반응속도론적 분할을 이용한 알렌노에이트 알돌 반응 : 천연물 Xylogiblactone A와 Hypoxylactone의 합성

박새한샘 전남대학교 대학원 2019 국내석사

간단한 화학반응으로 상대적 혹은 절대입체성을 갖는 유기화합물의 합성은 현대 유기화학에서 매우 긴요한 연구영역으로 인식되고 있다. 그 중에서 최근 20년간, 알렌의 다른 유형들을 개발하는 새로운 합성 방법들의 발달에 많은 향상이 있었고, 그것으로 인해 그들의 합성 면에서의 잠재력을 발견할 수 있었다. 알렌을 전구체로 하여 지금까지 보고되었던 알돌 반응(Aldol Reaction)을 응용해 선택적/효율적으로 천연물 Xylogiblactone A의 합성법을 개발하였다. 연구주안점은 ①알렌노에이트(allenoate)와 라세믹 알데히드의 부가반응으로 선택적으로 하나의 감마 위치의 입체이성질체를 합성하고, ②생성물들의 고리화 반응을 진행한 후 ③천연물 Xylogiblactone A를 합성할 수 있다. ④ 더 나아가 Xylogiblactone A에서의 epoxide 형성을 통해 또 다른 천연물인 Hypoxylactone을 합성할 수 있다. ▸라세믹 알데히드의 반응속도론적 분할(kinetic resolution) 이용한 비대칭 알돌반응: chiral bromoboron을 이용하여 allenoate의 enolization을 Hünig’s base의 존재 하에-50℃에서 수행하였다. 이 후, 라세믹 알데히드의 반응속도론적 분할을 통해 하나의 입체이성질체를 얻을 수 있다. 이를 통해 얻은 부가물질들은 mosher’s ester를 도입하여 NMR 분석 또는 chiral HPLC를 통해 부분입체와 절대입체에서 높은 선택성을 보여주었다. ▸금(I), 은(I) 촉매를 이용한 감마 부가생성물의 고리화 반응: 천연물에 대다수 포함되어있는 중심 고리 골격을 합성하기 위해 기존의 감마 부가 생성물을 이용하여 Au(I), Ag(I) 촉매 하에서 oxacyclization을 진행하였다. ▸(+)-Xylogiblactone A의 합성: 개발된 반응설계를 이용하여 총 3단계만으로 Xylogiblactone A를 합성할 수 있다. 최종 물질에 적당한 라세믹 알데히드를 확보하여 반응속도론적 분할을 통해 하나의 입체선택성을 가진 감마 부가 생성물을 합성했다. 그 다음 금(Ⅰ), 은(Ⅰ) 촉매 하에서 고리화 반응 후 TBS deprotection을 통해 최종 천연물을 합성했다. 이는 기존에 보고되어있던 NMR 자료와 비교하는 도중에 기존에 보고된 구조가 잘못되었음을 발견하였고 이를 올바른 구조로 규명했다. ▸(+)-Hypoxylactone의 합성 : 합성된 Xylogiblactone A에서 chloro기와 hydroxy기의 epoxide의 형성을 통해 또 다른 천연물인 Hypoxylactone을 형성할 수 있었다. 앞으로 이와 같은 반응을 이용하여 효율적으로 천연물 및 다양한 화합물을 합성할 수 있을 것으로 기대한다. Synthesis of organic compounds with relative or absolute stereo through simple reactions is recognized as very important field in organic chemistry. Above all, in the last 20 years, there have been many improvements in development of unprecede1nted methods using allene precursor. Because of it, we can find synthetic potential of allene. With allene precursor, we have developed selectively and efficiently a synthetic method of natural product, Xylogiblactone A through an application of previous aldol reaction. The main goals of the research are ① to synthesize selectively gamma adducts which have specific stereo through an addition of allenoate and racemic aldehydes ② to cyclize the products of the previous step. ③ After that, we can synthesize the natrual product : Xylogiblactone A. ④ Furthermore, we can obtain another natural product, Hypoxylactone by formation of epoxide in Xylogiblactone A. Asymmetric aldol reaction using kinetic resolution of racemic aldehydes : Chiral bromoboron was used to enolize allenoate at -50 ℃ in the presence of Hünig's base. After that, we can obtain only one enantiomer through kinetic resolution of racemic aldehydes. The resulting adducts have shown excellent diastereoselectivity and absolute stereoselectivity based on the separation of chiral HPLC and NMR analysis with the corresponding mosher's esters. Oxacyclization of gamma adducts with Au(Ⅰ), Ag(Ⅰ) catalyst : We synthesized the core cyclic structure which was involved in many natural products using previous gamma adducts through cyclization with Au(Ⅰ), Ag(Ⅰ) catalyst. Synthesis of (+)-Xylogiblactone We can synthesize Xylogiblactone A in only 3 steps using developed design of synthetic methods. After obtaining suitable racemic aldehyde for the final compound, we synthesized the gamma adduct with specific stereo using kinetic resolution of prepared racemic aldehyde. After cyclization with Au(Ⅰ), Ag(Ⅰ) catalyst and the final deprotection of a silyl group, we obtained the natural product. We compared NMR data of it with that of the structure which was reported in a previous literature. At this time, we discovered that the reported structure was wrong and we have identified the correct structure. Synthesis of (+)-Hypoxylactone : We synthesized another natural product, Hypoxylactone through a formation of epoxide of chloro and hydroxy group in Xylogiblactone A. We look forward to be able to synthesize efficiently natural products and various compounds using this asymmetric aldol reaction.

