LAB-log

모든 화학 반응은 정방향 또는 역방향으로 진행될 수 있다. 즉, 반응물은 정반응에 의해 생성물을 만들며, 생성물은 역반응을 통해 반응물로 돌아갈 수 있다. 화학 평형식과 평형 상수(Keq) 평형 상수(Keq): 생성물의 농도 곱을 반응물의 농도 곱으로 나눈 값으로, 반응의 방향을 판단할 수 있다. if Keq > 1 ⇒ 정반응 우세 if Keq < 1 ⇒ 역반응 우세 평형 상수가 크다 = 생성물의 에너지가 반응물의 에너지보다 낮다 = 반응을 통해 에너지가 방출된다 주의: 평형 상수는 반응 속도와 무관하다. 반응 속도 ⇒ 반응이 느린가, 빠른가 평형 상수 ⇒ 반응이 어떤 방향으로 진행되는가 깁스 자유에너지 변화(Gibbs free-energy change, ΔG): 화학 반응이 진행되는 동안 전체 에너지 ..

반응 매커니즘에서 굽은 화살표 그리는 방법 규칙 1. 전자들은 친핵체(Nu: or Nu:-)로부터 친전자체(E or E+)로 이동한다. 친핵체(Nucleophile): 보통 비공유 전자쌍 또는 다중 결합이 있는 이용 가능한 전자쌍을 가지고 있음. (ex. 산소, 질소, 탄소, 알켄) 친전자체(Electrophile): 전자쌍을 받아들일 수 있으며, 보통 양전하를 갖거나 작용기에서 양으로 편극된 원자들임. 규칙 2. 친핵체는 음으로 하전되어 있거나 중성 분자가 될 수 있다. 음으로 하전되어 있을 시 그 원자는 전자쌍을 친전자체에게 주면서 중성이 된다. 친핵체가 중성이라면 그 원자는 전자쌍을 친전자체에게 주며 양전하를 갖는다. 규칙 3. 친전자체는 양으로 하전되어 있거나 중성 분자가 될 수 있다. 양으로 하..

Ethylene을 실온에서 HBr로 처리하면 bromoethane이 생성된다. 이 반응은 친전자성 첨가 반응(electrophilic addition)으로 극성 반응의 한 예다. Ethylene의 반응성 ethylene의 이중 결합은 시그마 결합 하나와 파이 결합 하나로 이루어져 있다. 이중 결합에는 네 개의 전자가 있어 단일 결합에 비해 큰 전자 밀도를 갖는다. 파이 결합에 있는 전자들은 이중 결합 평면의 위아래로 위치하여 반응물이 접근하기 쉬워진다. 즉, 이중결합은 친핵성(nucleophilic)이며, 알켄의 화학은 친전자체와의 반응에 의해 좌우된다. HBr의 반응성 센 산으로 강력한 proton (H+) donor이다. 즉, 친전자체(electrophile)다. Ethylene과 HBr의 친전자성 ..

극성 반응: 분자 내의 작용기에 있는 양으로 편극된 중심과 음으로 편극된 중심 사이의 전기적인 인력 때문에 일어남. 대부분의 유기 분자들은 전기적으로 중성이나, 결합에 비대칭적인 전자 분포의 결과로 결합에 극성이 생기고, 결합 원자들의 서로 다른 전기음성도 때문에도 나타난다. 산 또는 염기를 가진 작용기의 상호작용으로부터 극성 결합이 생길 수도 있다. 산소, 질소, 플루오린, 염소는 탄소보다 더 전기음성적 → 이들과 결합한 탄소 원자는 부분적인 양전하를 가짐. 금속은 탄소보다 덜 전기음성적 → 금속에 결합된 탄소는 부분적인 음전하를 가짐. 표 6-1. 몇 가지 일반적인 작용기에서 극성 경향 기본적으로 모든 극성 유기 반응에서 전자가 풍부한 자리와 전자가 부족한 자리가 서로 반응한다. 전자가 풍부한 원자가..

라디칼은 원자가 껍질에 홀수 개의 전자를 가지고 있어 불안정하기 때문에 반응성이 매우 크고 일반적이지 않다. 라디칼 치환 반응(radical substitution reaction): 반응물 라디칼이 다른 반응물로부터 결합 전자 한 개를 떼어내거나 하나의 원자를 떼어내는 반응 라디칼 첨가 반응(radical addition reaction): 반응물 라디칼이 이중 결합으로 한 개의 전자를 가져와 이중 결합에 첨가되고 새로운 라디칼을 생성하는 반응 예시: methane의 염소화 반응 위 반응은 개시(initiation), 전파(propagation), 종결(termination) 세 가지 단계로 구성된다. 개시(initiation): 자외선 조사에 의해 Cl2 분자의 Cl-Cl 결합이 끊어져 염소 라디칼이..

