Nucleophilic Aromatic Substitution -Addition and Identification

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1 Nucleophilic Aromatic Substitution -Addition and Identification
of an Amine 김희열 양혜원 JULY, 28, 2017, JCE

2 INDEX ABSTRACT INTRODUCTION EXPERIMENT HAZARD RESULT AND DISSCUSSION
CONCLUSION REFERENCE

3 01 ABSTRACT 전자가 부족한 방향족 고리에 친핵성 작용기를 첨가하는 것은 유기화학에서 주로 있는 반응이다.
고리에 대해 적절한 위치에 이탈기를 위치시키는 것은 치환반응이 잘 일어나게 한다. 실험은 학생들이 친전자성 방향족 고리를 활용하고, 미지의 아민으로 치환할 때에 주는 영향을 보여준다. 미지의 아민은 녹는점 측정, 1H NMR 스펙트럼을 통해 결정한다.

4 02 INTRODUCTION 친핵성 방향족 치환 반응 : 전자가 부족한 방향족 고리에 친핵성 작용기를 첨가하는 반응을 의미한다.

5 02 INTRODUCTION 이탈기(LG) -주로 할로젠 -전자-끄는기에 대해 오쏘,파라 위치에 있을 때 반응이 활성화된다.
전자-끄는기(EWG) : 주로 –NO2, -CN, RCO- 수, 위치, 세기에 따라 음이온 중간 체가 안정화되며 반응이 활성화된다.

6 02 INTRODUCTION →

7 02 INTRODUCTION 친핵체 : 주로 NH2–, R2NH, ArNH2가 사용된다.
- 친핵체의 친핵성도 : 기질, 반응조건 따라 달라진다. 반응성을 조절하는 요소 :친핵체와 이탈기의 극성, 이탈기의 크 기, 친핵체의 염기도와 크기, 사용된 용매

8 02 INTRODUCTION 미지의 아민 시약을 알아내는 연구를 통해 학생들에게 반응을 가르치고자 한다. amine

9 Methyl-4-fluoro-3-nitrobenzoate
03 EXPERIMENT 중불에 물이 담긴 비커를 가열합니다 끓임쪽을 넣은 25ml 둥근바닥 플라스크에 Methyl-4-fluoro-3-nitrobenzoate 2mmol을 넣습니다. 그리고 2-propanol 5ml를 넣어 녹인 후 환류 냉각기를 설치합니다. 환류 냉각기는 링 스탠드를 이용하여 고정합니다. 냉각기에 물을 넣고 아래의 둥근바닥 플라스크는 뜨거운 물에 넣습니다. 고체인 반응물질이 충분히 녹도록 플라스크를 흔들어줍니다. Methyl-4-fluoro-3-nitrobenzoate 2-propanol

10 03 EXPERIMENT 중불에 물이 담긴 비커를 가열합니다
끓임쪽을 넣은 25ml 둥근바닥 플라스크에 Methyl-4-fluoro-3-nitrobenzoate 2mmol을 넣습니다. 그리고 2-propanol 5ml를 넣어 녹인 후 환류 냉각기를 설치합니다. 환류 냉각기는 링 스탠드를 이용하여 고정합니다. 냉각기에 물을 넣고 아래의 둥근바닥 플라스크는 뜨거운 물에 넣습니다. 고체인 반응물질이 충분히 녹도록 플라스크를 흔들어줍니다.

11 Ponybuhagom 03 EXPERIMENT 냉각기의 윗 부분으로 미지의 아민이 첨가된 1M의 2-propanol 4ml를 첨가합니다. 냉각기에서 반응플라스크로 남은 시약을 씻어내기 위해 0.5ml의 2-propanol을 사용합니다. 30분 동안 가열하고 실온에서 식힙니다. 감압여과로 고체를 모으고, 1-2ml의 2-propanol로 씻어냅니다. 1-2분동안 생성물에 바람을 불어넣고, 고체를 시계접시에 넣어놓습니다. 5ml의 2-propanol으로 씻어내며 여과액을 제거해줍니다. 생성물이 최소 24시간동안 건조된 후에, 질량 측정, 녹는점 측정 그리고 1H NMR을 측정합니다. Amine (2-propanol)

12 5 03 EXPERIMENT cyclopentylamine phenylmethanamine 2-phenylethanamine
(4-chlorophenyl)methanamine phenylmethanamine cyclopentylamine p-tolylmethnamine 2-phenylethanamine 5

13 04 HAZARD 고글, 장갑, 앞치마 등의 개인보호장비들을 항상 착용해야 합니다.
2-propanol은 가연성이고 흡입과 접촉 시 위험함으로 조심합니다. Amine, methyl 4-fluoro-3-nitrobenzoate는 가연성이고, 유기폐기물처리 지침에 따라 처리해야 합니다.

