[유기화학] 7-6. 알켄의 안정성 (Stability of alkenes)

 

 

• 트랜스 알켄이 시스 알켄보다 더 안정하다.

       ← 시스 알켄의 이중 결합의 같은 쪽에 존재하는 부피가 큰 두 개의 치환기들 사이의 입체 스트레인 때문

 

 

• 알켄의 상대적인 안정성을 알아보는 방법
  • 알켄을 센 산으로 처리하여 시스-트랜스 평형 상태에 도달하게 한다.
  • 알켄을 팔라듐(Pd) 또는 백금(Pt) 촉매 하에 수소 기체로 처리하면 수소화 반응(hydrogenation)이 일어나 상응하는 알케인을 생성한다.

 

 

• 예를 들어 2-butene을 수소화 반응을 통해 butane으로 만든다고 하자. cis-2-butene은 trans-2-butene보다 2.8 kJ/mol 만큼 불안정하기 때문에 에너지 도표에서 더 높은 에너지 준위를 가진다. 하지만 반응 후에는 똑같은 product를 생성하므로 생성물은 똑같은 에너지 준위를 갖는다. 즉, 전체 반응의 자유 에너지 변화 (△G°)는 cis-2-butene이 2.8 kJ/mol 만큼 더 클 것이다. 이를 이용하여 반응의 수소화열(△H)을 측정하고 차이 값을 알아내어 시스와 트랜스 이성질체 사이의 안정성 차이를 알아볼 수 있다.

 

 

• 일반적으로 알켄의 치환기가 증가할수록 보다 더 안정하다.
  • 이유 1. 하이퍼콘쥬게이션(hyperconjugation): C=C 파이 결합과 치환기에 있는 이웃한 C-H 시그마 결합 사이의 안정한 상호작용
  • 이유 2. 결합 세기: sp2 탄소와 sp3 탄소 사이의 결합이 두 개의 sp3 탄소 사이의 결합보다 조금 더 강하다. 더 많이 치환된 알켄이 더 많은 sp3-sp2 결합을 가지고 있기 때문에 더 안정하다.

 

 

알켄 안정성 증가 요인 요약

1. trans > cis (입체장애 감소)
2. 치환기 많을수록 안정
3. hyperconjugation ↑
4. sp²–sp³ 결합 비율 ↑

Problem 7-15. Name the following alkenes, and tell which compound in each pair is more stable:

 

Answer.

(a)

좌: 1-butene 우: 2-methylpropene → 더 안정: 2-methylpropene (더 치환됨)

(b)

좌: cis-2-hexene 우: trans-2-hexene → 더 안정: trans

(c)

좌: methylcyclohexene (internal alkene) 우: methylcyclohexene (exocyclic alkene) → 더 안정: 내부(internal) 이중결합 구조