[유기화학실험]아세트아닐라이드 합성 1부

실험 목적

1. 아마이드 결합과 펩타이드 구조 그리고 아세틸화 반응에 대해 이해한 후, 아닐린의 아세틸화 반응을 통한 아세트아닐라이드의 합성 과정을 수행한다.

2. 친핵성 Acyl 치환반응에 대해서 알 수 있다.

3. Amide기로 아세트아닐라이드 합성을 할 수 있다.

실험 이론 및 원리

1. 아실기(RCO-)와 아마이드 결합(-CONH-)

아실기(acyl group)란 카르복시산 R-COOH의 카르복시기(-COOH)에서 OH를 제외한 나머지 원자단 RCO-의 총칭이다. 그림 1에서와 같이 케톤, 알데하이드, 에스터는 모두 아실기를 포함한다.

아실기 종류

아마이드 결합은 아미노기(amino group)와 카르복시기에서 물이 빠져 이루어지는 결합을 말하며, 단백질에서와 같이 두 아미노산 간에 일어나는 아마이드 공유 결합의 경우는 펩타이드 결합이라 한다.

 

2. 아세틸화 반응

아세틸화(acetylation)는 유기화합물 중의 수소원자, 특히 아미노기(-NH) 또는 히드록시기(-OH)의 수소를 아세틸기(-COCH3)로 치환하는 반응이다.

 

1차 아민(R-NH2) 및 2차 아민(RR´-NH)의 질소원자와 결합하고 있는 수소원자나 알코올(R-OH) 및 페놀 Ar OH(Ar는 방향족고리 잔기) 중의 산소원자와 결합하고 있는 수소원자는 특히 아세틸화를 일으키기 쉽다. 이들을 구별하기 위하여 N-아세틸화, O-아세틸화라고 부른다.

 

아미노기의 아세틸화는 아세트산, 아세트산무수물 또는 산염화물 등을 사용해서 쉽게 이루어진다. 이 반응은 아미노산 등의 아미노기 보호를 위해 쓰이는 경우도 많지만, 아닐린의 아세틸화로 얻는 아세트아닐린은 공업적으로도 중요한 원료가 된다. 히드록시기의 아세틸화는 다단계합성의 도증에서 히드록시기를 보호할 목적으로도 이루어진다.

아마이드(amide) 결합

알코올이나 페놀의 아세틸화는 염화아세틸 또는 아세트산무수물을 써서 할 수 있다. 방향족 화합물의 탄소원자에 결합해 있는 수소를 아세틸기로 바꾸어 메틸케톤류를 얻는 아세틸화는 프리델-크래프츠반응으로서 알려져 있다.

 

최근 단백체 연구에 의하여 포유류와 박테리아 단백질의 5-10%가 리신 아세틸화되어 있음이 밝혀졌으며, 단백질의 아세틸화-탈아세틸화가 인산화처럼 다양한 단백질의 구조 및 기능을 조절함으로써 생물학적 역할을 담당하리라고 여겨지고 있다.

1) 초산을 이용한 아세틸화

아세틸기를 주는 시약으로 빙초산을 사용하면 생성되는 수분에 의해 농도가 묽어지고, 반응은 느려진다. 즉, 매우 경제적이기는 하나 꽤 오랫동안 가열해야 한다. 그러므로, 반응장치를 잘 선택하여 생성되는 수분을 제거함으로써 반응의 평형을 정반응 쪽으로 진행시키도록 하면 반응시간을 단축시킬 수 있다.

2) 무수초산을 이용한 아세틸화

무수초산은 실험실에서의 합성에 쓸모가 있다. 즉 이 산 무수물은 수용액에서 amine을 acetyl화시킬 수 있을 정도로 가수분해 반응이 늦게 일어나며 생성된 amide는 순도나 수율이 매우 좋다. 하지만 ortho- 나 para- nitroaniline과 같이 비활성 아민(약 염기)에 사용하기에는 적합하지 않다. 즉, 아세틸화 시약으로서 무수초산을 사용하면 반응시간이 대단히 단축되어 효율이 좋지만, 소량이기는 하여도 디아세틸 유도체가 부산물로 생성되기 쉽다. 빙초산과 무수초산을 같은 양을 혼합하여 사용하면 반응시간은 30분 정도로 된다.

3) 염화아세틸을 이용한 아세틸화

염화아세틸(acetic chloride)는 몇 가지 이유로 인해 좋지 못한 데 가장 큰 이유는 그것이 반응하면 HCl을 방출하여 HCl이 반응하지 않는 amine의 염화수소염을 만들기 때문이다.

 

3. 아세틸화 제(agent)

아세틸화에 쓰이는 시약을 아세틸화제라고 하며, 보통 염화아세틸 ․아세트산무수물 등이 사용되는데, 이 밖에 아세트산, 케텐, 브롬화아세틸을 사용하기도 한다.

 

아세틸화제로서는 무수초산 만을 사용하거나 빙초산만을 사용할 수도 있다. 그러나 이들은 단독으로 사용하는 경우보다 혼합액으로 사용하는 경우가 훨씬 더 아세틸화가 용이하게 일어나고 수량도 좋다. 또한 염화아세틸(CH3COCl), 케텐, 브롬화아세틸 등도 아세틸화제로 이용되고 있다.

 

본 실험에서 아세틸화는 아닐린에 무수초산과 빙초산의 혼합액을 작용시키고 아닐린의 아민기에 아세틸기(-COCH3)가 도입되어 acetanilide가 생성되게 하는 것이다. 한가지 더 살펴보자면 아세틸화는 1차 또는 2차 아민을 보호하기 위해 종종 쓰인다.

 

1) 아세틸화 제들의 반응성 크기

CH3COCl > (CH3CO)2O > CH3COOH

염화아세틸 〉 무수초산 〉 초 산

 

실험 기구 및 시약

1. 실험 기구

1) 리비히 냉각기, 가열 교반기, ice bath, 감압여과장치, 눈금실린더, 비커, 거름종이

2) Thermometer(2EA), Condenser, Four-Neck Angled, Round-Bottom Flask

3) Oil Bath, Magnetic Bar, Rubber Stopper, Erlenmeyer Flask, Aspirator

4) Bchner Funnel

 

2. 실험 시약

1) 아세트산 무수물, 아세트산, 아닐린

 

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