14 05 RESULT & DISCCUSION R Student Yelds (%) CH2Ph 72–100 CH2C6H4(4-CH3)
89–100 CH2C6H4(4-Cl) 77–93 CH2CH2C6H5 34–85 cyclo-C5H9 87–91

15 05 RESULT & DISCCUSION the observed melting point was within 7 °C of the accepted values.

16 05 RESULT & DISSCUSSION

17 05 RESULT & DISSCUSSION

18 05 RESULT & DISSCUSSION

19 05 RESULT & DISSCUSSION

20 05 RESULT & DISSCUSSION

21 05 RESULT & DISSCUSSION

22 05 RESULT & DISSCUSSION

23 06 CONCLUSION 아민이 전자 불완전 방향족 고리와 반응하여 안정된 생성물을 생성시키는 친핵성 방향족 치환 반응을 직접 해보고, 공부할 수 있었다. 학생들은 녹는점 및 1H NMR 분광학을 이용하여 출발 아민을 정확하게 확인할 수 있었다.

24 07 REFERENCE Artamkina, G. A.; Egorov, M. P.; Beletskaya, I. P. Some Aspects of Anionic Sigma Complexes. Chemical Reviews Chem. Rev. 1982, 82, 427– 459 DOI: /cr00050a004 Terrier, F. Rate and Equilibrium Studies in Jackson-Meisenheimer Complexes Chem. Rev. 1982, 82 (4) 77– 152 DOI: /cr00048a001 Smith, M. B.; March, J. Advanced Organic Chemistry: Reactions, Mechanisms and Structure; Wiley Interscience: New York, 5th ed.; 2006; pp 850 Miller, J. Aromatic Nucleophilic Substitution; Elsevier: Amsterdam, 1968; pp 140– 169 Senger, N. A.; Bo, B.; Cheng, Q.; Keeffe, J. R.; Gronert, S.; Wu, W. The Element Effect Revisited: Factors Determining Leaving Group Ability in Activated Nucleophilic Aromatic Substitution Reactions J. Org. Chem. 2012, 77 (21) 9535– 9540 DOI: /jo301134q Terrier, F. Nuclear Aromatic Displacement: The Influence of the Nitro Group; VCH: New York, 1991.Yeong, K. Y.; Ali, M. A.; Ang, C. W.; Tan, S. C.; Osman, H. A one-pot tandem synthesis of various 1,2-disubstituted benzimidazoles Tetrahedron Lett. 2014, 55 (34) 4697– 4700 DOI: /j.tetlet Amatore, C.; Galli, C.; Gentili, P.; Guarnieri, A.; Schottland, E.; Rappoport, Z. Effect of Substituents on the competition between several mechanisms of nucleophilic vinylic substitution J. Chem. Soc., Perkin Trans , 12) 2341– 2350 DOI: /p Bunnett, J. F. A New Factor Affecting Reactivity in Bimolecular Nucleophilic Displacement Reactions J. Am. Chem. Soc. 1957, 79 (22) 5969– 5974 DOI: /ja01579a034 Wolfe, J. P.; Buchwald, S. L. Highly Active Catalyst for the Room-Temperature Amination and Suzuki Coupling of Aryl Chlorides Angew. Chem., Int. Ed. 1999, 38 (16) 2413– 2416 DOI: /(SICI) ( )38:16<2413::AID-ANIE2413>3.0.CO;2-H Goodrich, S.; Patel, M.; Woydziak, Z. R. Synthesis of a Fluorescent Acridone Using a Grignard Addition, Oxidation, and Nucleophilic Aromatic Substitution Reaction Sequence J. Chem. Educ. 2015, 92 (7) 1221– 1225 DOI: /ed Melting point of the 4-chlorobenzylamine adduct, 142 °C and the benzylamine adduct, 101 °C. Oezden, S.; Atabey, D.; Yildiz, S.; Goeker, H. Synthesis and potent antimicrobial activity of some novel methyl or ethyl 1H-benzimidazole-5-carboxylates derivatives carrying amide or amidine groups Bioorg. Med. Chem. 2005, 13 (5) 1587– 1597 DOI: /j.bmc Persson, J.; Axelsson, S.; Matsson, O. Solvent Dependent Leaving Group Fluorine Kinetic Isotope Effect in a Nucleophilic Aromatic Substitution Reaction J. Am. Chem. Soc. 1996, 118 (1) 20– 23 DOI: /ja952003v

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