【유기화학】 2010년 제47회 변리사 2차 국가자격시험

2010년 제47회 변리사 2차 국가자격시험 

 

추천글 : 【유기화학】 변리사 2차 유기화학 기출문제 풀이

---

 

문제 1. 다음의 화합물 1을 가열하였더니, 중간체 A를 거쳐 최종 생성물 B가 되었다.

 

 

⑴ 문제 1-1. 출발물질인 화합물 1을 IUPAC 명명법을 따라 명명하시오.

 

⑵ 답 1-1. (2E,4Z,6Z,8E)-2,4,6,8-decatetraene

○ 임의의 구조식으로부터 IUPAC 코드를 알아내는 방법 (▶ 추가 설명)

 

⑶ 문제 1-2. 중간체 A의 구조는 8각형의 화합물이다. 이 화합물의 구조를 그리시오. (단, 입체화학적 구조를 명확히 표시하시오.)

 

⑷ 답 1-2.

 

 

⑸ 문제 1-3. 중간체 A의 생성 메커니즘을 설명하기 위해서는 출발물질의 HOMO 구조가 필요하다. HOMO의 구조를 π 궤도함수로 표현하여 중간체의 생성에 대한 반응 메커니즘 및 경로를 설명하시오. 

 

⑹ 답 1-3. 

 

① 1^st. 바닥상태에서 8개의 conjugated pi electron은 π4 orbital까지 채움

② 2^nd. 바닥상태인 경우 π4 orbital이 HOMO가 됨

③ 3^rd. heat이 주어지는 경우 π4에 있던 π 전자가 π5로 excitation됨

④ 4^th. 2번 탄소와 9번 탄소의 위상이 동일해지므로 2번 탄소와 9번 탄소가 공명하려는 경향성이 생김

⑤ 5^th. chain 형태의 출발물질이 pseudo-ring 형태의 중간체 A가 됨

 

⑺ 문제 1-4. 최종 생성물 B의 구조를 그리시오.

 

⑻ 답 1-4.  

 

 

⑼ 문제 1-5. 중간체 A의 HOMO 구조를 π 궤도함수로 표현하여 최종 생성물의 생성 반응 메커니즘 및 경로를 설명하시오.

 

⑽ 답 1-5. 

 

① 1^st. A의 HOMO를 보면, 2번 탄소와 9번 탄소의 p 오비탈의 위상이 동일함을 알 수 있음 

② 2^nd. σ 결합을 형성하려면 두 전자의 오비탈이 결합선상에서 위상이 같은 부분이 겹쳐지도록 만나야 함

③ 3^rd. 그 결과 B와 같은 생성물이 형성됨을 알 수 있음

 

출처 : 이미지 클릭

Figure. 1. (2E,4Z,6Z,8E)-2,4,6,8-decatetraene의 반응 메커니즘

  

④ 고리화 반응 일반화 

○ π 전자가 4n개 : Δ 조건에서 conrotatory, hν 조건에서 disrotatory 

○ π 전자가 4n + 2개 : Δ 조건에서 disrotatory, hν 조건에서 conrotatory

 

 

문제 2. 다음 반응의 주생성물 A의 구조를 제시하고, 반응 메커니즘을 설명하시오.

 

⑴ 문제 2-1. 다음 화합물들에 대해서 IR 스펙트럼에서 C-H 결합의 신축진동 흡수가 일어나는 파수(wavenumber)가 큰 것부터 나열하고 그 이유를 설명하시오. 

 

 

⑵ 답 2-1. 왼쪽 ＞ 가운데 ＞ 오른쪽

① IR 스펙트럼에서 신축 진동에 있어서 결합이 강할수록 더 많은 에너지가 필요하므로 파수가 증가함

② sp, sp², sp³ 탄소 순으로 전기음성도가 크므로 (∵ 하이퍼컨쥬게이션) C-H 결합의 강도도 큼

③ 그러므로 sp, sp², sp³ 탄소 순으로 C-H 결합의 파수가 증가함

 

⑶ 문제 2-2. 다음 화합물들에 대해서 ¹H-NMR에서 메틸기의 화학적 이동(δ) 값이 큰 것부터 나열하고, 그 이유를 설명하시오.