치환된 염화벤젠술페닐류의 가아민 분해반응

이경희 동아대학교 2007 국내석사

p-Nitrobenzenesulfenyl chloride와 2,4-dinitrobenzenesulfenyl chloride의 가아민 분해반응을 25.0 ℃, DMSO 단일용매 속에서 분광광도법으로 속도론적인 연구를 행하였다. 이때 아민은 p-치환 벤질아민인 benzylamine, 4-chlorobenzylamine, 4-methylbenzylamine, 4-methoxybenzylamine을 선택하였다. 아민의 농도를 변화시키면서 유사일차반응속도상수(kobs)를 측정하였고, 이를 그래프로 도시하여 위로 굽은 곡선을 얻었다. 아민의 염기도가 높을수록 kobs값이 크게 나타남을 확인할 수 있었다. 측정 자료로부터 각 아민의 second-order rate constants(kN)를 계산하였고, Brönsted형 그림표와 Hammett 그림표는 모두 직선의 형태로 얻어졌다. 반응기질이 p-nitro- benzenesulfenyl chloride일 때, Brönsted형 그림표의 기울기인 β값은 k1에 대해서 2.10, k2에 대해서 2.49로 얻어졌고 Hammett 그림표의 기울기인 ρ값은 k1에 대해서 -2.08, k2에 대해서 -2.61로 얻어졌다. 또한 반응기질이 2,4-dinitrobenzenesulfenyl chloride일 때는, Brönsted형 그림표의 기울기인 β값은 k1에 대해서 1.64, k2에 대해서 1.01로 얻어졌고 Hammett 그림표의 기울기인 ρ값은 k1에 대해서 -1.73, k2에 대해서 -1.06으로 얻어졌다. 이상의 결과로부터 p-nitrobenzenesulfenyl chloride가 p-치환 벤질아민과 가아민 분해반응을 할 때, 촉매속도상수(k2)가 비촉매속도상수(k1)보다 크므로 중간체 생성단계가 속도결정단계(RDS)임을 알 수 있다. 한편 2,4-di- nitrobenzenesulfenyl chloride는 비촉매속도상수(k1)가 촉매속도상수(k2)보다 크므로 중간체 분해단계가 속도결정단계(RDS)임을 알 수 있다. 비교 연구를 위해 p-nitrobenzenesulfenyl chloride와 2차 지방족 고리아민(piperidine, piperazine, morpholine, 1-formyl piperazine)의 가아민 분해반응을 25.0 ℃, 20 mol % DMSO-H2O 혼합용매 속에서 분광광도법으로 속도론적 연구를 행하였다. 이 반응에서는 아민의 농도가 증가함에 따라 유사일차반응속도상수(kobs)도 증가하여 그래프 상에서 직선의 형태로 나타났다. 이는 아민으로 p-치환 벤질아민을 선택했을 때와는 다른 것으로 특이한 결과를 보인다. 한편, 아민의 염기도와 kobs값의 상관관계는 아민으로 p-치환 벤질아민을 선택했을 때와 유사한 결과를 보였다. 그리고 Brönsted형 그림표는 직선으로 나타났고 기울기인 β값은 0.76으로 얻어졌다. 이상의 결과로부터 이 반응은 전이상태(TS)에서 결합형성이 결합파괴보다 우세하게 나타남을 알 수 있다.