반응 매커니즘(reaction mechanism): 어떻게 반응이 일어나는지에 대한 전체 과정의 기술 각 화학적 단계에서 어느 결합이 어떤 반응 차수에 의해 끊어지고, 형성되며, 상대적인 반응 속도가 어떤지 설명함. 예시: SN2 reaction mechanism 모든 화학 반응에는 결합-분해와 결합-형성이 포함된다. 하나의 공유 결합은 두 개의 전자를 포함하고 있어, 공유 결합이 끊어지는 방법은 두 가지가 있다. 대칭적(symmetrical) 방법: 한 개의 전자가 각각의 생성물 토막에 남아있는 경우 → 균일 분해(homolytic) 비대칭적(unsymmetrical) 방법: 두 개의 결합 전자가 한 개의 생성물 토막에 남아 있고, 다른 생성물 토막은 빈 궤도함수를 갖도록 두는 경우 → 불균일 분해(h..

1. 첨가 반응(Addition reaction): 두 반응 물질이 서로 첨가되어 남는 원자 없이 단일 생성물을 형성하는 반응. 2. 제거 반응(Elimination reaction): 첨가 반응과 반대로, 단일 반응물이 두 개의 생성물로 분리되는 반응. 3. 치환 반응(Substitution reaction): 두 반응물이 각 반응물의 일부를 교환하여 새로운 두 가지 생성물을 형성하는 반응. 4. 자리옮김 반응(Rearrangement reaction): 단일 반응물의 결합이나 원자가 재배열이 진행되어 하나의 이성질체 생성물을 형성하는 반응. Problem 6-1. Classify each of the following reactions as an addition, elimination, substit..

자연계에서 카이랄 분자들은 각각 다른 생물학적 성질을 나타낸다. 예를 들어 limonene의 경우, (+)-limonene은 오렌지 향을, (-)-limonene은 소나무 향을 낸다. 카이랄성은 특히 약물에서 중요하다. 예를 들어 Prozac이란 제품명을 가진 fluoxetine은 라세미체(racemate)일 때 효과적인 항우울제로 작용하지만, 편두통에 대해서는 효과가 없다. 하지만 (S)-fluoxetin은 편두통 예방에 효과적이다. 왜 카이랄 분자들은 다른 생물학적 성질을 나타내는가? 이는 생물학적 수용체가 카이랄이기 때문이다. 생물학적 효과를 나타내기 위해서는 체내에서 화합물이 상보적인 모양을 가지고 있는 적절한 수용체와 결합해야 하는데, 카이랄성에 따라 모양이 다르므로 같은 분자더라도 입체 형태에..

선구카이랄(Prochiral): 한 번의 화학적 단계로 비카이랄로부터 카이랄로 전환될 수 있는 분자 예: 2-butanone은 수소 첨가에 의해 2-butanol이 되면 카이랄이 되므로, 선구카이랄이다. 이때 선구카이랄에 어느 면에서 반응이 일어나는가에 따라 생성되는 거울상이성질체가 달라진다. 선구카이랄 분자의 우선순위를 정했을때 시계방향으로 회전하는 면을 Re face (R과 비슷), 반시계방향으로 회전하는 면을 Si face (S와 비슷)라 한다. Re 면에 수소가 첨가되면 (S)-2-butanol이, Si 면에 수소가 첨가되면 (R)-2-butanol이 생성된다. 선구카이랄성 중심(prochirality center): 결합된 치환기 하나를 바꿨을 때 카이랄성 중심이 되는 sp3-혼성 원자 예: e..

카이랄성 중심이 탄소인 것이 일반적이지만, 질소, 인, 황도 카이랄성 중심이 될 수 있다. 질소: 고립 전자쌍을 네 번째 치환기로 본다면 거울상이성질체를 가질 수 있다. 하지만 3가 질소 화합물은 빠르게 거울상이성질체로 상호 변화하기 때문에 특별한 경우를 제외하고는 각각의 거울상이성질체를 분리해낼 수 없다. 인: 질소와 유사하게 인은 3가 화합물을 생성할 수 있는데, 질소와 달리 인에서 거울상이성질체의 상호 변환은 대체로 질소보다 느리게 진행되어 안정한 카이랄 phosphine은 분리될 수 있다. (예: methylpropylphenylphosphine) 황: 2가의 황 화합물은 비카이랄이지만, 설포늄 염(sulfonium salt, R3S+)은 3가 황 화합물로 카이랄일 수 있다. phosphine과 ..