 

 

⑷ 답 2-2. 왼쪽 ＞ 오른쪽 ＞ 가운데

① ¹H-NMR에서 H가 전자 결핍 환경에 있을수록 δ 값이 커짐

② 가운데 화합물은 -NH₂기는 전자 제공 유발효과가 강함

③ -X기가 EDG로 간주되는 조건에서 -CH₃기와 -X기가 경합하는 상황에서는 -X기의 전자 주기 유발효과가 더 강함

 

⑸ 문제 2-3. 다음 화합물들에 대해서 ¹H-NMR에서 각 화합물의 양성자의 화학적 이동(δ) 값이 큰 것부터 나열하고, 그 이유를 설명하시오.

 

 

⑹ 답 2-3. 오른쪽 (6.5-8 ppm) ＞ 가운데 (5.3 ppm) ＞ 왼쪽 (2.4 ppm)

 

출처 : 이미지 클릭

Figure. 2. 주어진 화합물에 대한 ¹H-NMR δ 값 및 그 원리

 

① benzyl proton : circulating electron이 외부 자기장과 같은 방향의 자기장을 형성하여 공명 주파수 및 δ 값이 큼

② alkene proton : electon motion이 외부 자기장과 같은 방향의 자기장을 형성하여 공명 주파수 및 δ 값이 큼

③ alkyne proton : 렌츠의 법칙에 따른, 외부 자기장과 반대 방향의 유도 자기장만 존재하므로 공명 주파수 및 δ 값이 작음

  

 

문제 3. 다음 반응의 주 생성물의 구조를 그리시오.

 

⑴ 문제 3-1.  

 

 

⑵ 답 3-1. 

 

 

⑶ 문제 3-2.  

 

 

⑷ 답 3-2. 

 

 

⑸ 문제 3-3. 

 

 

⑹ 답 3-3. Diels-Alder 반응에서 endo 생성물이 우세하게 생성됨

 

 

⑺ 문제 3-4. 

 

 

⑻ 답 3-4. 

 

 

⑼ 문제 3-5. 

 

 

⑽ 답 3-5. 

 

 

 

문제 4. 다음 물음에 답하시오. 

 

⑴ 문제 4-1. cis-1,2-dimethylcyclohexane과 trans-1,2-dimethylcyclohexane의 가장 안정한 형태의 구조를 도시하고, 그 형태의 구조가 가장 안정한 이유를 설명하시오. 

 

⑵ 답 4-1.

 

 

① cis-1,2-dimethylcyclohexane의 가장 안정한 형태

○ ring-flip이 일어나도 한 methyl기는 axial, 다른 methyl기는 horizontal임에 변함이 없음 

② trans-1,2-dimethylcyclohexane의 가장 안정한 형태

○ 경우 1. 두 methyl기가 axial인 경우 : 4 × methyl기의 1,3 이축 상호작용 = 4 × 3.8 kJ/mol = 15.2 kJ/mol

○ 경우 2. 두 methyl기가 horizontal인 경우 : 1 × methyl-methyl gauche strain = 3.8 kJ/mol

 

⑶ 문제 4-2. cis-1,2-dimethylcyclohexane과 trans-1,2-dimethylcyclohexane 중 더 안정한 구조를 고리고 그 이유를 설명하시오. 

 

⑷ 답 4-2. trans-1,2-dimethylcyclohexane이 더 안정함

① cis-1,2-dimethylcyclohexane의 가장 안정한 형태 : 1 × methyl-methyl gauche strain + 2 × methyl기의 1,3-이축 상호작용

② trans-1,2-dimethylcyclohexane의 가장 안정한 형태 : 1 × methyl-methyl gauche strain

③ 그러므로 trans-1,2-dimethylcyclohexane이 더 안정함

 

⑸ 문제 4-3. cis-decalin과 trans-decalin의 구조는 다음과 같다. 이 두 이성질체 중 더 안정한 것을 고르고 그 이유를 설명하시오.

 

 

⑹ 답 4-3. trans-decalin이 더 안정함

 

trans-decalin

cis-decalin

 

① ■, ■, ■ 각각을 이웃한 두 탄소로 보고 각 탄소의 상호작용하는 가지를 점선으로 표시함

② trans-decalin은 cis-decalin에 비해 3 × 3.8 kJ/mol만큼 더 불안정함

③ 관련 문제 : 2022 PEET 유기화학 11번 

 

입력: 2021.06.27 19:11

수정: 2024.03.01 02:14