管型反應器에서의 反應速度 解析硏究

박건유 漢陽大學校 大學院 1984 국내박사

확산속도 지배반응에서 반응확률과 반응속도상수와의 상관관계

안서연 동아대학교 대학원 2013 국내석사

확산속도 지배반응에서 반응확률과 반응속도상수와의 상관관계 Relation between the reaction probability and the reaction rate constant in diffusion-reaction systems. 화 학 과 안 서 연 지도교수 김 효 준 Imperfect trap의 문제들은 물리학, 화학, 생물학에서 다양하게 적용할 수 있지만 컴퓨터 simulation의 반응확률과 실험에서 반응속도상수 사이의 관계는 모호하다. 본 논문에서는 이러한 문제를 해결하기 위해 간단한 computer simulation의 하나인 Monte Carlo 방법을 사용하였다. 우리는 이론 및 simulation의 결과를 비교하여 일차원, 이차원, 삼차원에서 반응확률과 반응속도상수 두 매개 변수 사이의 관계를 간단한 수식으로 나타낼 수 있었다. 이러한 결과는 현실적인 확산반응 system에 간단하게 적용할 수 있는 격자 기반의 Monte Carlo simulation 방법의 다양성을 증가시킬 수 있을 것이다. 주요어 : imperfect trap, Monte Carlo 방법, 확산속도 지배반응, 반응확률, 반응속도상수

화학반응속도에 대한 고등 학생들의 개념 조사

엄준원 이화여자대학교 교육대학원 1999 국내석사

본 연구에서는 공통과학에서 반응 속도를 학습한 고등학생들의 반응 속도에 대한 개념 형성 정도를 알아보고자 하였다. 연구 대상으로 공통과학을 학습한 서울 지역 실업계 고등학교 2학년 여학생 50명과 경기도 지역 남·녀 공학 인문계 고등학교 자연계열 2학년 여학생 50명을 선정하였다. 개념 조사를 위한 문항은 예비조사를 기초로 하여 작성하였고, 반응 속도 정의의 형성 정도와 반응 조건 변화에 따른 반응 속도와 반응 종결 후 생성물의 양 변화 비교 및 반응 속도와 반응열의 변별에 관한 내용을 포함하였다. 개념 조사의 문항별 응답 내용을 분석한 결과 얻은 결론은 다음과 같다. 1. 반응 조건에 따른 반응 속도와 반응 종결 후 생성물의 양 변화 비교, 발열 반응과 흡열 반응의 반응 속도를 변별하는 능력이 부족한 점으로 미루어 학생들은 반응 속도 개념을 견고하게 확립하는 대신에 기계적으로 암기 학습함을 파악할 수 있었다. 2. 반응 조건에 따른 반응 속도와 반응 종결 후 생성물의 양 변화 비교에 관하여 학생들이 가지고 있는 오개념들은 다음과 같다. ·활성화 에너지와 반응물이나 생성물의 에너지를 혼동한다. ·반응 속도가 빠르면 반응 종결 후 생성물의 양이 많아진다. ·화학 반응은 반응이 진행됨에 따라 반응 속도가 빨라진다. ·반응물의 농도 변화는 반응 속도에만 영향을 준다. ·반응물 농도 변화는 반응 종결 후 생성물의 양에만 영향을 주고 반응 속도에는 영향을 주지 않는다. ·반응물 농도가 달라도 같은 양의 반응물이 반응하면 생성물의 양이 같다. ·반응 온도가 다를 때 반응물의 초기 농도가 같으면 반응 종결 전이라도 생성물의 양은 같다. 학생들은 반응 속도 개념의 부족으로 ‘반응 속도가 빠르다’와 ‘생성물의 양이 많다’를 혼동하며, 연소나 금속과 산의 반응에 대한 생활 경험으로써 반응 속도를 설명하고 있다. 또한 활성화 에너지와 반응물이나 생성물 자체가 가지고 있는 에너지를 변별하지 못하는 오개념 유형이 있다. 반응물의 농도 변화가 반응 속도에만 영향을 준다는 오개념은 공통과학 교과서의 탐구 활동 내용을 과도하게 일반화한 경우라 생각된다. 반응물의 초기 농도가 달라도 반응 종결 후 생성물의 양이 같다는 오개념은 농도에 대한 개념 부족 및 농도와 반응 속도를 연결시키지 못하는 것에 기인한다. 3. 발열 반응과 흡열 반응의 반응 속도를 비교하는 경우, 다양한 비과학자적 유형이 나온 것으로 미루어 선행 학습인 발열 반응이나 흡열 반응과 반응 속도 개념을 비교하는 능력과, 반응물 혹은 생성물의 양과 화학 반응시 출입하는 에너지를 변별하는 능력이 부족함을 파악할 수 있었다. 4. 인문계 학생들은 화학 동적 평형을 과도하게 일반화하여 흡열 반응시 불안정한 생성물이 만들어지면 다시 안정한 반응물이 만들어지는 역반응이 진행된다고 생각한다. 5. 공통과학에서 반응 속도 개념 조사를 실시한 실업계 학생들의 경우, 반응 속도에 대한 전반적인 이해 정도가 낮음을 고려한다면 실업계용의 교과서 개발이 필요하다고 생각한다. In this study high school students' conceptions of the rate of reaction which was instructed Common Science has been investigated by written tests of 18 items in the 3 topics. The 3 topics include the Basic Conception of the rate of reaction, The Change of reaction rates and the product amount by the change of reaction conditions, The Comparison of thermochemistry and the rate of reaction. The results of this study are as follows. 1. Students believe that a large product amount implies a very fast reaction. 2. The misconception was that the rate of reaction increases as the reaction proceeds. 3. When the rate of reaction system was disturbed by the change of reaction conditions, it seemed to be difficult for students to predict the reaction rates and the product amount. 4. Students have a variety of misconceptions about thermochemistry and the rate of reaction after the instruction. 5. Students have a variety of misconceptions about activation energy and energy of reactants(or products) after the instruction.

