Transcript 유기화학실험 3주차(6조)

Synthesis of Cyclohexene
(E2반응)
수요일반 6조
실험목적
- Alcohol의 OH 그룹이 산 촉매에 의해 protonation
되고, 그로부터 생긴 alcohol분자에서 물 분자가
빠져나가는 제거반응을 해본다. 이런 반응은
alkene을 만드는 한 방법이다.
-
제거반응
E1반응
E2반응
E1과 E2의 반응 요약 및 비교
20131938 서현지
제거반응
- 출발물질에서 원소를 잃고 새로운 π결합을 형성
하여 생성물을 만드는 반응
염기는 수소공격 / 친핵체는 탄소공격
E2반응
① 이분자제거반응
Mechanism
② 2차 반응 속도식
- rate = k [ (CH₃)₃CBr ][ ¯OH ]
③ 한 단계 mechanism
할로젠화 알킬의 농도와
염기의 농도가 속도를 결정
E2 반응에 영향을 주는 요인
① 염기
- 강한 염기를 선호
(¯OH, ¯OR)
- DBN, DBU, t-BuO¯
- 같이 입체장애가 큰
염기도 자주 사용
② 이탈기
- 이탈기와 탄소의 결합이
전이상태에서 부분적으
로 끊어지므로
좋은 이탈기일수록 좋다
- R-F < R-Cl < R-Br < R-I
E2 반응에 영향을 주는 요인
③ 용매
- 극성 비양성자성 용매는
음이온을 잘 용매화
못하므로 그 염기가
더 세져서 반응속도 증가
④ 할로젠화알킬(기질)
- 이탈기를 가진 탄소에
R기의 수가 증가하면
더 안정한 알켄이
생성되어 반응속도 증가
E2의 입체화학적 특성
- 안티준평면 (anti periplanar)
: 같은 평면상에 H와 X가 서로 반대편쪽에 위치
E2의 입체화학적 특성
E1반응
① 일분자 제거 반응
Mechanism
② 1차 반응 속도식
- rate = k [ (CH₃)₃CI ]
③ 두 단계 mechanism
할로젠화 알킬의 농도만으로
반응속도 결정
E1의 자리옮김반응
• 단일 반응물의 결합이나 원자가 재배열이 진행되
어 하나의 이성질체 생성물을 생성할 때 일어남
E1 반응에 영향을 주는 요인
① 염기
- H₂O, ROH
같은 약염기 선호
② 이탈기
- 좋은 이탈기일수록
반응속도 증가
E1 반응에 영향을 주는 요인
③ 용매
- 이온성 중간체(탄소
양이온)를 용매화할
수 있는 극성 양성자
성 용매 필요
④ 할로젠화 알킬 (기질)
- 이탈기를 가진 탄소에
R기의 수가 증가하면 더
안정한 알켄이 생성되어
반응속도 증가
E1과 E2반응 요약 및 비교
-
Saytzeff’ s Rule (Zaitsev rule)
Hoffmann 생성물
치환반응과 제거반응의 지배 요인
E1과 E2반응 요약 및 비교
Sn1과 E1의 반응 비교
Sn2와 E2의 반응 비교
20131898 이지은
Saytzeff’ s Rule (Zaitsev rule)
- 1875년 러시아의 화학자
Alexander Zaitsev
- 제거반응에서 더 안정한 알켄 생성물
=알킬 치환기의 수가 많은
Saytzeff’ s Rule (Zaitsev rule)
- The more stable the alkene, the lower its
heat of hydrogenation
Saytzeff’ s Rule (Zaitsev rule)
- Hyperconjugation
overlap between sigma bond orbital and
pi-bond orbital or p-orbitals
Saytzeff’ s Rule (Zaitsev rule)
- 제거반응에서 더 안정한 알켄 생성물
=알킬 치환기의 수가 많은
Saytzeff’ s Rule (Zaitsev rule)
①
②
②
①
Saytzeff’ s Rule (Zaitsev rule)
- Eliminations often favour the more stable
trans-product over the cis-product
Hoffmann 생성물
- Hofmann rule
The major alkene product is the least
substituted and generally the least stable
Hoffmann 생성물
- Steric interactions (bulky base, substrate)
+)
potassium t-butoxide
Hoffmann 생성물
