의 중요도를 배운다.실험 이론1)벤젠의 니트로화반응방향족치환에서는 대개 다음의 3가지 문제가 고려의 대상이 된다: (1) 공격하는 기가 무엇인가, (2)치환이 어떻게 진행되는가, (3)벤젠고리에 있는 치환기에 의해서 반응이 어떻게 영향을 받는가. 벤젠은 뜨겁고 진한 질산과 서서히 반응하여 나이트로 벤젠을 만든다. 벤젠을 진한 질산과 진한 황산의 혼합물과 함께 가열하면서 반응을 진행시키면 훨씬 반응이 쉽게 일어난다.진한 황산은 다음 메카니즘의 두 단계에서 보듯이 친전자체인 나이트로늄이온(NO2+)의 농도를 증가시킴으로 반응속도를 증가시킨다.2)할로젠 치환기: 활성감소이며 ortho-, para- 지향기클로로 그룹은 약한 활성감소기이다. 클로로벤젠은 벤젠보다 33배 느리게 나이트로화 반응을 한다. 그러나 클로로 그룹은 ortho 와 para 지향기이다. 클로로벤진을 나이트어지는 일치환기의 생성물의 상대적인 퍼센트는 다음과 같다.반응Ortho 생성물(%)Para 생성물(%)Ortho와 Para생성물(%)Meta 생성물(%)나이트로화 반응3070100-Ortho-para지향기는 아래와 같은 일반적인 형태를 가지고 그 그룹에는 대표적으로 Aniline, Phenol, Chlorobenzene이 있다.이 Ortho-para 지향기 모두는 벤젠고리 곁에 있는 원자에 적어도 한 쌍의 비결합전자를 갖고 있다. 이 구조적인 특징, 즉 고리 곁에 있는 원자에 하나의 비공유전자쌍이 있는 것이 친전자성 치환반응의 배향과 반응성에 영향을 끼친다. 비공유전자쌍을 가진 이들 그룹의 지향효과는 주로 전자를 밀어내는 공명효과에 의해서 생긴다. 할로젠은 강한 전자-끌기 유발효과가 약한전자-주기 공명효과에 비해 더 중요하기 때문에 활성감소기이다. 그렇지만, 약한 전자-주기 공명효과는 단지 Ortho 와 Para 위치에서 볼 수 있다. 따라서 할로젠치환기는 히드록시기 및 아미노 치환기에서 가능한 똑같은 방법으로 Ortho와 Para 위치공격으로부터 생성된 카르보 양이온 중간체의 양전하를 안정화 시킬 수 있다. 그러나 메타중간체는 그러한 안정화가 없다.할로겐, 히드록시기, 알콕시 및 아미노기 모두는 유도적으로 전자를 끌고 공명에 의해 전자를 밀어준다. 할로젠은 강한 전자-끌기 유발효과를 가지고 있지만, 약한 전자-주기 공명효과도 있어 따라서 활성감소기이다. 히드록시기, 알콕시 및 아미노기는 약한 전자-끌기 유발효과를 가지고 있지만, 강한 전자-주기 공명효과도 있기 때문에 따라서 활성화기이다. 이들 모두는 벤젠고리에 결합된 원자에 고립 전자쌍으로 인해 Ortho 및 Para 지향성이다.3) D.V.S. (Dehydrating Value of Sulfuric Acid)D.V.S. = 혼산 중 황산의 양(%)/(혼산중 물의 양(%)+반응에 의해 생성된 물의 양(%)반응 후 존재하는 물의 양에 대한 황산의 비이다. 혼산 중 황산의 타수능력을 알아보기 위해 사용한다. D0 일 경우 수율이 최대가 된다.실험실험장치4구 플라스크, 진공장치(Aspirator), 분별깔때기, 피펫, 비커, 500ml 삼각 플라스크, 튜브, 가열기, 라텍스장갑, 교반기, 모래 중탕기, 온도조절기, 온도계, 전자저울 등.시약 및 시료Monochlorobenzene(C6H5Cl, M.W.:112), Calcium chloride(CaCl2, M.W.:110.98), Sulfuric acid(95% H2SO4, M.W.:98.07), Nitric acid(60% HNO3, M.W.:63.01)①클로로 벤젠 (chlorobenzene) : C6H5Cl향기가 있는 무색의 액체. 융점 -45℃, 비등점 132℃, 벤젠에 요오드, 철등의 촉매의 존재로 염기를 작용시키면 생성된다.