Phenacyl bromides와 Imidazoles과의 反應에 關한 反應速度論的 硏究

권종우 漢陽大學校 1988 국내석사

Kinetic studies on nucleophilic substitution reactions of carbon and sulfur centered esters

이혜원 이화여자대학교 대학원 2000 국내석사

2,4-Dinitrophenyl X -substituted benzoate (X-C_6H₄CO₂C_6H₄-(NO₂)₂와 고리형 이차 아민류와의 이차 반응 속도상수를 25.0±0.1℃ 20 몰 % DMSO 수용액에서 분광학적 방법으로 측정하였다. 또한 본 반응에 포함된 반응속도 상수들 (k_(-1)/ k₂, k_(-1) 그리고 k₁k₂/k_(-1))을 계산하였다. k_(app), k₁, k₁k₂/k_(-l) 값들은 아민의 염기도가 증가할수록, 그리고 아설치환기 X의 전자끌게 능력이 증가할수록 커진다. k_(-1)/k₂값은 아설치환기 X의 변화에 무관하게 거의 일정한 값을 보였으며, 이것은 속도결정단계가 아설치환기 X의 전자적 성질에 의해서가 아니라 공격하는 아민의 염기도에 의해 지배됨을 가리킨다. k_(app)와 아민의 염기도를 상관지은 Br?nsted 형태의 그림은 pK_a=9.1에서 꺾어지는데 이것은 아민의 염기도가 증가함에 따라 속도결정단계가 중간생성물의 분해단계에서 형성단계로 변한다는 것을 의미하는 것이다. 또한, Hammett 형태의 그림에서 log k_(app), log k₁, log k₁k₂/k_(-1)는 염기도가 작은 아민 (pK_a<9.1)과의 반응에서는 δ^+ 상수와 좋은 상관관계를 보이는 반면, 염기도가 큰 아민 (pK_a>9.1)과의 반응에서는 6 상수와 좋은 상관관계를 보인다. 이 때 주어진 아민에서 ρ 값의 크기는 ρ_1, ρ_(app), 그리고 ρ_(eq) 모두 동일하였다. 한편 중성 친핵체인 2차 아민류를 사용하는 대선 음이온성 친핵체인 azide 음이온과의 반응도 살펴보았다. 이 반응에서는 겉보기 이차 속도상수(k_(app))의 대수값과 아실 치환기(X)의 σ상수를 상관지은 Hammett 형태의 그림이 pK_a> 9.1 인 중성 2차 아민과의 반응에서와 동일하게 σ상수와 좋은 상관관계를 보였으며, 다른 음이온성 친핵체의 반응에서와 마찬가지로 꺾어진 Hammett 형태의 그림을 보여주었다. 이러한 결과로부터 중성 친핵체의 가아민 분해반응에서와는 달리 아실치환기가 강한 전자밀게로부터 강한 전자끌게로 바뀌어감에 따라 반응 메카니즘이 변하게 된다고 생각해 볼 수 있었다. 아실이동반응과 관련하여 황원자가 친전자반응의 중심이 되는 dibenzo-[l,2]-oxathiin-6-oxide와 EtONa의 반응을 무수 에탄올 용매에서 수행하여 2가지 형태의 스펙트럼을 관찰하였다. 하나는 매우 빠르게 스펙트럼 변화가 진행되는 것이며, 다른 하나는 isosbestic point가 없이 서서히 스펙트럼 변화가 진행되는 것이다. 이와같은 스펙트럼 변화는 2단계로 진행되는 sulfinyl 이동반응에 대한 최초의 분광학적 증거이다. 빠른 평형단계에 대한 반응속도상수 k₁, k_(-1)은 각각 14,500 M^(-1)s^(-1) 과 30.5 s^(-1) 이었으며, 이것은 유사일차 반응속도 상수와 EtONa의 농도를 상관지은 직선의 기울기와 절편으로부터 각각 구하여 졌다. 서서히 진행되는 반응에 대한 k_(obs)와 EtONa의 농도를 상관짓는 그림은 EtONa의 농도가 증가함에 따라 일정한 값으로 포화되는 Michaelis Menten kinetics와 유사한 형태였다. 이와같이 느린 반응에 대한 반응속도상수는 1.36 × 10^(-3) s^(-1)로 계산되었다. 본 반응의 반응속도론적 결과와 분광학적 자료들은 이 반응이 안정한 중간생성물을 빠르게 형성한 뒤 서서히 최종 생성물로 분해되는 2단계 메카니즘을 제시하는 것이다. 동일한 sulfinate ester의 가아민 분해반응에서의 반응속도를 측정하였다. 이때 유사일차 반응속도상수와 아민의 농도를 상관지은 그림은 아민의 농도가 증가함에 따라 아래로 휘어지는 형태의 곡선을 나타낸다. 이러한 형태의 그림은 2단계 반응 메카니즘의 증거이며, 이러한 주장은 각각의 아민에서 구한 각 단계의 반응속도상수로부터 뒷받침된다. Apparent second-order rate constants(k_app) have been measured spectrophotometrically for the reaction of 2,4-dinitrophenyl X-substituted benzoates with a series of alicyclic secondary amines in H₂O containing 20 mole % DMSO at 25℃. The microconstants involved in the reaction (k₁/k₂,k₁, and k₁k₂/k_-1) have also been calculated. The magnitude of k_app, k₁, and k₁k₂/k_-1 values increases with increasing amine basicity and with increasing acid strengthening ability of the acyl substituent X. The k_-1/k₂ value decreases with increasing the amine determining step is governed by the basicity of