[무기화학실험]배위화합물의 합성과 분석 (페로센 합성) 1부









실험 목적


최초의 유기금속화합물인 ferrocene을 합성 및 정제하고, UV-Vis 스펙트럼 분석한다.



실험 이론 및 원리


1. 실험 배경

Ferrocene과 같이 비공유 전자쌍을 제공하는 리간드가 유기화합물인 경우를 유기금속화합물이라 한다. 유기리간드는 다양한 구조와 모양을 가질 수 있기 때문에 유기금속 화합물들은 보통의 착화합물에 비해 다양한 형태를 가질 수 있다. 배위착화합물의 전자구조는 금속의 오비탈에 리간드의 오비탈이 다가와 상호작용을 통해 결정된다. 이는 CFT와 MO로 설명 가능하다.


UV-Vis 스펙트럼 분석이란, 원자나 분자 오비탈에 존재하는 전자들이 빛을 흡수하여 바닥상태에서 들뜬 상태로 여기 될 때 흡수 스펙트럼을 분석해 분자 오비탈의 에너지 상태를 알아내는 분석법이다. UV-Vis 스펙트럼은 자외선 영역인 190～380nm, 가시광선 영역인 380～750nm의 빛의 흡수 스펙트럼을 측정한다. 주로 pi to pi star나 non-bonding to pi star 영역의 전이가 UV-Vis 스펙트럼에서 측정 가능하다.



실험 기구 및 시약


1. 실험 재료

1) Cyclopentadiene 1.0㎖(0.88g; FW=66.10; 13.31mmole)


2) Potassium hydroxide 4.0g (FW=56.11; 71.30mmole)


3) Iron(II) chloridetetrahydrate (FeCl2‧4H2O) 1.3 g (FW=198.81; 6.54mmole)


4) 1,2-Dimethoxyethane (CH3OCH2CH2OCH3) 12㎖


5) Dimethylsulfoxide (CH3SOCH3) 6㎖


6) 진한 염산 9㎖, 얼음 20g, n-hexane



실험 방법


Part 1 : Ferrocene, (C5H5)2Fe의 합성 및 정제

1) 100㎖ 3목 플라스크에 교반 막대를 넣고 양쪽에 Septum을 끼운다. 전자저울로 4g KOH를 측정해, 깔대기를 이용해 플라스크에 넣고, 주사기를 이용해 12㎖의 1,2-Dimethoxyethane으로 KOH를 녹인 후, 깔대기를 빼고 dropping funnel을 가운데 목에 연결한다.


2) Dropping funnel 위쪽을 septum으로 막고 빈 주사바늘을 이용해 반응기 내부를 질소 환경으로 만들어준다. 플라스크에 주사기로 septum을 통해 cracking된 cyclopentadiene monomer 1.0㎖를 천천히 가하고 10～15분간 상온에서 교반한다.


3) 그동안 DMSO 6㎖에 1.3g Iron(II) chloridetetrahydrate을 충분히 녹인 용액을 준비한다.


4) 준비한 용액을 주사기를 이용해 반응기의 dropping funnel에 넣고, 분당 약 20방울 씩 천천히 플라스크에 떨어뜨리며 계속 교반해준다.


5) 모두 가한 후 20분간 더 교반한다.


6) 또 다른 250㎖의 비커에 얼음과 교반자석을 넣고 6㎖의 HCl을 천천히 가한다. 20분간 교반한 용액을 얼음과 HCl을 섞은 용액에 넣고 약 10분간 교반한다. (얼음이 거의 녹으면 약간의 얼음조각을 더 넣어준다.)


7) 10분 후 얻어진 ferrocene 고체를 뷰흐너 깔대기를 이용해 거르고, 증류수로 3회 충분히 씻어준다.


8) 얻어진 고체를 petri dish에 잘 펼친 후 1,2일 간 잘 건조시킨다.


9) 얻어진 ferrocene을 100㎖의 n-hexane에 넣어준다. 거름종이로 용액에 불순물을 걸러낸다.


10) 거름종이를 통과한 용액을 one-neck 플라스크와 Evaporator를 이용해 n-hexane을 제거한다.


11) 소량의 n-hexane을 넣어 플라스크안의 물질을 비커로 옮긴다.


12) 그 뒤 n-hexane을 약간 가열해 물질을 완전히 녹인다. 그 후 냉장고에 보관하여 재결정시키면 ferrocene 고체만 얻어낼 수 있다.

 

Part 2 : Ferrocene의 UV Spectrum 관찰

1) 실험에서 얻은 ferrocene을 0.0331mg을 20mL의 n-hexane에 녹인다.



2) 하나의 UV 큐벳에는 blank를 위한 n-hexane을, 또 다른 UV 큐벳에는 ferrocene을 녹인 n-hexane을 넣는다.(본 실험에서는 0.0059M의 용액을 사용하였다.)


3) UV spectrum을 보고 어떤 파장 대에서 흡광도가 높게 측정되는지 기록한다.






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