【유기화학】 2004 MEET/DEET 유기화학

2004 MEET/DEET 유기화학 

 

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17. 에틸렌(C₂H₄)은 sp² 혼성궤도를 가지는 알켄이고 바닥상태 구조는 A이다. B는 탄소와 탄소 사이 결합이 sp³-sp³ 시그마 결합과 유사파이결합으로 구성된 에틸렌의 가상적인 구조이다. 유사파이결합은 두 개의 sp³ 혼성궤도함수가 관여하는 파이결합을 뜻한다. 자료를 이용하여 A와 B의 에너지 차이를 가장 정확하게 나타낸 것은?

⑴ 문제

 

 

⑵ 풀이 : ⑤

○ E(A) = 90 + 105 × 4 + 60 = 570

○ E(B) = 85 + 100 × 4 + 45 = 530

○ ΔE = E(A) - E(B) = 570 - 530 = 40

 

 

18. 화합물 A(C₅H₁₂O)는 소듐(Na)과 반응하여 기체를 방출하며, 크롬산(CrO₃)과는 반응하지 않는다. A를 산 촉매 하에서 가열하면 화합물 B가 주생성물이 되고, B를 오존과 반응시킨 후 금속 아연으로 환원시키면 같은 몰수의 알데히드 C와 케톤 D가 생성된다. 화합물 A, B, C를 바르게 짝지은 것은?

⑴ 문제

 

 

⑵ 풀이 : ①

○ A의 불포화도가 0이므로 단일결합 사슬형 분자 : 에터 또는 알코올이어야 함. 선택지에는 알코올만 있음

○ CrO₃와 반응하지 않으므로 3차 알코올이어야 함 : ①, ③만 적절함

○ Na와 반응한 결과 H₂가 발생하고 에폭사이드가 형성됨 : 라디칼 치환 반응을 수행함

○ H⁺, heat 조건에서 E1 제거반응이 일어나서 2-methyl-2-butene이 생성됨

○ 1. O₃, 2. Zn, H⁺ 조건에서 알켄의 가오존 분해반응이 일어나서 아세트알데하이드와 아세톤이 생성됨

 

 

19. n-뷰테인(C₄H₁₀)의 C₂-C₃ 사이의 회전에 따른 두 개의 이형태체(conformer) 중에서 고우시(gauche) 형태는 두 메틸기 사이의 입체스트레인(steric strain) 때문에 안티(anti) 형태보다 약 0.9 kcal/mol만큼 불안정하다. 위 사실을 이용하여 치환된 사이클로헥세인(C₆H₁₁-Z)의 두 의자(chair) 형태 A와 B 사이의 에너지 차이를 가장 옳게 유추한 것은? (단, 단위는 kcal/mol이다.)

⑴ 문제

 

 

⑵ 풀이 : ③

○ 풀이 1. 

○ H와 CH₃ 사이의 1,3-diaxial interaction은 0.9 kcal/mol

○ -Z가 -CH₃인 경우 : 두 개의 1,3-diaxial interaction이 있으므로 1.8 kcal/mol임

○ -Z가 tert-butyl인 경우 : 5.4 kcal/mol (암기!)

○ 풀이 2. Z가 ethyl기이거나 iso-propyl기인 경우 입체장애를 피해 배열이 조정되므로 methyl기의 steric effect와 유사함

 

 

20. 글루탐산(glutamic acid)의 pK_a1, pK_a2, pK_a3는 각각 2.2, 4.2, 9.7이다. 8.7인 글루탐산 수용액에서 가장 많이 존재하는 화학종을 〈보기〉에서 골라 바르게 짝지은 것은?

⑴ 문제

 

 

⑵ 풀이 : ⑤

○ 2.2는 아미노산 골격의 카르복실산, 4.2는 R기, 9.7은 아미노산 골격의 아민의 pK_a를 의미함

○ (참고) 작용기의 pK_a는 항상 가운데에 존재함

○ pH 3.2 : 아미노산 골격의 카르복실산만 짝염기 형태로 존재함

○ pH 8.7 : 아미노산 골격의 아민만 짝산 형태로 존재함

 

 

21. 1,3-Butadiene에 HBr을 첨가하는 반응은 알릴 양이온 중간체를 경유하여 두 개의 구조이성질체 P₁과 P₂를 반응 온도에 따라 다른 비율로 생성한다. 이 과정에 대한 반응경로에 따른 에너지 변화를 가장 잘 나타낸 것은?

