유기합성실험실에 3년정도 있으며 계산기보다는 엑셀을 사용하여 반응에 쓰이는 시약의 양을 계산하였다.
지난 엑셀 파일을 보니 약 150개 정도의 화학반응을 만든듯 하다. chemdraw 파일은 약 25개인데...
생각보다 열심히 한듯?! 흐흐...
엑셀로 하면 당량수 계산하여 (위 캡쳐화면에는 같은 반응을 또 돌린건지 적혀있지 않다) 출발 화합물의 양만 바꿔주면 자동계산되니 편하긴 한데...
비교적 단순하고 반복된 계산이니 별로 어려울 건 없지만...
그림은 따로 저장하고, 화학식으로 분자량 계산하는 애플릿이 따로 있었고, 무엇보다 항상 엑셀파일이 저장된 컴퓨터에서 계산해야 된다는 것이 불편한 단점들이 있었다.
2006년에 PhD 시작하고 첫 프로젝트는 역시 합성이었다.
몇 스텝 되지는 않았지만 한 6개월은 후드에서 살았던 것으로 기억한다.
나는 한참동안 오피스 공간이 없어 실험실에서 생활했는데, 맥북을 처음 사고 Synergy로 연결하여 아직 익숙치 않은 프로그램들은 랩의 독어판 윈도우 데스크탑에서, 그리고 한글 사용이 필요한 일들은 맥북을 사용했다.
배운게 도둑질이라고... 엑셀은 어떻게 보면 테이블에 계산이 되는 프로그램이니 자바스크립트로 만들어 보자는 아이디어가 든것.
여기저기서 다운받은 스크립트를 합쳐 계산해주는 테이블을 만들었는데, 화살표나 add reactant 같은 UI 만드는데 고생을 좀 했던 것 같다.
이게 남아 있는 가장 오래된 버젼인 2008년 스크린샷인데 (이미 네덜란드로 옮긴 후다), 내 기억에 처음에는 맨 위의 엑셀과 같이 구조 그림이 없었다.
크리스 클락이 적당히 쓸만한 툴인것 같다고 평한게 기억 난다.
자바 애플릿으로 된 단 하나의 구조를 넣을 수 있게 된 것은 2007년이 아니었을까 기억하는데 확실치는 않군.
계산은 그럭저럭 오류 없이 되니, 빈 필드를 채워 계산을 하고나서 목표 화합물의 그림을 그리고 나면 molinspiration 사이트를 통해 "Pic" 을 눌러 (애플릿은 인스턴스 이기 때문에 프린트가 안됨) 프린트한 후 후드의 섀시에 붙여놓고 반응을 돌림.
그 전까지는 거의 혼자 사용하다가 네덜란드로 옮기고 나서는 같은 그룹 아이들이 좀 더 사용하기 때문에, 잘 맞지 않는 테이블도 손을 좀 보고 서버도 천리안에서 파란으로 이전하였다.
2008년 9월, chemicalforums 에 광고한 후에는 어느정도 사용자도 늘었던 것 같다, 그래야 일주일에 십수명은 되려나...
그때는 http://chem.data.pe.kr 과 http://reaction.way.to 따위의 도메인을 사용하기도...
요건 2009년 버젼...
2010년 이후로 모바일 환경과 클라우드 컴퓨팅의 바람이 불며 가능하다면 이 앱으로 논문도 쓰고 싶었고 (노스웨스턴의 oligocalc 는 Nucleic Acids Res. 에 나갔음) 펠로쉽 지원하면서 2011년에는 mkwak.org 도메인도 등록하였다.
미국으로 랩을 옮기고 나서는 새로운 곳에서는 처음에 실험결과가 그닥 잘 나오지 않을테니, 생각하고 있던 일을 실행해 보기로 하였다.
그 즈음 emolecules.com 을 통해 접하게 된 chemwriter 라는 자바스크립트를 사용한 구조 그림에 눈독을 들였다.
개발자겸 사장에게 메일을 보내 비상업적 사용을 약속으로 1년마다 갱신하는 라이센스를 받았지만...
단점은 반응을 지원하지 않고, 외부 자바스크립트와 값을 주고 받기 어려웠던 점이었던 걸로 기억한다. 하지만 개인적으로 화합물 구조의 모양은 아직도 켐롸이터가 낫다고 생각한다. 당신 아이패드 사용도 가능했지만 정확히 그리기는 쉽지 않았다.