② 염화 칼슘 (calcium chloride) : CaCl2바닷속에 0.15% 존재한다. 공업적으로는 솔베이법의 부산물로 생기며 대부분은 2수염. 융점은 772℃ 이며 물에 잘 녹고,대부분 알콜, 아세톤에도 잘 녹는다. 흡습성이 강하며 건조제로 사용되나 암모니아 에틸 알콜등의 건조에는 적합하지 않다.③ 황 산 (sulfuric acid): H2SO4④ 염 산 (hydro chloric acid) : HCl실험방법①클로로벤젠 1g-mole(112g)을 500ml의 플라스크에 넣고 모래중탕위에서 가열한다.②내온이 40℃가 되면 가열을 중지하고 교반하면서 질산과 황산의 혼산을 적하한다.(※이때 반응온도를 40℃~50℃로 유지한다.)③적하를 마친 후 2시간 동안 적정한다.④얼음 곳에 넣고 유리봉으로 교반하면서 온도를 0℃로 보존 후 석출한 결정을 15℃에서 흡입여과 후 냉수로 씻는다.⑤분별깔때기로 물층과 분리시켜 중성이 될 때 까지 세척한 후 CaCl2로 건조한다.실험 결과반응 전반응 후클로로벤젠질산황산o,p-클로로니트로벤젠molecularweight11263.0198.07157.7mass(g)112686079.95수율=(실제생성량/이론적생산량)×100〓(79.95g/102.51g)X100〓7 결론우리 조의 실험결과에서 수율은 77.99%로 나왔다. 100%가 되지 못한 오차의 원인을 분석하면 가장 큰 오차원인으로 반응온도를 들 수 있다. 혼산을 적하할 때 격렬히 반응하면서 예상치 못한 온도상승으로 온도 조절계를 사용했다. 실험서에 적혀있는데로 온도를50℃를 유지하려 했지만, 실험시 황산이 격렬히 반응하여 약 7-80℃로 측정되었다. 온도를 50℃ 를 초과하게 되면 디니트로화 현상이 일어나서 최대 수율을 얻는데 방해가 된다. 뿐만 아니라 온도계를 사용할 때 수은 온도계를 이용했는데 수은 온도계로 온도 측정할 때 눈금을 보는 위치에 따라 온도가 미세하게 다르게 측정되어 오차가 발생할 수 있다.오차의 두 번째 원인은 D.V.S.값을 3.0으로 맞추는 것이다. 혼산 중 황산의 역할은 친전자체인 나이트로늄 이온의 농도를 증가시킴으로써 반응속도를 증가시킨다. 따라서 최대수율을 얻기 위해서는 황산의 양을 141.2g을 넣어 주면된다. 식은 다음과 같이 하면 최대 수율 일 때의 황산의 양을 구할 수 있다.오차의 세번째 원인은 여과시 여과할 때 거름종이를 두장을 놓았음에도 불구하고 구멍이 생겨 침전물이 빠져나가 오차 발생원인이 되고, 뿐만 아니라 건조기에 거름종이를 건조시켰어야 했는데 자연건조하지 않고 시간을 단축하려고 거름종이에 가열하다가 종이가 약간타서 오차가 발생할 수 있었다.오차의 네번째 원인은 교반시간을 2시간을 했어야 했는데 시간을 단축하려고 약 1시간 반을 교반했다. 따라서 오차발생가능성이 있다.저번 실험에서도 그랬지만 이번 실험에서도 결정을 만들어야 한다. 그런데 내가 본 침전은 모두 물에 질퍽하게 녹아 있는 상태였다. 그런데 그것을 또 물로 씻는 이유는 무엇이었을까. 물로 씻는다면 씻은 물 은 다시 버려야 하는데 어디에도 그것에 대한 언급이 없다는 생각이 들었다.. 더구나 씻은 후에 거름종이로 다시 걸러서 침전을 만들어야 하는 것 같은데 그냥 단순히 침전을 말리라고만 했다. 이것은 나의 생각이 잘못된것인지 실험서의 문제인지 그것에 대해 좀더 고려을 통하여 얻은 최종 결과물인 o 및 p-chloronitrobenzene은 서론에서도 말했듯이 할로젠기를 갖는 방향족은 ortho 및 para 공격을 받을 때 가장 안정하지만 메타중간체에는 안정화가 없다. 따라서 우리는 실험을 통해서 o 및 p 클로로니트로 벤젠을 얻은 것이다. 거기에 더해서 o와 p를 각각 분리하고 싶었지만 끓는점의 차이가 크지 않고 정밀한 증류실험이 필요할 뿐만 아니라 장시간의 실험시간을 요하므로 생략했다. 