- The stereochemistry of the starting
material can prevent the formation of
the Zaitsev product
Zaitsev, Hoffmann Product
치환반응과 제거반응의 지배 요인
-
Nucleophilic
Solvent
Substrate
Leaving group
치환반응과 제거반응의 지배 요인
Nucleophilic
- strong / weak
치환반응과 제거반응의 지배 요인
-Nucleophilic / Base
0차 1차: Sn2 우세
2차 3차: E2 우세
E2
Sn2
Sn1, E1
치환반응과 제거반응의 지배 요인
Solvent
- 무극성 용매
- 극성 용매 protic solvent
has a hydrogen atom bound
to an oxygen or a nitrogen
aprotic solvent
치환반응과 제거반응의 지배 요인
Solvent
치환반응과 제거반응의 지배 요인
Substrate
α 위치
치환반응과 제거반응의 지배 요인
Leaving group
좋은 이탈기 일수록 모든 반응 속도 증가
= 약한 염기
E1과 E2반응 요약 및 비교
E1
E2
E1과 E2반응 요약 및 비교
Sn1과 E1의 반응 비교
Sn1
Sn1과 E1의 반응 비교
E1
Sn1과 E1의 반응 비교
Sn1과 E1의 반응 비교
- Sn1 and E1 occur together
- Increasing the temperature
tends to increase the amount of elimination
products produced
Sn2와 E2의 반응 비교
Sn2
E2
Sn2와 E2의 반응 비교
반응 비교
-
매커니즘
기구
시약
실험방법
실험결과
20131938 서현지
Mechanism (E2)
실험기구
-
둥근 플라스크
분액깔때기
증류장치
Magetic stirrer/hot plate
PH paper
Stirring bar
시약
- 황산 (H2SO4) : 강산, 이탈기가 더 잘
이탈 될 수 있도록 도와줌
- Cyclohexanol (C6H11OH): 이번 실험의 기질로 사용
녹는점 23℃ 끓는점 161℃
- 탄산수소나트륨 (NaHCO3): 중화할 때 사용
- 황산마그네슘(MgSO4): 건조시킬 때 사용
실험방법
① 25ml 둥근 플라스크에
cyclohexanol (4ml)을
녹이고 넣은 후,
황산 1.5ml을 넣어준다.
실험방법
② 플라스크에 stirring bar를 넣고
증류장치를 설치한 다음 가열한다.
실험방법
③ 교반기에서 천천히 가열하여 생성물인
Cyclohexene과 물을 회수플라스크에 받는다.
④ 증류 잔류물이 거의 없어질 때까지 계속 증류한다.
실험방법
⑤ 회수 플라스크의 증류 물 용액에
소량의 황산이 따라 나오기
때문에 회수 플라스크에
탄산수소나트륨용액 1ml 넣어
중화시킨다. (PH paper로 확인)
실험방법
⑥ 중화된 혼합액을 분
액 깔대기로 옮겨서
아래의 물층을 제거하
고 유기물
Cyclohexene을 시험
관에 담는다.
⑦ 여기에 남아있는
나머지 수분을
제거하기 위해 MgSO4 을
매우 소량 넣는다.
실험방법
⑧ 호스를 꼽고 물을
틀어 글래스필터로
걸러낸다.
⑨ 플라스크와
cyclohexene의 무게를
측정하고 수득률을
구한다.
실험결과
Cyclohexanol의 밀도
0.962g/ml
Cyclohexanol의 부피
4ml
Cyclohexanol의 질량
3.848g
Cyclohexanol의 분자량
100.2g/mol
Cyclohexanol의 몰수
0.038mol
빈 플라스크의 무게
42.741g
빈 플라스크 + Cyclohexene
43.342g
Cyclohexene의 무게(실험값)
0.6g
Cyclohexene의 분자량
82.14g/mol
Cyclohexene의 몰수
0.038mol
Cyclohexene의 질량(이론값)
3.121g
실험결과
• 이론적 수득량
=cyclohexanol의 부피(ml) × cyclohexanol의 밀도
(g/ml)÷cyclohexanol의 분자량(g/mol)
×cyclohexene의 분자량(g/mol)
=cyclohexene의 질량(g)
• 수득률(%)
=실험값/이론값 ×100%
=0.6g/3.121g×100%
=0.19%