amine but not by the electronic nature of acyl substituent X. The BrΦnsted-type plots for k_app show a break at pKa = 9.1, supporting the assumption that a change in the rate-determining step occurs from rate-limiting breakdown to formation of the addition intermediate as amine basicity increases. The corresponding BrΦnsted-type plots for k_-1/k₂, k₁, and k₁k₂/k_-1 are linear but their β values are different. σ^+ constants show better correlation with log k_app, log k₁, and log k₁k₂/k_-1 for the reaction with low basic amines (pKa<9.1), while σ constants exhibit better correlation for the reaction with highly basic amines (pKa>9.1). The magnitude of ρ₁ is identical to that of ρ_app and ρ_eq for a given amine. The Hammett plots obtained for the reaction of 2,4-dinitrophenyl X-substituted benzoate with anionic azide exhibit a break, i.e. ρ_acryl, values decrease from 2.16 to 1.88 as the acyl substituent becomes a strong electron withdrawing group (σ>0.6). Such a break in the Hammett plots is suggestive of a change in the reaction mechanism. The reaction of dibenzo[1,2]oxathiin-6-oxide with EtONa in anhydrous ethanol has been monitored spectrophotometrically and resulted in two different sets of UV spectra corresponding to two distinct processes: one fast and one slow. The spectral changes in the present nucleophilic attack on tetrahedral S constitute the first definitive spectroscopic evidence for a stepwise sulfinyl-transfer reaction. The rate constants for the fast pre-equilibrium process, k₁ and k_-1, have been determined to be 14,500 M^-1 s^-1 and 30.5 s^-1, respectively, from the slope and intercept of the linear plot of k_obs versus [EtONa]. The rate constant for the slow process has been separately measured spectrophotometrically. The plot of k_obs versus [EtONa] for the slow process has been found to be nonlinear but levels off as the concentration of EtONa increases, similar to Michaelis-Menten kinetics. The rate constant for the slow process has been calculated to be 1.36 × 10^-3 s^-1 from the intercept of the linear double reciprocal plot, 1/k_obs versus 1/[EtONa]. The kinetic results and the spectral data suggest that the present reaction proceeds through a rapidly formed metastable intermediate which decomposes slowly to the product. Pseudo-first-order rate constants (k_obs) have been measured spectrophotometrically for aminolyses of dibenzo[1,2]oxathiin-6-oxide. The plot of k_obs vs amine concentrations exhibits a downward curvature which levels off as the amine concentration increases. Such a downward curvature is proposed as definitive evidence for a stepwise mechanism, which is supported by the microscopic rate constants determined.