이성질체 요약 구성 이성질체(Constitutional isomer, 3-2절): 원자들이 다르게 연결된 화합물. 그 종류로 골격 이성질체, 작용기 이성질체, 위치 이성질체가 있음. 입체이성질체(Stereoisomer, 4-2절): 원자들이 같은 순서로 결합되어 있지만 서로 다른 공간적인 배열을 가진 화합물. 그 종류로 거울상이성질체, 부분입체이성질체, 시스-트랜스 이성질체가 있음. Problem 5-21. What kinds of isomers are the following pairs? (a) (S)-5-Chloro-2-hexene and chlorocyclohexane (b) (2R,3R)-Dibromopentane and (2S,3R)-dibromopentane Answer. (a) 구성 이성질체..

라세미체 또는 라세미 혼합물(racemate, racemic mixture): 카이랄성 분자의 (+), (-) 이성질체가 50:50으로 동일하게 섞여있는 혼합물 기호로는 (±)- 또는 dl-로 표시한다. 라세미 혼합물은 한 거울상이성질체로부터 생기는 (+) 방향 회전을 다른 거울상이성질체의 (-) 방향 회전이 정확히 상쇄하기 때문에 광학 회전을 나타내지 않는다. 분할(resolve): 라세미 혼합물에서 (+), (-) 거울상이성질체를 각각 분리하는 것. 일반적인 분할 방법: 카이랄 카복실산의 라세미 혼합물과 아민 염기 사이의 산-염기 반응으로 암모늄 염을 만드는 것. 예를 들어 lactic acid에 메틸아민과 같은 비카이랄 염기를 처리하면 R, S 모두 반응성이 같기 때문에 racemic ammoniu..

메조 화합물(Meso compounds): 카이랄성 중심을 포함하고 있으면서도 비카이랄인 화합물 예시: tartaric acid는 두 개의 카이랄성 중심을 갖고 있다. 따라서 아래 그림과 같이 네 개의 입체이성질체를 가지고 있다고 예상할 수 있다. 이 중 (2R, 3S)와 (2S, 3R) 구조는 한 구조를 180도로 회전하면 서로 동일한 구조임을 확인할 수 있다. 즉, tartaric acid는 두 개의 거울상이성질체와 하나의 메조 형태를 합하여 세 개의 입체이성질체를 가진다. 메조 이성질체는 (+), (-) 형태와 부분입체이성질체(diastereomer)다. 따라서 거울상 관계에 있지 않으며, 전혀 다른 화합물이고 다른 물리적 성질을 갖는다. 참고: 표 5-3. tartaric acid의 입체 이성질체..

부분입체이성질체(Diastereomer): 서로 거울상이 아닌 입체이성질체. 부분입체이성질체는 몇 개의 카이랄 중심에서는 반대 배열을 가지고 나머지는 동일한 배열을 가진다. 반면 거울상이성질체는 모든 카이랄성 중심에서 반대 배열을 하고 있다. 예시: threonine은 두 개의 카이랄성 중심을 가져 총 4개의 입체이성질체를 가진다. 여기서 (2R,3R)과 (2S,3S)는 서로 거울상이성질체(enantiomer)이며, (2R,3R)과 (2R,3S) 또는 (2R,3R)과 (2S,3R)은 서로 부분입체이성질체(diastereomeer)이다. 에피머(epimer): 두 입체이성질체가 단 하나의 카이랄성 중심만이 다르고 나머지 모두가 동일한 경우 Problem 5-13. One of the following mo..

Cahn-Ingold-Prelog 규칙: 카이랄성 중심에서 치환기들의 삼차원적인 배열을 나타내는 표현 방법에 대한 규칙 규칙 1. 카이랄성 중심에 직접 결합된 원자들을 살펴보고, 원자 번호가 감소하는 순서로 우선순위를 정한다. 가장 원자 번호가 높은 순위가 1번이 되고, 가장 낮은 원자 번호를 가진 원자가 가장 낮은 순위(4번)가 된다. 일반적으로 Br > Cl > S > P > O > N > C > 2H > 1H 규칙 2. 만일 치환기에 있는 첫 번째 원자로 우선순위를 결정할 수 없다면 카이랄성 중심으로부터 떨어져 있는 두 번째, 세 번째, 네 번째 원자들을 차이가 날 때까지 비교한다. 예를 들어 -CH3와 -CH2CH3은 첫 번째 원자가 탄소로 규칙 1에서는 동등하나, -CH2CH3은 두 번째 원자로..