에테르, Ether

 Ether에테르는 한 산소 원자에 결합된 두개의 알킬기를 가진다. 일반적으로 화학식을 R-O-R, Ar-O-R, Ar-O-Ar 등으로 쓰고 Ar은 페닐 또는 aromatic group을 말한다. Ether Nomenclature에테르 명명법은 산소에 결합한 두 개의 알킬기의 이름에 따라 정한다. 각 alkyl 기의 이름을 알파벳 순서로 쓴 다음에 뒤에 ether로 끝내면 그것이 관용명이다. 두 알킬기가 같을 때는 di-라는 접두사를 붙여서 표현한다.

[Diethetyl ether, Diisopropyl ether, t-butyl methyl ether]

보다 더 복잡한 Ether들의 이름을 정할 때에는 탄소 사슬이 긴쪽을 모체로 보고, 다른 짧은쪽 alkyl기를 산소까지 포함하여 alkoxy group으로 한다. R-OR' 에서 R이 더 긴 사슬이고, OR'이 짧은쪽 이라면 OR'을 alkoxy group, R을 alkane으로 보면 된다.

[methoxy, ethoxy, tert-butoxy]

[methoxycyclohexane, 4-isopropoxyoctane]

 

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Ether의 물리적인 성질

 C-O-C 결합 각도가 180˚가 아니라서, 두개 C-O 결합의 쌍극자 모멘트dipole moment가 상쇄되지 않는다. 그래서 Ether는 약한 쌍극자 모멘트를 갖는데 diethyl ether의 경우 1.18D 이다.

 비슷한 분자량을 가진 alkane의 끓는점이 비슷함과 같은 화학식을 가지는 alcohol보다 훨씬 낮은 끓는점을 비교해볼 때 이런 약한 극성은 ether의 끓는점에 크게 영향을 미치지 못한다. 그 예로 n-heptane의 끓는점은 98℃ 이고, methyl n-pentyl ether는 100℃, 그리고 n-hexyl alcohol은 157℃ 이다. 알코올에서는 분자 사이에 수소 결합으로 인해 서로 강한 인력이 작용하지만 ether는 수소 결합을 할 수 없기 때문이다.

 Ether는 물에 대한 용해도가 알코올과는 꽤 비슷한데, 그 예로 n-butyl alcohol과 diethyl ether의 물에 대한 용해도는 100g에 8g이 녹는다. 이것은 알코올 처럼 Ether에 있는 산소 원자가 물과 수소 결합을 할 수 있기 때문이다.

이름	녹는점(℃)	끓는점(℃)	이름	녹는점(℃)	끓는점(℃)
Dimethyl ether	-140	- 24	Anisole (Methyl phenyl ether)	-37	154
Diethyl ether	-116	34.6	Phenetole (Ethyl phenyl ether)	-33	172
Di-n-propyl ether	-122	91	Diphenyl ether	27	259
Diisopropyl ether	- 60	69	1,4-Dioxane	11	101
Di-n-butyl ether	- 95	142	Tetrahydrofuran	-108	66
Divinyl ether		35
Diallyl ether		92

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Ether의 산업적 생산

 탄소 수가 적고 대칭적인 ether는 용매로 사용되기 때문에 매우 많은 양이 필요하다. 가장 중요한 용매중 하나로는 diethyl ether로 추출 및 Grignard 시약 제조에 많이 사용된다. 그 외에도 diisopropyl ether나 di-n-butyl ether도 많이 쓰인다.

 이런 ether 들은 alcohol과 황산sulfuric acid를 반응시켜서 얻는다. 알코올 두 분자로부터 물 분자 하나가 빠져나오는 일종의 탈수 반응dehydration이다. Alkene을 만들 때 보다 보다 더 낮은 온도에서 진행할 수 있는데, ethanol로부터 포화된 황산 수용액을 넣고 ethylene을 만들 때는 180℃까지 가열해야 하지만, diethyl ether를 만들 때는 140℃까지만 올리면 되고, alcohol을 계속해서 과량으로 유지해주면 된다.

H₂SO₄, heat          
2R-O-H ─────→ R-O-R + 2H₂O

탈수 반응으로 만들 수 있는 Ether는 대칭적인 것 밖에 없는데, 만약 두 종류의 알코올을 반응시킨다면 3종류가 섞인 ether 혼합물이 만들어지기 때문이다.

 Ether가 공기와 접촉하면, 대부분의 ether는 아주 천천히 불안정한 과산화물peroxide가 된다. 비록 과산화물이 적은 농도로 존재하더라도 ether로 증류나 추출과정에 있어서 폭발할 수 있기 때문이다.

 이런 과산화물의 존재는 ferrous ammonium sulfate((NH₄)₂Fe(SO₄)₂·6H₂O)와 potassium thiocyanate(KSCN)을 사용하여 다음 반응을 통해 알아낸다.

     
peroxide + Fe²⁺ → Fe³⁺ + nSCN^-→Fe(SCN)_n^-(3-n)

Fe(SCN)_n^-(3-n)의 색이 피처럼 붉은 착물이다. 과산화물을 없애기 위해서 여러 가지 방법이 있는데, ferrous ion을 환원제로써 가지고 있는 세척 용액washing solution을 사용하거나 진한 황산으로 증류를 하면 된다.