그러다 발견한 자바스크립트 구조툴이 Scilligence 의 JSDraw이다. 무엇보다 반응을 저장할 수 있고, 업데이트가 빠른 것이 마음에 들었다.
나중에 알게 되었지만 윈도우에선 무척 느리게 돌아갔다.
일단 오랜기간 함께한 애플릿을 빼고 이넘으로 교체하는 작업은 그리 오래 걸리지 않았다.
JSDraw 만 붙여놓고 두어달 공백을 가지다가 무슨 바람이 불었는지 DB구조를 만들어 일단 저장하는 클래스 작성후...
내가 있는 연구소 wiki 에 사용한 openID 로그인을 사용하여 (무엇보다 관리를 하지 않아도 된다는 점, 그리고 anonymous가 유지된다는 점) 인증 모듈을 붙이게 되었다. 이제 생각 났는데 공백이 있었던 이유는 오픈아이디 인증을 사용하려면 curl 사용이 가능해야 되어 망설이고 있었다는 것.
그림, 인증, 그리고 간단한 UI 만드는데 주말 포함 3일 정도는 꼬박 코딩만 한듯...
약 30명에세 이메일 보냈던 1-2달의 closed test (피드백이 전혀 없음 - 잘 만들었다는 증거?! 크크) 후 정식으로 2.0 (버젼은 orgchem 의 숫자를 이어감)으로 테스트때는 JORC 라고 하였다가... 피페팅 도우미 iPipet 을 같은 랩의 중국인 포닥 친구가 지어준 후라서... numbers 에서 착안한 현재의 이름 moles로 바꾸었다 (왠지 애플빠 스러운;).
moles (http://mkwak.org/moles), 별거 아닌 한페이지 짜리 php와 javascript지만 약 6년의 역사를 가진 나름 "작품"이라 할만한 애착이 가는 놈이다.
페이지뷰는 생각보다 적어서 하루에 5-10 정도 되는 듯 하다. abbr 이나 imgarea 에 비교하면 비할수 없이 적은 숫자이다.
사용자가 많아져 DB 용량이 늘어나게 되어 기쁜 마음으로 자비를 들여 서버 증설을 하게 될 날을 기다리며...
#1: 반응 혼합물을 vial 등의 작은 스케일로 작은 물을 이용한 work-up(aqueous workup;추출 등)을 하고 유기층으로 TLC 해본다. #2: 매우 극성 화합물의 경우, 다음을 이용한다
10% 암모니아(NH4OH) in MeOH 용액의 극성 용매를 사용: 이 용매를 dichloromethane에 1-10% 혼합하여 사용한다.
EBAW: EtOAc/butanol/HOAc/H2O (ethanol butanol aceticacid water) 를 80/10/5/5 비율로 섞어 사용한다. (이 용매는 column chromatography 에는 사용할 수 없다)
#3: Gas Chromatography (GC) 를 사용한다. #4: 모두 실패했다면, 반응혼합물 자체를 NMR 로 분석해본다. (물론 용매를 제거하고 NMR용매를 사용)
Problem: 반응에 높은 끓는점(b.p.)을 가진 용매(DMF, pyridine, DMSO, Amines)가 사용되었고, TLC의 점이 매우 끌린다(smear). Solutions: 보통과 같이 TLC에 점을 찍고 초자에 넣은 후, 높은 진공(high vacuum)에 몇분간 두었다가 전개해본다, 그렇지 않으면 #1을 따른다.
Problem: 반응물과 결과물이 매우 비슷한 Rf 값을 가지고 있어 어떤 일이 일어났는지 확실히 얘기 할수도 없다. 어떻게 반응이 종료되었는지 알 수 있을까? Solutions:
#1: cospot 이 도움이 될 수 있다. TLC 의 점이 '눈사람' 처럼 보인다면 반응은 종료된것이다.
#2: TLC 전개에 쓰이는 용매조건을 바꿔보도록 노력해 보자.
팁: Chromatography에 사용되는 확연히 다른 성질의 3가지 용매조건이 있다.
