【유기화학】 혼성효과와 산도 비교 예제

혼성효과와 산도 비교 예제

 

추천글 : 【유기화학】 1-1강. 물리화학적 성질 예제  

---

1. 혼성효과 [본문]

2. 문제 1 [본문]

3. 문제 2 [본문]

4. 문제 3 [본문]

---

 

1. 혼성효과 [목차]

⑴ 하이퍼컨쥬게이션(hyperconjugation)

① 정의 : sigma bonding이 anti pi bonding에 전자를 제공하여 화합물이 안정화되는 현상

② sp ＞ sp² ＞ sp³ 순으로 전기음성도가 세서, sp³ 탄소가 sp, sp² 탄소에게 전자 제공

⑵ 이유 : sp ＞ sp² ＞ sp³ 순으로 구형 오비탈인 s 성분이 강해 핵과의 거리가 가까워짐 → 전기음성도 증가

① sp 혼성 : 2개의 혼성 오비탈 중 s 오비탈이 1개 → 50 %의 s-character 

② sp² 혼성 : 3개의 혼성 오비탈 중 s 오비탈이 1개 → 33 %의 s-character 

③ sp³ 혼성 : 4개의 혼성 오비탈 중 s 오비탈이 1개 → 25 %의 s-character 

 

 

2. 문제 1 [목차]

⑴ 문제 : piperidinium과 aziridinium 중 산도(acidity)는 무엇이 높은가?

 

Figure. 1. piperidinium의 구조

 

Figure. 2. aziridinium의 구조

 

⑵ 정답 : piperidinium과 aziridinium의 질소 원자는 모두 sp³ 혼성이다. VSEPR 이론에서 sp³ 혼성은 109.5°의 결합각을 나타낸다. piperidinium은 chair form으로 굽어져 해당 결합각을 어거지로 맞출 수 있지만 aziridinium은 내각이 60°인 삼각형 모양의 결합각에서 도저히 109.5°를 맞출 수 없다. VSEPR 이론에 따르면 aziridinium 내 N-C 결합, C-C 결합은 결합선에서 벗어나 결합각을 맞추려는 노력을 엿볼 수 있다.

 

Figure. 3. aziridinium의 σ 오비탈

 

⑶ 정답 (cont'd) : 하지만 헐거운 σ 결합도 109.5°를 만족하기에는 버거워 보인다. 그래서 자연계는 다른 테크닉을 사용했다. 잘 알다시피 sp³ 혼성오비탈은 109.5°, sp² 혼성오비탈은 120°, sp 혼성오비탈은 180°의 결합각을 예상한다. 즉, p-character가 클수록 결합각이 작아진다는 의미이다. aziridinium의 N-C 결합, C-C 결합은 p-character가 더 많이 할당돼 있다. N의 경우 탄소와의 결합에서 p-character를 많이 할당하므로, 그만큼 N-H 결합에 s-character를 더 많이 할당한다. 따라서 짝염기 R-NH^-의 전자쌍이 더 안정화되므로 산도가 높다. 

 

 

3. 문제 2 [목차]

⑴ 문제 : cyclopentane과 cyclohexane 중 어느 분자가 C-H 결합이 더 긴가?

 

Figure. 4. cyclopentane의 구조

 

Figure. 5. cyclohexane의 구조

 

⑵ 정답 : 첫 번째 문제와 동일한 논리가 적용된다. cyclopentane은 결합각 스트레인이 작용하므로 C-C 결합에 75%보다 많은 p-character을 할당한다. 그만큼 C-H 결합에 더 많은 s-character을 할당한다. 따라서 cyclohexane은 C-H 결합에 s-character를 덜 할당하면서, 결합길이가 더 길다.

 

 

4. 문제 3 [목차]

⑴ 문제 : cyclopropanone의 C=O 결합과 cyclohexanone의 C=O 결합 중 어느 결합이 더 긴가?

⑵ 정답 : 첫 번째 문제와 동일한 논리가 적용된다. cyclopropanone은 결합각 스트레인이 작용하므로 C-C 결합에 75%보다 많은 p-character을 할당한다. 그만큼 C=O 결합에 더 많은 s-character을 할당한다. 따라서 cyclohexanone은 C=O 결합에 s-character를 덜 할당하면서, 결합길이가 더 길다.

 

입력 : 2019.03.22 00:30