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1848년 Louis pasteur가 sodium ammonium tartrate 용액을 28도 이하에서 재결정하자, 두 종류의 결정이 침전되는 결과를 관찰하였다. 이는 ‘오른손잡이’ 결정과 ‘왼손잡이’ 결정 두 종류로 분리할 수 있었다. 원래 시료는 오른쪽과 왼쪽 50:50 혼합물로 광학적으로 비활성이었으나, 각 결정의 용액은 광학 활성이었으며 그들의 고유 광회전도는 같은 값으로 부호만 반대였다. 광학 이성질체 (Optical isomer): 물리적 특성(예: 녹는점, 끓는점 등)은 동일하지만 그 용액이 평면 편광을 회전시키는 방향이 다른 거울상이성질체

광학 활성(optically active): 평면 편광의 편광면을 회전시키는 성질 측정 방법: 편광계(polarimeter)를 이용하여 측정. 광학 활성인 유기 분자의 용액을 시료관에 넣고 평면 편광을 통과시키면 편광면의 회전이 나타난다. 회전된 빛은 분석기(analyzer)를 통과하여 어느 정도 회전이 일어났는지 파악할 수 있다. 이때 회전 정도는 광선이 부딪치는 광학 활성 분자의 수에 좌우되는데, 이 분자의 수는 시료의 농도와 시료 통과 길이에 의존한다. 또한 사용한 빛의 파장에도 의존한다. 좌회전성(levorotatory): 어떤 광학 활성 분자가 편광면을 왼쪽(시계 반대 방향)으로 회전시켰을 때 그 성질. 마이너스 부호 (-)로 표시한다. (예: (-)-morphine) 우회전성(dextrorot..

카이랄(Chiral): 분자의 거울상과 동일하지 않아 두 개의 거울상 이성질 형태로 존재하는 비대칭성을 일컫는 속성. 어떤 분자가 카이랄인지 판단하기 위한 방법: 한 분자가 대칭면을 가지면 카이랄이 아니다. 대칭면(plane of symmetry): 어떤 분자의 중심을 통과하여 반으로 자를 때, 분자의 한쪽 반이 정확히 다른 쪽 반의 거울상이 되는 면. 비카이랄(nonchiral or achiral): 대칭면을 가져 거울상과 동일한 것. 예: propionic acid는 대칭면을 가져 비카이랄인 반면, lactic acid는 대칭면이 없어 카이랄이다. 5-1에서 언급한 바와 같이 보통의 유기 분자에서 카이랄성을 일으키는 원인은 탄소 원자에 결합된 네 개의 서로 다른 치환기의 존재다. 이때 카이랄성을 일으..

거울상이성질체(Enantiomers): 입체이성질체의 한 종류로, 서로 거울상 이미지처럼 겹쳐지지 않는 이성질체. 정사면체 탄소가 네 개의 서로 다른 치환기를 가지고 있을 때, 거울상이성질체를 가진다. 예: lactic acid는 중심 탄소 원자에 서로 다른 네 개의 치환기(H, OH, CH3, COOH)가 결합되어 있어 거울상이성질체를 가진다.

다리목 탄소(bridgehead carbon): polycyclic 분자에서 두 개의 링이 함께 공유하는 탄소 예시: Decalin은 두 개의 cyclohexane 고리가 두 개의 다리목 탄소를 공유하며 형성된 bicyclic compound다. trans-decalin은 다리목 탄소에 있는 수소 원자들이 고리의 서로 반대쪽으로 배열되어 있고, cis-decalin은 같은 쪽으로 배열되어 있다. 이때 의자 형태는 아래 그림과 같으며, trans나 cis는 고리 뒤집기나 다른 회전에 의해 상호 변환될 수 없다. 예시2: Norbonane 또는 bicyclo[2.2.1]heptane은 두 고리가 끊어져야 비고리 형태가 되기 때문에 bicyclicalkane이라 한다. 명칭에서 알 수 있듯이 총 7개의 탄소로..

