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[국내논문] 크롬(VI)-피라진 착물을 이용한 알코올류의 산화반응과 메카니즘
Mechanism for the Oxidation Reaction of Alcohols Using Cr(VI)-Pyrazine Complex 원문보기

공업화학 = Applied chemistry for engineering, v.27 no.1, 2016년, pp.110 - 114  

박영조 (강원대학교 교양학부) ,  김영식 (강원대학교 교양학부)

초록
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6M HCl 용매 하에서 피라진과 chromium (VI) trioxide의 반응을 통하여 PZCC (크롬 (VI)-피라진 착물)을 합성하였다. 적외선분광광도법(IR), 유도결합 플라즈마(ICP) 등으로 구조를 확인하였다. 여러 가지 용매 하에서 PZCC을 이용하여 벤질알코올의 산화반응을 측정한 결과, 용매의 유전상수 값이 증가함에 따라 반응수율이 증가했다. 그 순서는 N,N'-디메틸포름아미드 > 아세톤 > 클로로포름 > 시클로헥센이었다. 산($H_2SO_4$) 촉매를 이용한 N,N'-디메틸포름아미드 용매 하에서, PZCC은 벤질알코올(H)과 그의 유도체들($p-OCH_3$, $m-CH_3$, $m-OCH_3$, m-Cl, $m-NO_2$)을 효과적으로 산화시켰다. 전자받개 그룹들은 반응속도가 감소한 반면에 전자주개 치환체들은 반응속도를 증가시켰고, Hammett 반응상수(${\rho}$)값은 -0.70 (308 K)이었다. 본 실험에서 알코올의 산화반응 과정은 속도결정단계에서 수소화 전이가 일어났다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Cr(VI)-pyrazine complex (PZCC) was synthesized by the reaction of pyrazine with chromium (VI) trioxide in 6 M HCl. The structure was characterized using IR spectroscopy and inductively coupled plasma (ICP). The oxidation of benzyl alcohol using PZCC in various solvents showed that the reactivity inc...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 이러한 선택적인 산화제는 한 분자 내의 다른 히드록시기만을 보호했다가 원래대로 전환시키는 번거로운 과정을 줄일 수 있고, 분리정제에 따른 수율감소와 시간을 줄일 수 있어서 알코올류를 포함한 탄소-탄소 결합형성 화합물들에게 유용하게 이용될 수 있다[1-2]. 본 연구에서는 이러한 산화제를 개발하기 위하여 PZCC을 합성하였고, 적외선분광광도법(IR), 원소분석 등으로 구조를 확인하였다.

가설 설정

  • 00 × 10-2 mole) were combined in N,N’-dimethylformamide and then the mixtures were stirred at room temperature. b)Yields were caculated on the basis of GC data.
  • b)Dielectric constant. c)Yields were caculated on the basis of GC data.
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핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
크롬(VI) 유도체로서 무엇이 유기화합물인 산화제로 널리 이용되어왔는가? 제VI족의 전이원소인 크롬의 안전한 산화상태는 +2, +3, +6으로 알려져 있으며, 크롬(VI)의 유도체로서 chromium (VI) trioxide가 유기화 합물인 산화제로 널리 이용되어 왔으나, 이 시약은 일차알코올의 산 화제로 사용했을 경우, 생성되는 알데히드가 더욱 산화되어 카르복시산이 되므로 유기성인 순수 알데히드를 얻기가 힘들다. 크롬(VI)시약은 보통 수용성이며 유기용매에 불용성이어서 산화반응을 수용액에서 수행해야 하는 용매의 선택에 제한점이 있고, 알데히드를 얻기에 많은 난점이 있다.
산화반응과정의 메카니즘을 고찰하기 위하여, N,N’-디메틸포름아미드 용매 하에서 PZCC를 이용하여 치환 벤질알코올류의 산화반응 속도 실험의 결과는? 1. PZCC를 합성하여, 적외선 스펙트럼(IR), 원소분석, 참고문헌 [1-2] 값 등으로부터 합성됨을 확인하였다. 2. PZCC를 이용하여 벤질알코올의 산화반응을 측정한 결과, 유전상수 값이 큰 용매 순서인 N,N’-디메틸포름아미드 > 아세톤 > 클로로 포름 > 시클로헥센 용매 순으로 높은 수율의 벤즈알데히드(95%-30%)로 산화시켰다. 3. N,N’-디메틸포름아미드 용매 하에서, PZCC를 이용하여 여러 가지 알코올류의 산화반응성을 조사한 결과, 벤질알코올, 알릴알코올, 일차알코올 및 이차알코올류을 알데히드(95-83%)나 케톤(87%-82%) 으로 산화시켰다. 4. PZCC를 이용하여 치환 벤질알코올류의 산화반응속도 측정 결과, Hammett 반응상수(ρ) 값은 -0.70 (308 K)이었다. 5. PZCC를 이용하여 치환 벤질알코올류의 산화반응은 Figure 5와 같은 메카니즘으로 진행될 것으로 예상된다. 이 메카니즘은 Mahanti 등[4-6]의 연구한 메카니즘 Scheme I과 유사한 반응경로이다​​​​​​​.
크롬(VI)시약의 제한점과 난점은 무엇인가? 제VI족의 전이원소인 크롬의 안전한 산화상태는 +2, +3, +6으로 알려져 있으며, 크롬(VI)의 유도체로서 chromium (VI) trioxide가 유기화 합물인 산화제로 널리 이용되어 왔으나, 이 시약은 일차알코올의 산 화제로 사용했을 경우, 생성되는 알데히드가 더욱 산화되어 카르복시산이 되므로 유기성인 순수 알데히드를 얻기가 힘들다. 크롬(VI)시약은 보통 수용성이며 유기용매에 불용성이어서 산화반응을 수용액에서 수행해야 하는 용매의 선택에 제한점이 있고, 알데히드를 얻기에 많은 난점이 있다. 또한 반응이 쉽게 분해되어 메카니즘은 분명치가 않다.
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참고문헌 (14)