이번 실험에서는 어떻게 하면 우리가 혼합물을 어떻게 하면 분리해 내는지 알 수 있었다. 진공장치로 흡입여과를 하여 결정을 얻을 수 있었고 건조제인 CaCl2로 물을 빨아드리고 분별깔때기로 물을 걸러내는 등 여러 방법들을 복합적으로 이용하여 우리가 원하는 최종물질을 얻는 방법을 배울 수 있는 실험이었다.이번 실험은 특별히 어려운 과정은 없었으나 산 주입당시 상당히 자극적인 냄새를 유발하였으므로 실험시 약간의 어려움이 있었다. 산 주입당시 온도유지를 잘못한 탓인지 결과가 만족스럽지 못했다. 예상 수율보다 상당히 떨어지는 수율을 얻었다. 이는 여과당시 상당량 유출된 것으로 보이며 마지막 건조 과정에서 여액이 너무 많아 하루만에 건조하기가 힘들어서 여액을 상당량 버리고 나서 건조를 한 탓으로 보여진다.안타까운 것은 수율이 비교적 작게 나와 일정한 온도에서 반응을 일으키는 것인데 실험시에 이 온도를 잘 유지하지 못하여 반응이 잘 일어나지 못했던 것 같다.하지만 수율은 그렇게 높지 않았지만 실험의 결과가 중요한 것이 아니고 그 과정을 익히는 것이 중요하므로 이번 실험 결과는 대체적으로 만족할만한 실험이었다.참고문헌1) Morrison&Boyd,"유기화학“,1993,pp.541~5422)Ronald Breslow,“유기화학반응메카니즘“,1985,pp.158~1593)Solomons&Fryhle,"유기화학“,2005,pp.603~6044) 1)J.W Baker,"유기화학전자설“,1967,pp.175~2095)Brown W.H,"유기화학“,1998,p
제출일자 : 2011년 5월 20일 금요일산 화 반 응서론이번 실험은 유기물의 산화반응을 관찰하는 실험으로 나프탈렌으로부터 프탈산을 합성하는 반응을 이용하였다. 프탈산의 수율도 함께 알아보았다.실험 이론산화반응은 유기화합물에서 수소원자를 제거하는 반응과 탈수소와 산소원자의 도입이 동시에 일어나는 반응, 축합 또는 탄소결합의 파괴가 동반되는 반응을 생각해 볼 수 있다. 유기화합물의 산화는 두 가지 종류에 의하여 이루어진다.① 산소의 부가반응산소를 첨가하여 새로운 화합물을 만들어 내는 반응② 탈수소반응유기분자로부터 수소가 이탈하는 반응 (수소 첨가반응의 역반응)보통 유기화합물을 산화시키는 산화제가 있는데, 산화제란 산화를 일으키는 물질을 말하며 산소를 주거나 수소를 빼앗는 작용을 한다. 유기물의 구조, 촉매, 반응조건에 영향을 받아 생성물에 차이가 있으며 반응액의 액성과 산화제의 종류에 따라 산화상태가 다르다. 일반적으로 널리 사용되는 산화제로는 과망간산칼륨(KMnO4), 중크롬산칼륨(K2Cr2O7), 과염소산(HClO4) 등이 있다.나프탈렌의 산화반응은 다음과 같다.나프탈렌으로부터 황산과 황산수은에 의한 산화에 의하여 프탈산을 제조한다. 여기서 황산은 산화제로 사용되었고 황산수은은 촉매로 사용되었다. 이 반응에서 탈수소반응, 산소 부가반응, 탄소고리가 열리는 반응이 모두 일어났다.3.실험방법실험장치-3구 둥근 플라스크, 온도계, 냉각기시약 및 시료-나프탈렌고체에서 액체를 거치지 않고 바로 기체로 변화하는 승화성 물질이며 벤젠고리 두 개가 이어져 있는 방향족 탄화수소 화합물이다. 비늘 모양의 무색 결정으로 분자량은 128, 녹는점은 80.3℃, 끓는점은 217.97℃이며, 비중은 0.975(25℃)이다.-황산수은수은의 황산염. 독성이 있는 무색의 별 모양 결정 또는 하얀 가루로, 촉매로 쓴다.-황산무색의 비휘발성 액체로, 공업적으로 백금이나 오산화바나듐 촉매를 이용해 만든다. 물을 제외하고 가장 많이 제조되는 강산성의 화합물이다. 황산은 흡습성이 강해 황산과 반응하지 않는 물질의 수분을 빼앗는 용도로 사용할 수 있다. 