⑴ 문제

 

 

⑵ 풀이 : ①

○ 탄소양이온이 생성되는 반응이 속도결정단계임 

○ P₁과 P₂는 1단계를 공유하므로 1단계에 있어서 에너지 변화는 동일해야 함 : ③, ④은 틀림

○ P₁은 속도론적 생성물로서 활성화에너는 작지만 자유에너지는 큼

○ P₂는 열역학적 생성물로서 활성화에너지는 크지만 자유에너지는 작음 

 

 

22. 출발 물질 A로부터 여러 단계를 거쳐 최종 생성물 B를 합성하려고 한다. 〈보기〉의 반응을 이용하여 가장 효과적으로 B를 합성하는 반응 순서를 가장 바르게 나타낸 것은? (단, 각 반응의 끝내기(work-up) 과정은 생략하였다.)

⑴ 문제

 

 

⑵ 풀이 : ④ (∵ 케톤 보호반응 → LAH 환원반응 → PCC의 약한 산화 → Wittig reaction → 케톤 탈보호반응)

 

 

 

23. 다음은 진통제로 사용하는 파라세타몰(paracetamol, C₈H₉NO₂)의 분광학 자료이다. 파라세타몰의 구조식으로 옳은 것은?

⑴ 문제 : 문제 식별 불가

⑵ 풀이 

24. 아조니아베타인(azoniabetaine)은 수용액에서는 노란색, 에탄올 용액에서는 빨간색, 아세톤 용액에서는 초록색을 띠는 염료이며, 구조식은 아래와 같다. 이는 아조니아베타인이 흡수하는 파장이 아세톤 ＞ 에탄올 ＞ 물의 순서로 짧아지기 때문이다. 용매의 극성이 증가함에 따라 염료의 색깔이 이와 같이 변하는 이유를 들뜬상태(ES)와 바닥상태(GS)의 에너지 변화로 바르게 나타낸 것은?

⑴ 문제

 

 

⑵ 풀이 : ⑤

○ 용매의 극성이 증가함에 따라 ES와 GS 사이의 에너지 준위 차이가 커져야 함

○ 용매의 극성이 증가함에 따라 극성 물질의 안정성을 향상시킴 : Like dissolves like

 

 

25. 순수한 (R)-α-phenylethyl chloride를 묽은 NaOH 수용액에서 반응시켰더니 고유광회전도(specific rotation) 값이 -25.4°인 α-phenylethyl alcohol이 생성되었다. 순수한 (S)-α-phenylethyl alcohol의 고유광회전도 값이 -42.3°이고, 반응이 100% 진행되었다면 이 반응의 반전(inversion) 백분율은 얼마인가?

⑴ 문제

 

 

⑵ 풀이 : ②

○ 반전 백분율을 x라고 가정

○ 일차방정식을 풀면 됨

 

 

 

26. 설탕보다 약 200배 당도를 가지는 아스파탐(aspartame) 합성 과정에서 각 단계의 목적에 대한 설명 중 옳지 않은 것은? 

⑴ 문제

 

 

⑵ 풀이 : ④ (∵ 단계 4는 카르복실산을 아마이드로 만들기 위한 전제로 좋은 이탈기를 갖는 에스터를 만드는 과정임)

 

 

27. 젖산(CH₃CHOHCOOH)의 라세미 혼합물(racemate)을 분할(resolution)할 때 〈보기〉에서 옳은 것을 모두 고른 것은?

⑴ 문제

 

 

⑵ 풀이 : ④

○ ㄱ : 카이랄 화합물은 물리적 특성이 동일함

○ ㅁ : 환원반응은 입체 특이성이 없기 때문에 최종 생성물은 라세미 혼합물이 됨

 

 

28. 아밀로오스(amylose)를 구성하고 있는 글루코오스의 단위수와 몰질량을 구하고자 한다. 아밀로오스를 메틸화시킨 후 가수분해하면 4-위치에 하이드록시기(-OH)가 있는 글루코오스만이 2,3,4,6-tetra-O-methyl-D-glucose(A)로 전환되고 나머지 글루코오스는 모두 2,3,6-tri-O-methyl-D-glucose로 전환된다. 아밀로오스 430 mg을 사용하여 이 과정을 수행하였더니 화합물 A가 5.3 μmol이 생성되었고, 이것의 몰 백분율이 0.20%이었다. 이 아밀로오스의 글루코오스 단위수와 몰질량을 바르게 짝지은 것은?

⑴ 문제

 

 

⑵ 풀이 : ①

 

 

 

29. 다음은 Cannizzaro 반응 과정을 간략하게 나타낸 것이다.

⑴ 문제

 

 

⑵ 풀이 : ③

○ 생성물 A는 보다 덜 극성이어야 하므로 benzoic acid보다는 benzyl alcohol이어야 함

○ (참고) 알코올은 에테르에 약간 용해됨

○ 카르보닐 화합물보다 알코올의 Rf 값이 작으므로 benzyl alcohol인 B의 위치는 1임

입력 : 2020.03.06 16:54