극성/탄화수소(polar/hydrocarbon) systems (ethyl acetate/hexane; ether/petroleum ether)
극성/이염화탄소(polar/dichloromethane) systems (ether/dichloromethane; ethylacetate/dichloromethane; methanol/dichloromethane)
극성/벤젠(polar/benzene) systems (ether/benzene; ethyl acetate/benzene)
#3: Anisaldehyde로 TLC를 착색해 보자. 화합물이 다른 색깔을 나타낼 것이다(밝기). 때때로 발색의 차이는 molybdenium 착색에서도 볼 수 있다.
Problem: 화합물이 실리카에서 불안정한 것 같다(산에 민감한 화합물은 문제가 될 수 있다). 화합물이 실리카에서 안정한지 불안정한지 어떻게 알 수 있을까? Solutions: 2D-TLC (2 dimensional TLC)를 통해 확인한다.
정사각형의 TLC 판의 한 구석에 점을 찍는다.
한쪽 방향으로 TLC를 전개한다. (모든 구성 화합물들이 세로로 늘어서게 될것이다)
TLC판을 90도 돌리고(늘어선 점들의 선이 아래에 위치하도록) 다시한번 전개한다.
샘플이 실리카에서 안정하다면 모든 점들은 정사각형 TLC 판에서 대각선 방향으로 늘어설 것이고, 불안정하여 화합물이 분해된다면 점이 대각선 아래에 나타날 것이다.
Problem: 화합물이 실리카에서 안정하지 않다. 어떻게 반응을 정확히 관찰할 수 있을까? Solutions: 팁 #2, #3, #4
Problem: 반응이 공기에 노출되는 것을 원하지 않는다. 반응용기를 열지 않고 TLC를 관찰하려면 어떻게 해야 할까? Solution: 반응용기를 불활성기체가 너무 강하지 않도록 하여 셉텀(septum)을 장착하고 모세관을 일회용 주사바늘(20 gauge)에 꼽는다. 주사바늘을 셉텀에 찔러 샘플을 얻고, 불활성기체를 다시 채워주고 바늘을 빼낸다. 이런 방법으로 공기와의 접촉을 최소화 할 수 있다.
Problem: TLC 확인을 위해 모세관을 반응용기에 넣고 샘플을 채취할때, 모세괸 끝이 막혀버려 TLC판에 점을 찍을 수 없다. 불균일하거나 점도가 높은 반응혼합물일 때는 어떻게 해야 할까? Solution: 팁 #1
Problem:내 반응이 TLC상에 줄이가 보인다. Solutions: 이 것은 여러가지를 의미할 수 있다.
분해된것 (decomposed). 그러나 이 현상만 보고 분해되었다고 단정짓지는 말것.
반응물중 하나가 그럴 수 있다. : 팁#1 을 시도해 본다.
Product는 손상되지 않았지만 silica 상에서 불안정할 수 있다. 2D-TLC 를 해 보라(위 참고)
용매가 TLC 분석에 방해가 된다. 이 글 맨 위의 문제를 참고한다.
Problem: 내 화합물이 매우 극성이어서 baseline에 나타난다. 반응이 어떻게 진행되는지 알 수가 없다. Solutions: #2 에 언급한 여러가지 용매로 시도를 해보자. 아니면 역상TLC(reverse phase silica gel) 판을 사용해 본다.
Problem:Work-up 후에 반응혼합물의 TLC가 바뀌었다! Explanation/Solution: 화합물이 산, 염기, 공기, 물 등에 안정하지 않을 수 있다. 혹은 work-up 도중 어떠한 반응이 일어났다. 반응을 종료하기 전에 적은 양으로 미리 work-up 하여 문제를 알아내고 해결할 수 있다. Explanation/Solution: 어떤 시점에 알 수 없는 오염이 되었으니 정제하여 이것이 나아지는가 시도해본다.
The orginal text of this page is from Not Voodoo (Demystifying Synthetic Organic Laboratory Technique), and translated into Korean by Minseok Kwak.
이 페이지의 본래 내용은 위의 사이트에서 가져왔으며, 단지 이해가 쉽도록 몇가지 용어를 바꿔가며 한글로 해석하였습니다.
어떤 용매조건에서 출발물질(반응물)이 0.3-0.4 의 Rf 값을 가질 수 있는지 대략 계산한다. (위 극성/무극성 조건 참고하여 시작)
TLC 챔버(chamber) 에 약 0.5cm 의 용매(혹은 혼합용매)를 채운다.