또 고온의 진한 황산은 산화력이 강해 구리나 은 등을 산화시킨다. 보통 98%의 황산을 포함하는 용액을 진한 황산이라 하는데, 이를 묽힐 때는 각별한 주의가 필요하다. 황산은 매우 강한 산이기 때문에 진한 황산에 물을 부으면 굉장한 열이 발생한다. 따라서 묽은 황산을 만들 때에는 물에 진한 황산을 조금씩 가하는 방법을 사용해야 한다.-수산화나트륨NaOH의 화학식을 갖는 흰색의 반투명한 결정으로, 대표적인 강염기인데, 공기 중에서 수증기를 흡수해 스스로 녹는 조해성이 있으므로 공기와의 접촉을 차단하여 보관해야 한다. 수산화나트륨은 강염기의 대표적인 물질로 다른 물질을 잘 부식시키는 위험한 물질이다. 단백질도 가수분해하기 때문에 손으로 직접 만지는 것은 좋지 않다. 수산화나트륨은 고체 결정 상태이기 때문에 화학 반응시에는 주로 물에 녹여 수용액을 만들어 사용하는데, 이때 많은 열을 발생시키므로 주의해야 한다. 만들어진 수용액을 산성용액과 반응시킬 때에도 많은 열을 발생하므로 묽게 하여 사용해야 한다.-프탈산무색의 결정으로, 분자량 166.14, 비중 1.59이다. 방향족 다이카복실산의 일종으로, 공업적으로 오산화바나듐을 촉매로 하여 나프탈렌을 460∼480℃에서 공기산화시켜 얻는 무색의 결정이며 그 유도체인 프탈산무수물은 합성수지의 원료로 사용된다.실험방법①나프탈렌 5g, HgSO4 2.5g, H2SO 75g을 retort에 취한다. 이때 가끔 흔들어 주면서 나프탈렌의 입자 표면이 용해하여 용액이 될 때까지 서서히 가열한다.② 냉각기를 연결한 retort를 300℃로 가열한다. 반응도중 retort의 유리관 벽에서 증류되어 나오는 프탈산이 냉각 응고되어 관이 막히는 일이 있는데 이때 가열을 계속하면 발생되는 SO2, CO2 가스 때문에 폭발할 염려가 있으니 주의해야 한다.③ 얻어진 프탈산과 부산물들을 여과한다.④ 묽은 NaOH 용액에 용해하여 불용인 미반응 나프탈렌을 여과하여 제거하고 여액을 산성화 후 재결정하여 백색결정인 프탈산을 얻는다.⑤ 녹는점 부근 (184~213℃)으로 가열하면 무수프탈산을 얻는다.실험 결과1) 실험 이론값은 위 반응식에서 반응비는 1 : 1 : 9 : 2 : 11 이다.나프탈렌과 프탈산은 1 : 1 반응이므로물질명몰수(mol)분자량(g/mol)물질량(g)나프탈렌0.0391283.34프탈산0.039166.144.342) 실험 측정값은 프탈산 0.56g3)4)고찰 및 결론이번 실험은 나프탈렌으로부터 프탈산을 합성하는 산화반응을 살펴보았고, 프탈산의 수율도 함께 알아보았다. 이 실험의 목표는 나프탈렌의 산화반응에서 황산은 산화제로 황산수은은 촉매로 이용해 프탈렌을 제조 하는 반응에서 탈수소 반응, 산소 부가 반응을 알아보는 것이다.우리는 5단계에 걸친 실험 방법으로 실험을 진행하였다.첫번째 단계에는 나프탈렌, 황산수은, 황산을 취했는데 이때 나프탈렌은 벤젠고리가 두개가 이어진 방향족 탄화수소 화합물인데 황산수은은 촉매로 이용되고, 황산은 산화제로 이용되어 사용하였다. 이때 세가지 물질을 섞고서는 서서히 가열 했는데 나프탈렌이 고체로 존재 했기 때문에 나프탈렌을 용액을 만들기 위해서는 나프탈렌의 녹는점 80.3℃ 까지 도달해야만 용액이 된다.두번째 단계에서는 환류냉각기와 3구 플라스크와 연결하고 연결한 플라스크를 매틀가열장치를 이용해300℃로 가열한다. 이때 300℃로 가열하는 이유는 나프탈렌의 끓는점은 217.97℃이기 때문에 용액을 기체화 시켜서 환류냉각장치를 통해 액체화 시키기 위해 300℃까지 가열하는 것으로 생각된다. 이때 반응도중 플라스크에서 증발한 기체가 환류냉각장치의 벽에서 프탈산이 냉각 응고되어 관이 막히는 일이 있는데 이때 가열을 계속하면 발생되는 SO2, CO2 가스 때문에 폭발할 염려가 있으니 주의해야 한다.