Diels-Alder ReactionDiels-Alder Reaction

노윤영노윤영이도형이도형이윤형이윤형이하나이하나

실 험 목 적실 험 목 적 고리첨가반응고리첨가반응 (cycloaddition reaction)(cycloaddition reaction) 을 을

통한 통한 six-membered ringssix-membered rings 의 구성을 의 구성을 밝혀낸다밝혀낸다 ..

ReagentsReagents

3-sulfolene3-sulfolene

분자식 분자식 CC44HH660022SS

분자량 분자량 118.15118.15

녹는점 녹는점 65-66℃ 65-66℃

끓는점 끓이면 분해됨끓는점 끓이면 분해됨 비 중 비 중 1.31-1.321.31-1.32

용해도 양 호용해도 양 호

ReagentsReagents

Maleic anhydrideMaleic anhydride 분자식 분자식 CC44HH220033

분자량 분자량 98.0698.06 녹는점 녹는점 51-53℃ 51-53℃ 끓는점 끓는점 202 (202 ( 분해분해 )) 비 중 비 중 1.2181.218 용해도 가수분해됨용해도 가수분해됨

ReagentsReagents

O-xyleneO-xylene 분자식 분자식 CC88HH1010

분자량 분자량 106.17106.17 녹는점 녹는점 -25℃ -25℃ 끓는점 끓는점 144℃ 144℃ 비 중 비 중 0.880.88 용해도 없음용해도 없음

Theory (Theory ( 이론이론 ))

Diels-Alder reaction 의 핵심은 Diene ( conjugated 상태 ) 과 double bond 나 triple bond 을 가진 dienophile 이 만나서 cyclohexene 이 만들어 지는 것입니다 .

이 반응의 경우 워낙 잘 가기 때문에 위에처럼 heating 을 해주지 않아도 RT 에서도 높은 수득률을 보여줍니다 .

Theory (Theory ( 이론이론 ))

반응 메카니즘은 바로 위에 처럼 간단하게 표현할 수 반응 메카니즘은 바로 위에 처럼 간단하게 표현할 수 있습니다있습니다 . diene . diene 이 전자를 제공하고 있으므로 이 전자를 제공하고 있으므로 dienediene 에는 에는 EDG(electron donating group)EDG(electron donating group) 이 치환되어 있으면 이 치환되어 있으면 훨씬 반응이 잘 진행될 수 있습니다훨씬 반응이 잘 진행될 수 있습니다 ..

이것은 다시 이것은 다시 dienophiledienophile 의 경우 반대로 전자를 끌어당길 의 경우 반대로 전자를 끌어당길 수 있는 수 있는 EWGEWG 이 치환되어 있으면 반응이 잘 갔다는 것을 이 치환되어 있으면 반응이 잘 갔다는 것을 의미합니다의미합니다 . .

Theory (Theory ( 이론이론 ))

Dienes

Dienophiles

Theory (Theory ( 이론이론 ))

여기서 핵심은 여기서 핵심은 endo- endo- 와 와 exo- exo- 개념이 나왔다는 개념이 나왔다는 것인데 위에 그림에서 처럼 것인데 위에 그림에서 처럼 dienophile dienophile 이 이 diene diene 의 의 ring ring 아래로 접근해서 형성되는 것을 아래로 접근해서 형성되는 것을 ( ( diene diene under the ringunder the ring ) ) 해서 해서 endoendo 라고 합니다 라고 합니다 ---> ---> 꼭 꼭 기억합시다기억합시다 . .

그에 반해서 그에 반해서 diene diene 이 이 ring ring 밖으로 밖으로 exposedexposed 된 된 상태를 상태를 exo-exo- 라고 합니다라고 합니다 . .

Procedure (Procedure ( 실험과정실험과정 ))

1. 2.5g1. 2.5g 의 의 3-sulfolen3-sulfolene, 1.5ge, 1.5g 의 의 maleic anmaleic anhydride, 1mlhydride, 1ml 의 의 xylenxylenee 을 을 stirring barstirring bar 와 와 함께 함께 50ml 50ml 플라스크에 넣는다플라스크에 넣는다 . .

Procedure (Procedure ( 실험과정실험과정 ))

2. 12. 1 의 혼합물을 의 혼합물을 안에 있는 고체가 안에 있는 고체가 전부 녹을 때까지 전부 녹을 때까지 sstirringtirring 하면서 하면서 가열한다가열한다 . . 이 때 이 때 가열은 가열은 heating maheating mantlentle 과 과 slidacsslidacs 를 를 이용한다이용한다 . .