반응속도와 화학 평형의 학습 순서에 따른 학습효과

성지은 이화여자대학교 교육대학원 1996 국내석사

고등학교 과학 교과서에 제시된 반응속도 측정 실험의 분석 및 개선

김은선 한국교원대학교 대학원 2004 국내석사

이 연구의 목적은 고등학교 과학교과서에 제시된 반응속도 측정 실험의 문제점을 분석하여 개선책을 학생수준과 학교 과학실 여건을 고려하여 제시하는데 있다. 연구를 위하여 고등학교 9종 과학 교과서에 제시된 반응속도 측정 실험을 실험 방법에 따라 분류하였다. 그리고 교과서에 제시된 실험 방법에 따라 초·중등 과학을 담당하고 있는 9명의 현직 교사와 5명의 예비교사에게 실험을 수행하게 한 후 문제점을 분석하여, 개선 실험과 대안 실험을 고안하고, 9명의 예비교사에게 실험을 수행하게 한 후 실험 결과를 비교 분석하였다. 연구 결과에 의하면, 고등학교 과학 교과서에 제시된 반응속도 측정 실험을 생성물로 기체가 발생하는 경우에는 주사기 측정법, 수상 치환법, 거품 측정법으로 분류하였고, 앙금이 생성되는 경우에는 앙금생성 확인법으로, 그리고 색이 변하는 경우 에는 색깔 확인법으로 분류하였다. 고등학교 과학 교과서에 제시된 반응속도 측정 실험의 문제점인 반응시약의 양과 농도의 미제시와 실험 기구와 실험 조건 및 실험 방법의 미비한 제시를 개선한 개선 실험과 대안 실험으로 반응속도에 미치는 영향들을 재현성이 있게 측정할 수 있었다. 이러한 연구 결과로 볼 때, 반응속도 측정 실험에서 실험 수행뿐만 아니라 실험 결과 해석에 어려움을 느끼는 학습자들이 재현성이 있는 개선 실험과 대안 실험으로 탐구 실험을 한다면 반응속도에 미치는 영향들에 대한 과학적 개념을 이해하는데 도움이 될 것이다. The purpose of this study was to find out the problems in the reaction rate measuring experiment in the high school science textbooks and to suggest an effective experimental method and improvements considering the student's level and of laboratory circumstances. For this purpose, the experiments for measuring reaction rates presented in 9 science textbooks for high school students were classified by their methods of experiment. Along with 5 preliminary teachers, 9 science education teachers in elementary and middle schools participated in the experiment. Subsequently, an analysis was performed on the problems with the experiment and some reformed experiments and alternative experiments were devised. As many as 9 preliminary teachers performed the experiments. The results of the experiments were put into a comparative analysis. According to the results of this study, the reaction rate measuring experiments presented in the science textbooks for high school students were classified by the methods of syringe measurement, aquatic transposition, foam measurement when the experiments produced gas, confirming precipitate formation when they produced precipitate, and color confirmation when they changed color. By improving the problems of little specification on the amount and concentration of the reagent, and insufficient specification of tools, conditions and methods of the experiments in high school textbooks, the alternative and reformed experiments facilitated the reproducible measurement of the influences on the reaction rate. From the study result, it was suggested that the improved and alternative experiments, the reproducible ones, would help the students understand the scientific conception regarding the influences on the reaction rate.