세번째 단계에서는 유출물을 찬물로 세척하여 얻어진 프탈산과 부산물들을 여과한다.그 후 묽은 NaOH 용액을 이용하는데 이때 불용인 미반응 나프탈렌을 제거하기 위해 사용되었고 염기성화 된 용액을 다시 HCl로 산성화를 시켜주어야 한다. 이때 염기성화 된 용액을 다시 중성화 시키기 위해 HCl을 사용하였음으로 이때 1:1로 산성화를 시키고 산성화 시켜준다.네번째 단계에서는 알코올로 재결정을 하여 백색의 프탈산을 얻는것인데 이때 프탈산이 물·에테르 등에는 녹기 어렵지만 알코올에는 녹고, 알코올을 하면 좀더 증발 하기 쉽게 하기 위해 사용한다고 생각된다.다섯번째 단계는 184~200으로 가열하면 무수프탈산을 얻는다. 이때 가열온도는 녹는점 부근 (184~213℃)이기 때문에 이 온도를 사용한다.실험 하면서 단계 과정에 충실 했었기에 비록 data의 오차는 굉장히 많이 컸지만 프탈 산 제조 과정과 원리는 정확히 알수 있었다. 실험 첫번째 세가지 물질을 섞을 때 나프탈렌을 기존에는 10g을 넣어야 했는데 10g을 넣으면 반응이 너무 잘 일어나야 가스가 많이 발생하여, 가스 발생을 줄이기위해 나프탈렌의 양을 1/3로 하여 실험하였다. 모든 물질의 양을 1/3으로 줄여 실험을 했지만, 기존의 10g의 나프탈렌으로 하는 실험과 차이가 발생하여 오차가 발생 할 수 있었다. 또한 실험초반에 실험에 대하여 완벽히 이해하지 못함으로서 발생하는 실험기구 셋팅상의 문제가 있었다. 초반에 용액을 서서히 가열하였을 때 나프탈렌의 녹는점인70~80도 이상이면 환류냉각장치를 연결하였어야 했는데 이점을 숙지 하지못해 기체의 일부분이 증발 하였다. 또한 증류과정에서 환류장치와 삼각플라스크 사이를 파라필름으로 가스 유출을 막으려 했지만, 그렇게 되면 SO2,CO2가 폭발하기 때문에 가스 유출을 그대로 둘수 밖에 없어 오차가 발생하였다. 후드를 유독가스의 발생부위에 사용하였음에도 실험도중 유독가스가 자주 발생하여 호흡에 곤란이 있었다. 유독가스의 발생으로 인해 가스의 발생을 낮추고자 프탈산 석출용액을 담는 플라스크 밑에 얼음물을 놓았으나 가스 발생을 줄이는데에는 별 효과를 보지 못했다. 이번 실험도중 유독가스가 자주 발생하여 호흡에 곤란이 있었다. 과정상에 1:1로 NaOH와 HCl을 넣으라고 되어 있었는데 실험이 끝난후NaOH와 HCl의 1:1로 양은 같았지만 염산의 농도가 굉장히 높아 용액이 산성화를 띄고 있는 것을 알게 되었다. 그 후 모래중탕으로 온도를 240도 까지 올린후 검은 기체가 발생하며 냉각기를 통해서 플라스크로 여과가 될 것을 기대하고 있었는데 반응이 없었다. 또한 알코올로 재결정을 하는 중에 비커벽에 미쳐 씻지 못 한 프탈산이 있었을 것이다. 증류 후에도 반응하지 않은 나프탈렌결정이 있는 것으로 보아 3구 플라스크안에도 소량의 나프탈렌 결정이 남아있을 것 이다. 온도의 상승이 더디어서 버너를 두 개를 이용하여 하나는 바닥에 정상적으로 두고 하나는 스탠드에 고정하여 모래중탕기의 측면을 가열하였는데 온도를 높이는데 효과가 좋았다.이번 실험을 통해서 12.96%의 수율을 얻을 수 있었다. 오차의 가장 큰 원인으로는 실험기구 내벽에 프탈산이 석출되어 손실된 양과 냉각기와 플라스크 사이에 가스가 충분치 않은 냉각되지 않았음으로 기체상태로 손실되었을 것이다. 제대로 반응하지 않은 양과 질량 측정시에도 약간의 오차가 발생하였을 것이다.참고문헌1) Morrison&Boyd,"유기화학“2) Ronald Breslow,“유기화학반응메카니즘“,1985,3) 유기화학교재연구회, “유기화학”, 자유아카데미, 20074) J.W Baker,"유기화학전자설“,1967,5) Brown W.H,"유기화학“,1998,