  1. H. B. Davis, R. M. Sheets, and W. W. Pandler, High Valent Chromium Heterocyclic Complexes-ll: New Selective and Mild Oxidants, Heterocyc-les, 22, 2029-2035 (1984). 

  2. M. R. Pressprich, R, D. Willett, and H. B. Davis, Peparation and Crystal Structure of Dipyrazinium Trichromate and Bond Length Correlation for Chromate Anions of the Form $CrnO_3n^+_{12}^-$ , Inorg. Chem., 27, 260-264 (1988). 

  3. K. K. Banerji, Kinetic Study of the Oxidation of Substituted Benzyl Alcohols by Ethyl Chlorochromate, Bull. Chem. Soc. Japan, 61, 1767-1771 (1988). 

  4. M. K. Mahanti and D. Dey, Kinetics of Oxidation of Substituted Benzyl Alcohols by Quinolinium Dichromate, J. Org. Chem., 55, 5848-5850 (1990). 

  5. M. K. Mahanti, B. Kuotsu, and E. Tiewsoh, Quinolinium Dichromate Oxidation of Diols: A Kinetics Study, J. Org. Chem., 61, 8875-8877 (1996). 

  6. M. K. Mahanti, Kinetics and Mechanism of the Oxidative Cleavage of Unsaturated Acids by Quinolinium Dichromate, Bull. Chem. Soc. Japan, 67, 2320-2322 (1994). 

  7. G. D. Yadav, Mechanistic and Kinetic Investigation of Liquid-Liquid Phase Transfer Catalyzed Oxidation of Benzyl Chloride to Benzaldehyde, J. Phys. Chem., 101, 36-48 (1997). 

  8. I. S. Koo, J. S. Kim, and S. K. An, Kinetic Studies on Solvolyses of Subsitituted Cinnamoyl Chlorides in Alcohol-Water Mixture, J. Korean Chem. Soc., 43, 527-534 (1999). 

  9. R. Tayebee, Simple Heteropoly Acids as Water Tolerant Catalysts in the Oxidation of Alcohols with 34% Hydrogen Peroxide, A Mechanistic Approach, J. Korean Chem. Soc., 52, 23-29 (2008). 

  10. Y. S. Kim, H. Choi, and I. S. Koo, Kinetics and Mechanism of Nucleophilic Substittution Reaction of 4-Subsitituted-2,6-dinitrochlorobenzene with Benzylamines in MeOH-MeCN Mixtures, Bull. Korean Chem. Soc., 31, 3279-3282 (2010). 

  11. M. K. Mahanti, Quinolinium Dichromate Oxidations Kinetics and Mechanism of the Oxidative Cleavage of Styrenes, J. Org. Chem., 58, 4925-4928 (1993). 

  12. G. D. Yadav, Mechanistic and Kinetic Investigation of Liquid-Liquid Phase Transfer Catalyzed Oxidation of Benzyl Chloride to Benz aldehyde, J. Phys. Chem., 101, 36-40 (1997). 

  13. M. K. Mahanti, Kinetics and Mechanism of the Oxidative Cleavage of Unsaturated Acids by Quinolinium Dichromate, Bull. Chem. Soc. Japan, 67, 2320-2324 (1994). 

  14. M. K. Mahanti, Quinolinium Dichromate Oxidations Kinetics and Mechanism of the Oxidative Cleavage of Styrenes, J. Org. Chem., 58, 4925-4928 (1993). 

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