화학평형 이동시 반응속도 변화에 대한 고등학생들의 이해 조사

유현희 이화여자대학교 교육대학원 2003 국내석사

본 연구에서는 고등학교 3학년 학생 100명을 대상으로 구조화된 질문지를 사용하여 화학평형 이동시 반응속도 변화에 대한 학생들의 개념을 조사하고, 반응속도의 기초개념에 대한 질문이 화학평형 이동시의 반응속도 변화를 이해하는데 도움이 되는지를 조사하였다. 질문지는 A, B, A' 세 개의 세트로 구성하였으며, A, B, A' 순서대로 응답하도록 하였다. A세트는 화학평형 이동시의 반응속도 변화를 물어보는 문항으로 되어 있고, B세트는 반응속도에 대한 기초개념을 물어보는 문항으로 되어 있다. A'세트는 A세트와 동일한 문항으로 되어 있으며 각 문항마다 학생들의 인식을 조사하는 물음을 포함하고 있다. 조사 대상 개념은 외부 요인에 의해 화학평형이 이동할 때의 반응속도 변화에 대한 것으로 첫째는 반응 시작 후 정반응과 역반응의 속도 변화, 두번째는 평형상태에서 반응물의 농도변화에 따른 정반응과 역반응의 속도 변화 그리고, 세번째는 평형상태에서 반응계의 온도변화에 따른 정반응과 역반응의 속도변화이다. 학생들의 응답을 분석한 결과는 다음과 같다. 1. 역반응 속도 변화보다 정반응 속도 변화에 대한 개념 형성률이 더 높았다. 2. 온도를 변화시킨 후 반응속도 변화보다 농도를 변화시킨 후 반응속도 변화에 대한 개념 형성률이 더 높았다. 3. 화학평형 이동시의 반응속도 변화에 대한 6문항 중 5문항은 A세트보다 A'세트에서 정답률이 높았다. t검정 결과, 6문항 전체점수에 대한 유의수준은 .031로 유의미한 차이가 있었고, 각 문항별로는 한 문항만이 .033으로 유의미한 차이가 있었다. 4. 반응속도의 기초개념에 대한 질문(B세트)이 화학평형 이동시의 속도변화에 대한 질문의 응답에 도움이 되었는지 학생들에게 물어 본 결과, 대안적 개념에서 과학자적 개념(M→S)으로 개념이 변화된 경우에 도움이 되었다는 응답률이 가장 높았다. 5. 화학평형 이동시 반응속도 변화에 대한 개념 형성률이 낮은 이유는 반응속도 기초 개념이 부족해서가 아니라, 평형이동을 반응속도의 변화와 잘 연계시키지 못하기 때문이다. The purpose of this study is to investigate the students' conceptions about the change of the reaction rates during the chemical equilibrium shifts and also whether the questions about basic concepts of the reaction rate are helpful for the students' understanding of reaction rate changes during the chemical equilibrium shifts. The questionnaire is composed of A, B, and A' set, which has to be answered sequentially and respectively. The A set consists of questions that asking the change of reaction rate when chemical equilibrium is shifted. And the B set is to testify the basic concepts of the rate of reaction. The last A' set is the same as the A set except it contains additional questions which asks whether the B set helps to solve A' set. The concepts to investigate are about the change of rate of reaction when chemical equilibrium is shifted by external influence. 1. After reaction has started, how the rate of forward and reverse reaction is changing. 2. If the reactant is added at the equilibrium state, how the rate of forward and reverse reaction is changing. 3. If the temperature is raised at the equilibrium state, how the rate of forward and reverse reaction is changing. The results found are following: 1. The students' understanding of reaction rate change is better for the forward reaction than for the reverse reaction. 2. The students' understanding of reaction rate change is better for the reactant concentration change than for the temperature change. 3. The average of total score of A' set was higher than A set and it was statistically significant. The average scores of five items out of six items in A' set were higher than in A set, but only one item showed statistical significance. 4. The portion of students responded that B set was helpful to solve A' set was highest in the group of students who gave wrong answer in A set and correct answer in A' set. 5. The students' poor understandings for the reaction rate changes during the equilibrium shifts are not seemed to be due to the lacks of basic knowledges of reaction rate. Instead, it is due to the failure of applying the basic knowledges of reaction rate to the changes of reaction conditions.