TLC 판(plate)에 (1.5-2cm 넓이에 5cm 높이가 적당한 크기) 아래로부터 0.5cm 이상의 위치에(용매가 담긴 챔버에 TLC판을 담갔을때 점이 용매에 접촉하지 않도록) 수평으로 3개의 점(spot)을 찍는다. - 만약 출발 물질이 2개 이상이라면 3개 이상의 점이 필요하다.
모세유리관(capillary pippet or tube)으로 출발물질(반응혼합물 정도로 희석된)을 맨 왼쪽과 가운데 점에 점적한다(찍는다). 이 점은 주위의 점과 닿지 않도록 충분히 작게 찍는 것이 좋다.
역시 모세관으로 반응혼합물의 점을 가운데(linkto-TLC note:cospot)와 가장 오른쪽에 찍는다.
TLC판을 용매가 담긴 챔버에 넣어 거의 꼭대기까지 그러나 TLC 판의 가장 꼭대기까지 가지는 않도록 전개한다.
UV 램프를 쬐어 관찰하며 연필로 전개된 점의 테두리에 연필로 표시한다. (보통 동그라미 혹은 얇은 타원형이거나 화합물이 끌려 올라간 경우 꼬리가 생긴다)
용매가 사라질 때까지 TLC판을 공기중이나 hot plate에서 건조한다.
적당한 발색시약(착색시약;TLC stain)에 담그고 hot plate에서 가열한다. 화합물에 알맞는 발색시약을 찾기 위해 여러번 시도해야할 때도 있다. (팁: 뜨거운 TLC 판을 KMnO4 발색시약에 담그는 것은 좋지 않지만, anisaldehyde 시약에 담그는 것은 괜찮다)
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Not Voodoo 에서 가져온 유기(합성)화학 에 관한 전체 list
The Cospots
반응을 관찰할때 사용되는 TLC에는 보통 3개의 점이 있는데, 반응물(출발물질), 반응혼합물, 그리고 출발물질의 점 위에 그대로 반응 혼합물을 찍은 cospot이다.
Cospot은 반응물과 반응혼합물이 비슷한 Rf값을 가지고 있는 반응을 관찰할 때 중요한데, 어떤 경우에는 반응혼합물이 chromatography 내에서 출발물질에 영향을 미치기 때문이다.
출발물질이 사라진 것 처럼 보이지만, 실제로 반응조건하에서 단지 TLC상에서만 다르게 보일 수 있다. 이러한 경우 cospot에 의해 쉽게 확인할 수 있다.
Preparatory TLC (예비 TLC)
두꺼운 실리카 레이어를 가진 full-size 의 TLC 판이 TLC를 이용한 예비 분리에 쓰인다.
100mg 이상의 분리하고자 하는 물질을 TLC판의 아랫 쪽에 수평으로 로딩하고 알맞은 용매로 전개한다.
Product(생성물)는 UV를 쬐어주어 연필로 표시한다.
Product가 있는 부분의 silica를 면도날로 긁어낸다.
긁어낸 실리카를 fritted funnel (glass 필터)에 모아 극성용매(EtOAc 등)로 씻어주어 순수한 product를 분리해 낸다.
Solvent Systems: linkto-Notes on Column Chromatography
Visualization Methods (Including TLC Stains/Dips)
Ultraviolet: 이중결합으로 conjugated 된 화합물의 경우, UV 램프(254/365nm)를 쬐어 TLC 판을 관찰한다.
요오드(Iodine): 잘게 부순 요오드와 흔든 다음, 요오드 착색을 제거하기 위해 TLC판을 가열한다. 액체 착색(혹은 발색)시약도 보통 가열하여 시약을 제거한다.
Anisaldehyde (carbonyl 화합물에 좋음)
EtOH(200mL); H2SO4(10mL); p-anisaldehyde (10mL)
EtOH(250mL); H2SO4(2.5mL); p-anisaldehyde (15mL)
EtOH(425mL); H2SO4(16mL); p-anisaldehyde (8-12mL); HOAc(5mL)
: p-anisaldehyde를 제외하고 모두 섞어준 후에, 실온으로 식힌 다음 넣고 냉장보관한다.
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