Procedure (Procedure ( 실험과정실험과정 ))

3. 3. 혼합물을 혼합물을 3030분동안 분동안 reflux reflux 상태에서 가열한상태에서 가열한다다 . .

Procedure (Procedure ( 실험과정실험과정 ))

4. reflux4. reflux 가 끝난 가 끝난 혼합물을 끓는점 혼합물을 끓는점 이하로 식혀준 후 이하로 식혀준 후 10ml10ml 의 의 xylenexylene 을 을 다시 넣고다시 넣고 , , 다시 다시 모든 고체가 녹을 모든 고체가 녹을 때까지 가열한다때까지 가열한다 . .

Procedure (Procedure ( 실험과정실험과정 ))

5. 45. 4 에서 가열한 에서 가열한 혼합물을 혼합물을 Erlenmeyer flaskErlenmeyer flask에 넣는다에 넣는다 . . 이 때 이 때 혼합물에서 결정이 혼합물에서 결정이 생긴다면 다시 결정이 생긴다면 다시 결정이 녹을 때까지 천천히 녹을 때까지 천천히 가열한다가열한다 ..

Procedure (Procedure ( 실험과정실험과정 ))

6. 6. 혼합물이 혼합물이 흐리게 될 때까지 흐리게 될 때까지 petroleum petroleum etherether 를 넣는다를 넣는다

Procedure (Procedure ( 실험과정실험과정 ))

7. 7. 나온 결정을 나온 결정을 감압여과하여 감압여과하여 거르고 오븐에 넣어 거르고 오븐에 넣어 말린다말린다 . .

주 의 사 항주 의 사 항 - - 슬라이닥스의 전압은 대략 슬라이닥스의 전압은 대략 50V 50V 정도로 한다정도로 한다 . .

- 2- 2 번 과정에서 번 과정에서 refluxreflux 를 할 때 를 할 때 heating mantleheating mantle 에서 열이 덜 에서 열이 덜 빠져나가게끔 빠져나가게끔 sea sandsea sand 를 채운다를 채운다 . . 열이 빠져나가면 가열하는 열이 빠져나가면 가열하는 시간이 오래 걸리고시간이 오래 걸리고 , , 종이 등을 태우면 종이 등을 태우면 mantlemantle 의 열에 의해 종이가 의 열에 의해 종이가 탈 수 있다탈 수 있다 . .

- 3- 3 번 과정에서 혼합물을 번 과정에서 혼합물을 reflux conderserreflux conderser 에 넣고 가열하면 에 넣고 가열하면 처음에는 기체가 생성된다처음에는 기체가 생성된다 . . 이 때는 아직 이 때는 아직 refluxreflux 가 이루어진 것이 가 이루어진 것이 아니므로 이 기체가 없어지고 액체가 맺히면 그 때부터 아니므로 이 기체가 없어지고 액체가 맺히면 그 때부터 refluxreflux 가 된 가 된 것으로 보고 것으로 보고 3030 분을 측정한다분을 측정한다 . .

- - 혼합물을 두 번째 가열할 때 원래는 혼합물이 투명해야 하지만 혼합물을 두 번째 가열할 때 원래는 혼합물이 투명해야 하지만 약간의 불순물이 들어갈 수 있기 때문에 황색을 띌 수도 있다약간의 불순물이 들어갈 수 있기 때문에 황색을 띌 수도 있다 . .

- reflux- reflux 를 위해서는 상당히 높은 온도가 필요하므로 용액 등을 옮길 를 위해서는 상당히 높은 온도가 필요하므로 용액 등을 옮길 때 화상에 주의한다때 화상에 주의한다 . .

DATA / RESULTDATA / RESULT

3-sulfolene 3-sulfolene 의 몰수는 의 몰수는 2.5/118.15=0.02122.5/118.15=0.0212 몰몰 sulfolenesulfolene 1 1 몰을 가열하면 몰을 가열하면 11 몰의 몰의 butadienebutadiene 이 이

얻어지므로얻어지므로 1,3-butadinen 1,3-butadinen 몰수 몰수 = 0.0212= 0.0212 몰몰 Maleic anhydride 1.5/98.06=0.01530Maleic anhydride 1.5/98.06=0.01530

몰 몰 - - 제한 시약 제한 시약 butadienebutadiene 과 과 Maleic anhydrideMaleic anhydride 가 가

1:11:1 로 반응하므로로 반응하므로 productproduct 의 몰수는 의 몰수는 0.015300.01530 몰몰 0.01530*152.15=2.3280.01530*152.15=2.328 그램이 생성되어야 함그램이 생성되어야 함 .. 수득률 수득률 : 1.61/2.328*100=69%: 1.61/2.328*100=69%