[유기화학실험] 아지리딘 합성

왔어요~ 왔어요~ 시험기간이 왔어요~

유기실험... 비록 1학점이지만 이거라도 에이쁠 받아 내 학점을 구원하겠어요...

 

이번학기에 유기실험하면서 느꼈던게 같은 반응이라도 생성물이 다른 경우가 꽤 있더라구용

여러분은 제 글을 읽더라도 다 따라쓰지마시구 참고하시길 바래요..

다 따라썼다가 조교님이 나 특정하면 넘 무서울듯 ㅠㅜ

저에게는 많은 실험들이 남아있습니다... 진짜 참고만 하셔야해유

 

참고로 하이라이트는 중요하다고 생각되거나 시험에 나온 것.

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1. 제목: Aziridine-2-carboxylate 합성

 

2. 목적: 실험을 통해 Aziridine에 대해 알고 합성해본다.

 

3. 이론

 1) Streochemistry : 입체화학. 분자 안의 원자, 혹은 원자단의 공간적 배치를 입체적으로 고려하여 여러가지 현상을 연구하는 학문이다. 화학에서의 공간적 배열은 입체 이성질 현상, 즉 이성질체를 야기하고 이는 생물학적 현상에 매우 중요한 역할을 한다. 따라서 생물학적 현상과 생화학적 현상을 이해하기 위해서 입체화학을 알아야한다.

1-1) Isomers : 이성질체. 분자식은 같지만 다른 물리적/화학적 성질을 가지는 화학물을 말한다. 이성질체인 분자들은 원소의 종류와 개수가 같으나 구성원자단이나 구조가 완전히 다르거나, 구조가 같더라도 상대적인 배열이 달라 다른 성질을 갖게된다.

1-2) Diastereomer : 부분 입체 이성질체. chiral center 중 일부만 다른 이성질체

1-3) Enantiomer : 거울상 이성질체. 왼손과 오른손의 관계처럼 자신의 거울상과 겹쳐지지 않는 이성질체.

1-4) Chirality: 거울상 영상에 서로 겹쳐질 수 없는 분자구조를 나타낸다. 구조에 따라 R/S로, 광학활성도에 따라 +/-로 나눌 수 있다.

1-4) Cahn ingold prelog 규칙: R, S form을 구분하는 규칙이다. 적기 귀찮으므로 아래 링크 참조.

https://study-all-night.tistory.com/34

유기화학 26강 : 이성질체 - R, S 체계 (치환기들의 삼차원적 배열 configuration)

 

 2) Substitution reaction : 치환 반응. 어떤 화합물의 성문 중 일부가 다른 원소로 바뀌어지는 변화를 말한다. 종류로는 Sn1, Sn2, SEAr, F.R.SM N.A.S 등의 반응이 있다.

 

A+BC → AC+B

 

 2-1) Sn2: B와 C의 치환이 동시에 일어나는 반응이다. 강한 친핵체를 사용시 일어난다.

 2-2) Sn1: 이탈기가 먼저 떨어진 후 치환기가 붙는 반응이다. Carbocation이 중간체로 나타난다.

 

 3) Elimination reaction : 제거반응. 어떤 분자에서 분자를 구성하는 원자들 중 일부가 빠져나가 새로운 분자가 형성되는 반응이다. 종류로는 E1, E2 반응이 있다.

 

ABC → AB+C

 

 3-1) E1: 염기가 이탈기와 결합과 동시에 이중 결합이 생성된다.

 3-2) E2: 이탈기가 떨어지고 Carbocation이 포함된 중간체가 생성된 후 이중결합이 생성된다. 즉, 염기가 수소를 나중에 얻는다.

 

4) TLC : Thin layer chromatography, 얇은 층 크로마토그래피이다. 혼합물을 구성하는 성분 물질 수, 순도, 극성 또는 화학반응의 진행정도를 판단하는데 이용하는 방법이다. 정지상으로 작용하는 얇은 막의 실리카가 도포되어있는 유리나 플라스틱 TLC 판을 이용한다. 실리카는 충격에 약하나, 극성에 굉장히 강해 물질의 극성이 클수록 rf값이 낮다. 그 이유는 물질이 실리카와 상호작용하며 몰리까지 나가지 못하기 떄문이다. 이러한 극성은 전개용매로 조절이 가능하다.

 

 5) Ninhydrin reaction : 닌히드린을 아미노산 수용액에 가할 시 청색, 자색으로 변하는 발색반응이다. 질소에 민감한 시약으로, 질소를 포함한 모든 화학물 검출에 사용된다. 가열해야만 발색이 가능하다.

 

6) Aziridine: 화학식/구조식/ 분자량/ 밀도/ 끓는점/ 녹는점/ MSDS/ 피해야 할 조건 및 물질 생략.

https://en.wikipedia.org/wiki/Aziridine

Aziridine - Wikipedia

https://msds.kosha.or.kr/MSDSInfo/kcic/msdsdetail.do

 아지리딘을 합성하면 RR과 RS가 다른 비율로 나오게 된다.

 

4. 기구 및 시약조사

 1) 기구: 생략. 

 2) 시약: 생략. 화학식/구조식/ 분자량/ 밀도/ 끓는점/ 녹는점/ MSDS/ 피해야 할 조건 및 물질 등을 조사해서 적는걸 잊지마세요.

 

5. 실험방법 : 생략.

 

6. 결과

 1) TLC : TLC 사진 붙인 후 간단한 TLC 분석 (rf값, 반응의 진행도, 불순물, 극성 등 기재)

 2) 수득률(%) 계산

 (바이알 총 무게 - 빈 바이알 무게)*100 = 생성물 g*100 

 이론적 수득량 g

 

 수득률이 100%를 넘었을 때, 왜 그런 결과가 나왔는지 간단한 고찰 및 분석도 적자. (용매가 잘 안날라가서/ 불순물이 남아있어서)

 

7. 토의 

 1) ice bath와 질소 풍선 설치 중 무엇을 먼저 해야하는가?

 : 질소 풍선 설치가 먼저이다. 공기 중 수증기와의 반응으로 방해가 생길 수 있기 때문이다. 얼음은 발열반응이 일어나는 플라스크를 0도로 유지해주기 위해 설치한 것으로, 질소풍선을 우선시 해야한다. 

 

 2) 왜 sodium sulfate를 사용하는가?

 : 수분을 제거하기 위해서이다. quench를 위해 사용된 수분이 계속 남아있으면 정제과정에서 불리하기 때문이다. sodium sulfate는 이 과정에서 건조제 역할을 한다.

 

 3) work up에서 증류수를 사용한 이유는 무엇인가?

 : Quenching을 위해서이다. 이는 증류수나 염화암모늄 수용액과 물질을 첨가하여 반응을 종료하는 것이다. 이를 통해 반응 혼합물 속 반응물을 다 반응시켜 더 이상의 부반응을 예방할 수 있다. 

 

 4) work up이란?

:quenching, extract, dry, filter 4가지의 과정으로 구성되어있다. 결과물의 수득률을 높이기 위해 사용한다. quenching에서는 반응을 종결하고, extract는 dcm, ac, dmso와 같은 유기/극성용매를 사용해 물질을 한 층에 녹여 추출한다. dry는 건조제를 넣어 추출액 속 수분을 잡는 역할을 하며 filter는 필요한 물질만 거르는 과정이다. 

 

 5) 다른 발색약은 뭐가 있을까?

 :KMnO4, PMA 등 알아서 조사하기.