일치환에 비해 이치환인 경우 두 치환기의 입체적 영향을 고려해야 한다. 예를 들어 cis-1,2-dimethylcyclohexane은 두 개의 메틸기가 고리의 같은 쪽에 존재하므로, 의자 형태로 그렸을 때 하나는 축방향으로, 하나는 적도방향으로 존재한다. 이때 위쪽 그림은 2번 탄소에 붙은 메틸기가 4, 6번 위치의 수소와 1,3-이축방향 상호작용을 하고 옆 메틸기와 고우시 상호작용을 한다. 고리 뒤집힌 형태인 아래쪽 그림 형태는 마찬가지로 1번 탄소에 붙은 메틸기가 3, 5번 위치의 수소와 1,3-이축방향 상호작용을 하고 옆 메틸기와 고우시 상호작용을 하여 전체 스트레인이 같다. 하지만 trans-1,2-dimethylcyclohexane은 두 개의 메틸기가 고리의 반대쪽에 존재하므로 의자 형태로 그렸..

일치환 cyclohexane에서 치환기는 적도방향으로 배열하는 것이 축방향으로 배열하는 것보다 항상 더 안정하다. 1,3-이축방향 상호작용(1,3-diaxial interaction): cyclohexane의 1, 3번 위치의 축방향 치환기가 서로 입체 스트레인을 일으키는 것. 예를 들어 methylcyclohexane의 경우, methyl 치환기가 축방향 자리에 존재하면 각각 3번, 5번 위치에 존재하는 축방향 수소와 입체적으로 너무 가까워서 7.6 kJ/mol에 해당하는 입체 스트레인을 받는다. 따라서 축방향에 치환기가 존재하는 것보다 적도방향에 존재하는 것이 더 안정하다. 표 4-1. 일치환 cyclohexane에서 입체 스트레인 1,3-이축방향 스트레인의 양은 치환기의 크기나 성질에 의존한다. 치..

Cyclohexane의 의자 형태에서는 두 개의 치환기 위치가 존재한다. 하나는 고리에 수직인 축방향 자리(axial position)고, 다른 하나는 고리에 평행한 적도 방향 자리(equatorial position)다. 아래 그림에서 분홍색 수소는 축방향, 하늘색 수소는 적도방향 위치에 존재한다. cyclohexane의 각 탄소 원자는 하나의 축방향 수소와 하나의 적도방향 수소를 가지고 있는데, 이때 고리의 각 면은 세 개의 축방향 수소와 세 개의 적도방향 수소를 각각 교대 배열로 가지고 있다. 고리 뒤집기(ring-flip): 고리 형태의 conformer에서 나타나는 의자 형태의 상호 변환. cyclohexane에서는 서로 다른 의자 형태끼리 뒤집히면서 축방향과 적도방향 자리의 교환이 일어난다. ..

의자 형태(chair conformation): cyclohexane의 가장 안정한 삼차원 형태 결합각 스트레인 또는 비틀림 스트레인이 없이 모든 C-C-C 결합각이 거의 109.5도이며, 모든 이웃한 C-H 결합이 엇갈려 있음. chiar conformation의 cyclohexane 쉽게 그리는 법 이때 앞쪽 결합은 전면으로, 뒤쪽 결합은 후면으로 튀어나와 있는 형태이다. 꼬인-배 형태(twist-boat conformation): cyclohexane의 다른 삼차원 형태 결합각 스트레인은 거의 없으나 입체 스트레인과 비틀림 스트레인으로 인해 의자 형태보다 더 높은 에너지 상태임.

Cyclopropane 60도의 C-C-C 결합각 스트레인 + 인접한 C-H 결합이 가리워져(eclipsed) 있어 높은 비틀림 스트레인 60도 결합각이 가능한 이유: cyclopropane이 굽은 결합(bent bond)을 가지고 있기 때문. 즉, 오비탈들이 서로 똑바로 향하지 않고 작은 각으로 겹쳐서 전형적인 알케인 결합보다 약하고, 반응성이 더 크다. Cyclobutane cyclopropane보다 작은 결합각 스트레인을 갖지만, 고리에 수소 수가 더 많아 더 큰 비틀림 스트레인을 가짐. 완전한 평면 구조가 아닌 하나의 탄소가 다른 세 개 탄소가 이루는 평면에서 약 25도 정도 위쪽에 놓여 있는 작은 굽은 결합. 이러한 약간 굽은 효과는 결합각 스트레인을 증가시키지만 비틀림 스트레인은 감소시켜 에너..

