Fischer esterification 반응 - Fischer esterification ban-eung

평형의 위치가 에스터의 생성량을 조절하기 때문에, 카복실산이나 알콜을 과량 사용하면 제한 시약에 준한 수율을 증가시킨다. 과량으로 사용할 성분을 어느 것으로 할 것인지는 그 물질의 사입 조건과 가격에 달려 있다. 에스터화반응의 수율은 또한 혼합물로부터 형성된 물을 제거함으로써 높일 수 있다.

※ 에스터를 형성하는 산소의 공급처 알기 (동위원소로 확인)

탄소와 이중 결합하는 산소 ← 카복실산(carboxylic acid)

탄소와 단일 결합하는 산소 ← 알콜(alcohol)

벤조산이 18O으로 표지된 메탄올과 반응하면, 표지된 산소가 에스테르에 나타난다. 이 결과는 에스테르화반응에서 어느 결합이 깨어졌는지를 드러내 준다.

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실험 방법

1. 실험 과정

1) 환류 장치를 셋팅한 다음 250㎖ 둥근바닥 플라스크에 n-butyl alcohol (1-butanol) 0.15㏖e(11g, 15㎖)를 넣고, 0.30㏖e(18g, 17㎖)의 glacial acetic acid를 넣은 다음 거기에 3～4g(2㎖)의 진한 황산을 넣어서 반응시킨다.

2) 혼합물이 든 플라스크를 2시간 정도 환류시킨다. (80℃)안 넘게 → n-butyl acetate 생성 + 부산물(n-butyl alcohol, acetic acid, 진한 황산, 물)

3) 플라스크를 서서히 식히고 단순 증류 장치 세팅

4) 몇 ㎖의 혼합용액이 남을 때까지 단순 증류, 124～126℃유지 -product의 끓는점 범위 (기름중탕)

환류가 끝난 후 혼합물이 든 250㎖ 둥근바닥 플라스크를 얼음중탕에서 식히고 물 첨가 → 수층 분리(물에 녹는 불순물 걸러냄 & 산 농도 ↓ : 중화효과) → 위 : 유기층, 아래: 수층 (product 비중 : 0.88)

5) 차갑게 유지되는 500㎖ 삼각플라스크에 유기층을 옮긴 후 물에 녹인 sodium carbonate(Na2CO3)를 조금씩 가한다 → 중화 반응 → 포화 sodium carbonate 용액 사용하지 않는 이유? 반응성이 커져 다량의 CO2발생하기 때문

6) 산 중화 → 리트머스 종이로 산 제거 확인

7) 분별깔대기로 옮긴 후 아래 층에 있는 액(물층)을 버리고, 나머지 유기물(n-butyl acetate)층에 증류수 10㎖를 넣어 흔들어 준다. → 넣어주는 증류수는 중화(진한 황산)시키는 의미를 가짐

가해서 탈수시킨다.

8) 깔대기로 거른 후 단순증류해서 119～125℃사이에 증류액을 받는다.

[유기화학실험] Esterification 레포트

1. 실험 이론 및 원리 1.1. Ester의 성질 1.1.1. 저급 에스테르는 과일 향기가 있는 액체이고, 고급은 고체이다. 1.1.2. 에스테르는 물에 녹지 않으나 NaOH와 함께 끓이면 가수 분해된다. 1.1.3. 에스테르는

 몸상태라 메롱해서... 오늘은 그냥 다 접고 쉬고있습니다.

Esterification - 에스터화 반응 -

에스터화 반응은 유기화학에서 흔히 Acid라 부르는 카복실산과, 알콜기를 탈수축합시키는

반응입니다. 고등학생들은 아마, 에스테르라고 배운 물질은 형성시키는 반응이며,

대학교 유기화학을 공부할 때 배우는 과정입니다.

에스터에 대한, 특징이나, 구조 등은 고등학교때 부터 주욱 접해오셨을 걸로 알기에,

형성과정에 대한 메커니즘만 설명하고자 합니다.

일단 간단히 반응물을 소개하자면,

에스터화 반응에 사용되는 주 반응물은 Acid와 ROH가 있습니다.

-Acid : 카복실산으로 불리며, 케톤기의 C에 -OH가 추가적으로 결합된 형태를 띱니다.

         C를 기준으로 4개의 리간드를 형성하며, 전자구름은 3개이기에 SP2의 혼성화를 지닙니다.

         SP2 혼성화이기 때문에, 리간드의 일부분에 전자가 결핍될 시 공명구조로서 전자공급이

         가능합니다. 주로 구조는 RCOOH이며, R기에 따라서 명명이 바뀝니다.

         R기가 메틸기면 Etanoic acid로 -Acetic acid[관용명]

        R기가 에틸기면 Propionic acid로 불립니다.

