[유기화학실험]Aldol Condensation(알돌축합) 2부

실험 방법

1. 실험 과정

1) 건조가 잘된 50㎖ 삼각 플라스크에서 0.4g(0.001㏖e)의 수산화나트륨을 물 2㎖ 와 95% 에탄올 2㎖에 녹인 용액을 준비했다.

2) 용액이 냉각된 후에 아세톤 0.3㎖(0.024g, 0.004㏖e)를, 그 다음엔 0.8㎖(0.82g, 0.008㏖e)의 벤즈알데히드를 첨가했다.

3) 그러자 노란 탁색이 금방 생겼다가 재빨리 솜털 모양의 침전으로 되었다.

4) 15분 동안에 걸쳐서 자주 플라스크를 마구 흔들어 주었다.

5) 죽 모양의 반응 생성물을 뷰너깔대기에 모으고, 그것을 처음엔 물로 그리고 나서 약간의 차가운 95% 에탄올로 씻었다.

6) 그리고 생성물이 마를 때까지 깔대기를 통해 계속 공기를 넣어준 후 증발기에 넣어서 완전히 건조 후 생성물의 무게를 측정하였다.

 

주의 사항

1. 죽모양의 반응 생성물을 세척해줄 때 시약이 녹아서 걸러지는 일이 없도록 물과 에탄올을 차갑게 해주어야했고 침전물이 거름종이를 벗어나 깔때기에 투과되지 않게 조심해야한다.

2. 아세톤, 헥산, 메탄올, 에탄올 등은 휘발성이 강하고 가연성이므로 사용에 주의해야g한다.

3. 소량의 시약을 사용하므로 정확한 양을 잴 수 있도록 주의를 기울여야 한다. 

실험 결과

1. Raw data

Table 2. 측정된 시료의 무게

거름 종이 + 증발접시의 무게(g)	80.23
건조 후 무게(g)	80.91
시료의 무게(g)	0.68

Table 2는 측정한 실험값이며 시료의 무게는 [건조 후 무게] － [거름 종이 무게 ＋ 증발접시의 무게]로 얻은 값이다.

 

2. Data calculation

아세톤과 벤즈알데히드는 1 : 2 몰비로 반응하고, 한계시약은 Acetone이여서, 1몰의 벤잘아세톤을 생성한다. 여기서 이론상 얻고자 하는 시료의 무게를 계산하면 아세톤 0.004㏖, 벤즈알데히드 0.008㏖ 반응시켜 나오는 벤잘아세톤은 0.004㏖ 생성을 하므로

234g/㏖×0.004㏖e = 0.936g

수율 = 실험을 통해 얻은 시료의 무게/이론상 얻고자 하는 시료의 무게× 100

식으로 나타낼 수 있다. 

그러므로 계산을 하면

수율 = 0.68/0.936× 100 = 72.65

 

토의 사항

1. 실험 고찰

본 실험에서 일어난 교차 알돌 축합반응의 메커니즘은 다음과 같다.

먼저 염기로 사용된 NaOH에 의해서 acetone의 한쪽 α-수소가 탈양성자화되어 공명 안정된 친핵체인 enolate anion을 생성한다. 그 후 친핵체인 enolate anion이 친전자체인 benzaldehyde의 carbonyl 탄소를 공격하는 친핵성 첨가반응은 사면체 카보닐 첨가 중간체인 alkoxide ion을 형성한다. 생성된 alkoxide는 염기 촉매조건 하에서 탈수되어 용매에 의해 양성자가 첨가되어 β-hydroxyketone이 생성하며, 다른 OH-이온을 생성시켜 염기 촉매를 재생시킨다. 여기서 또 다시 알돌 생성물에서 양성자를 제거시켜서 enolate anion을 생성한 뒤 OH-이온을 제거하여 새로운 alkene의 π결합을 생성하여 enone 분자를 생성한다. 이 경우 제거 반응은 특히 빠른데, 왜냐하면 alkene이 carbonyl기 뿐만 아니라 benzene의 conjugation으로 안정화되기 때문이다. 지금까지의 과정이 acetone의 다른 쪽 α-수소에도 일어나게 되면 최종적으로 dibenzalacetone이 생성되게 된다.

본 실험은 알돌축합의 대표적인 반응으로 벤즈알데히드와 아세톤과 2 : 1 몰비로 반응시켜 디벤잘아세톤을 생성하는 실험이였다. 먼저 건조가 잘 되어진 100㎖의 삼각플라스크에 수산화나트륨과 95% 에탄올을 각각 2㎖를 넣은 후 벤즈알데히드 0.008㏖, 아세톤 0.004㏖을 넣고 10분정도 흔들어주었다. 시간이 흐름에 따라 하얗게 죽모양처럼 하얀고체물질이 형성되었는데 이것이 디벤잘아세톤이였다. 반응이 충분히 일어났다고 생각하고 뷰너깔대기를 사용하여 디벤잘아세톤을 걸러내고, 디벤잘아세톤에 묻어있는 불순물(수산화나트륨)을 제거하기 위해서 에탄올과 물로 씻어낸 후 물을 증발시키기위해 건조대에 하루정도 방치한 후 무게를 측정하여 0.68g을 얻을 수 있었다.

 

디벤잘아세톤을 만드는 메카니즘보면에서 부반응이 거의 없기 때문에 이론상으로 얻을 수 있는 값(0.936g)과 거의 비슷하게 나올 줄 알고 90%이상의 수율을 얻으리라 예상했으나 72.65%밖에 되지않았다. 이렇게 낮은 수율의 값을 얻은 이유는 벤즈알데히드와 아세톤의 반응이 완전히 일어나지 못했기 때문이였다. 10분동안 흔들어서 대충 반응이 다 일어났다고 생각게 큰 실수였던 것 같다. 또 생성된디벤잘아세톤도 역반응을 하여 다시 벤즈알데히드와 아세톤을 생성하므로 낮은 수율값을 얻는 오차가 되었다. 

디벤잘아세톤을 세척할 때 물과 에탄올을 충분히 차갑게해야 했는데 충분히 차갑게 하지 못해서 디벤잘아세톤이 씻겨나갔기 때문에 낮은 수율의 값을 얻은 오차가 되었고, 미량의 디벤잘아세톤이 뷰너깔대기에 거를때 거름종이를 빠져나간 것도 오차의 원인이 되었다. 그리고 반응물들의 몰수를 정확히 측정하여 넣었어야하는데 반응하는 몰수가 작아서 나름대로 잘 측정하여 반응시켰다고 생각했지만 정밀하게 측정하지 못한것도 낮은 수율을 얻는 오차가 되었다. 이런 오차의 요인들을 잘 고려하여 실험한다면 높을 수율을 얻을 것이라 생각된다.

 

참고 문헌

1. William Brown, Thomas Poon, 유기화학 입문, 유기화학교재연구회, 자유아카데미, 2011, p.560~563

2. 화학교재편찬위원회, 유기화학실험, 청문각(교문사), 2009, p.399-402

3. 공업화학실험1, 전북대학교 화학공학부, 김완영, Chapter 3, 2004.

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