결합각 스트레인(Angle strain): 결합각이 정상적인 109도 정사면체 값으로부터 벗어날 때 분자에서 유발되는 스트레인 너무 작거나 큰 사이클로알케인은 결합각 스트레인으로 인해 불안정해짐. Bayer의 가정에 의하면 cyclopropane은 결합각이 60도, cyclobutane은 90도, cyclopentane은 108도를 이루어야 함. 사이클로알케인의 스트레인 에너지 측정: 연소열(heat of combustion) 측정 어떤 화합물의 연소열은 화합물이 산소와 반응하여 완전히 연소될 때 방출하는 열(에너지)의 양으로, 화합물이 더 많은 에너지(스트레인)를 가지고 있을수록 연소될 때 그만큼 더 많은 열(에너지)을 방출한다. 표: 사이클로알케인의 스트레인 에너지. 스트레인이 없는 비고리형 알케인으..

입체화학적 관점 사이클로알케인이 열린-고리 알케인보다 형태 변형에 대한 유연성이 작다. 사이클로알케인은 입체적으로 제한을 받아 회전 가능성이 훨씬 적다. 예를 들어, 고리가 끊어지지 않고서는 cyclopropane의 탄소-탄소 결합 회전은 불가능하다. 보다 큰 사이클로알케인에서 회전 자유도는 다소 증가하나, 보통 크기의 고리 (C3 - C7)에서는 분자 운동이 매우 제한적이다. 사이클로알케인의 이성질체 사이클로알케인은 고리형 구조를 가지기 때문에 “위”면과 “아래”면으로 구별되는 두 개의 서로 다른 면을 가지고 있고, 따라서 이성질현상이 가능하다. 예를 들어 1,2-dimethylcyclopropane은 입체적으로 두 가지 이성질체가 존재한다. 하나는 두 개의 methyl group이 같은 면에 존재하는..

사이클로알케인(Cycloalkane): 포화된 고리형 탄화수소. 지방족고리 화합물(alicyclic compound, aliphatic cyclic)이라고도 함. 일반식: CnH2n 예시: 사이클로프로페인 (C3H6), 사이클로뷰테인 (C4H8) 사이클로알케인의 명명 1. 모체를 찾아라. 고리의 탄소 원자 수와 가장 큰 치환기 사슬의 탄소 수를 세어라. if 고리의 탄소 원자 수 ≥ 가장 큰 치환기의 탄소 원자 수 → 알킬기가 치환된 사이클로알케인으로 명명. 예시: 하단 왼쪽 화합물은 사이클로알케인의 탄소 원자 수가 5로 더 많으므로 methylcyclopentane으로 명명하고, 우측 화합물은 치환기의 탄소 수가 더 많으므로 1-cyclopropylbutane으로 명명한다. 2. 치환기들에 번호를 붙이..

Propane: 메틸-수소 간 상호작용(6 kJ/mol)이 존재함. 안티 형태(anti conformation): butane에서 두 메틸기가 180도로 떨어져 있어 가장 안정한 에너지 상태. butane의 경우 가리움 형태에 비해 안티 형태가 16 kJ/mol 만큼 안정하다. 고우시 형태(guache conformation): butane에서 두 메틸기가 서로 60도 만큼 떨어져 있고 에너지가 낮아진 엇갈린 형태. 입체 스트레인(steric strain): 원자들이 허용된 원자 반지름보다 서로 더 가까이 있을 경우에 생기는 반발성 상호작용. butane의 고우시 형태에서는 두 메틸기가 3.8 kJ/mol에 해당하는 입체 스트레인을 가진다. butane의 두 메틸기가 겹치는 가리움 형태에서는 에너지가 최..

입체화학(stereochemistry): 분자들의 삼차원적인 구조에 관한 화학 분야 회전(rotation): 탄소-탄소 단일 결합은 원통형 대칭인 시그마 결합으로 이루어져 있어, 열린 사슬 분자에서는 탄소-탄소 결합 주위의 회전이 가능함. 형태(conformation): 분자의 입체 구조 및 원자들의 공간적인 배치. 단일 결합의 회전한 결과로 원자들의 달라진 배열 형태 이성질체(conformational isomer): 서로 다른 배열을 가지고 있는 분자. 이형태체(conformer)라고도 함. 형태 이성질체 표현법 톱질대 표현법(sawhorse representation): 탄소-탄소 결합을 비스듬하게 그려 모든 C-H 결합이 보이도록 그림. Newman 투영식(Newman projection): 탄소..