         주로 명명법이 oic acid로 끝나는 경향이 있으며, 관용명으로도 잘 부릅니다.

-ROH : R기가 작으면 물에 무한정으로 녹을 수 있는 물질입니다.

          흔히 섭취하는 에탄올이 예입니다.

         -OH기를 지니기에 극성이 크며, 수소결합을 이루는 특징이 있습니다.

          [물론 Acid가 더 쌤]

         MeOH의 경우 Methanol로 EtOH의 경우 Ethanol 같이 뒤에 -ol로 끝나는 특징이 있습니다.

         한 구조내에 OH가 2개 이상일 경우, -1,2- diol 같이 명명합니다.

         명명의 우선순위는 Acid > Aldehyde > ROH > Alkyne=Alkene > Alkane 입니다.

-에스터화 반응의 메커니즘

메커니즘은 액시드-케톤기의 산소가 촉매제인 수소+를 공격함으로서 시작됩니다.

케톤기 산소의 비공유전자쌍이 수소+를 공격함으로서, 케톤기에 -OH + 결합이 형성됩니다.

O의 형식전하가 +가 띄게 되므로, 이를 완화 시켜야 하므로, 케톤기의 이중결합으로부터,

전자 2개가 -OH+로 공급되어 -OH가 중성화 됩니다. 이 과정에서 중심탄소는 2가지 형태의

공명구조를 지니게 됩니다. 한 가지는 -OH+에 전자를 공급하고, C자체가 +를 띄는 형태와

다시 케톤기로 돌아오는 형태가 있습니다.

중심 C가 +를 띄게 되면, ROH의 산소의 비공유 전자쌍이 손쉽게 이를 공격할 수 있으며,

이로인해 결합이 형성됩니다. -탄소는 4개의 리간드를 지니게 됩니다.

다만, 이부분에서, ROH의 경우 O에서 전자 2개를 공여했기에 O의 형식전하는 +가 됩니다.

이 +를 완화시키기 위해서 중심탄소에 리간드로 붙은 -OH의 산소의 비공유 전자쌍이 ROH의

H를 공격하며, H가 OH와 결합함으로서, 옥소늄[+] 이온이 형성되고 중심탄소와 결합된

RO는 중성화 상태가 됩니다. 

옥소늄 이온은 상당히 불안정하기에 좋은 LG[리빙그룹]이며,

중심C의 경우 케톤으로 돌아가려는 성질이 강하기에, LG가 떨어짐으로서, 케톤기가 형성될 수

있습니다. 다만, 시발점이 필요한데, 촉매로 사용된 H와 더불어 같이 들어온 음이온이

이 시발점으로 작용합니다.

 음이온은 -OH의 H를 공격함으로서, H+를 다시 촉매로 돌리고,

H가 제거된 산소의 비공유 전자쌍이 중심탄소에 공급됨으로서, 케톤기가 형성되며,

좋은 이탈기인 옥소늄이온은 전자를 받고 떨어져 나와 물이 형성됩니다.

이 과정은 동시에 일어나는 과정입니다.

이런 일련의 메카니즘으로 에스터가 형성됩니다.

에스터의 경우, 산촉매나, 혹은 강염기 하에서, 물이 첨가될 경우,

역반응이 진행되어 산과 알콜로 분해될 수도 있습니다.

참고사항.

메커니즘에서, 왜 알콜이 중심탄소를 공격해야 하느냐/ 혹은 물이 공격할 수 있지는 않느냐?

라는 생각을 가지시는 분들이 있을겁니다.

물론, 물이 공격해 들어갈수도 있습니다. 공격해 들어가서 과정을 거치면,

똑같은 Acid가 형성되는 거죠.-분명 반응은 진행됬는데 반응물이라는 상태이죠.-

유기화학은 가능성의 화학이라고 생각합니다.

유기화학에서 한가지 반응이 일어날 경우 거의 대부분 부산물이 형성됩니다.

그 수가 많든 적든 말이죠. 즉, 하나의 반응이라고 해도, 거기서 형성되는 생성물은

우리라 알고있는 주 생성물 뿐만 아니라, 많은 부생성물이 생성됩니다.

메커니즘이란, 그러한 여러 가능한 반응 중에서도, 주생성물이 형성되는 방식 중

가장 합리적이라고 여겨지는 것을 정리해 둔 것입니다.

저는 이 메커니즘을 일종의 약속이라 보고 있습니다.

+란 기호를 전 세계사람들이 더하기로 인식하고,

화학세계에서, 아보가드로 수를 6.02 * 10^-23승이라고 인식하듯이 말이죠.

말이 길어졌습니다.

여전히 몸상태가 메롱이므로.. 흠..

추석전까지 휴식이나 취하려고 합니다.

메모로그는 항상 열려 있습니다.

2013.11.6 오타수정.