【유기화학】 2018 PEET 유기화학

2018 PEET 유기화학

 

추천글 : 【유기화학】 PEET 유기화학 풀이  

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1. C₆H₁₁Cl의 분자식을 갖는 구조 이성질체(constitutional isomer)의 이름이 IUPAC 명명법으로 틀린 것은?

⑴ 문제

 

 

⑵ 풀이 : ④

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

① Chlorocyclohexane

 

 

② 1-Chloro-2-methylcyclopentane

 

 

③ (1-Chloroethyl)cyclobutane 

 

 

④ 1-Chloro-2,2,3-trimethylcyclopropane (X) → 2-Chloro-1,1,3-trimethylcyclopropane(O)

○ 번호 붙이기가 여러 방법이 가능할 때, 1개라도 더 적은 번호를 갖도록 번호 부여

 

 

⑤ 3-Chloro-2-methyl-2-pentene

 

 

 

2. 화합물의 물리화학적 성질 또는 형태의 안정도에 대한 비교가 옳은 것은?

⑴ 문제 

 

 

⑵ 풀이 : ⑤

① 오른쪽 화합물의 경우 짝염기가 방향족성을 가지게 됨. 이로 인해 오른쪽 화합물이 더 acidic하고 pK_a가 더 낮음

② cyclohexane이 cycloalkane 중 가장 안정하므로 CH₂ 당 연소열이 가장 낮음. 실제 cycloalkane의 값은 다음을 참고

③ 오른쪽 화합물의 경우 C-H 결합이 해리되어 삼각평면이 되면 입체장애가 크게 해소됨. 이로 인해 오른쪽 화합물은 C-H 결합이 해리되려는 경향이 강해, C-H 결합 해리에 필요한 에너지는 적다고 할 수 있음

④ 산소가 질소보다 더 전기음성도가 크므로 수소결합 세기가 더 크다고 할 수 있음. 이로 인해 끓는점은 알코올이 아민보다 더 크게 됨

⑤ 1,3-이축방향 상호작용 : 왼쪽 화합물의 경우 axial methyl과 2개의 1,3-이축방향 상호작용이 존재하는 반면, 오른족 화합물의 경우 axia-tert-butyl과의 1,3-이축방향 상호작용은 존재하지 않음

 

 

3. 화합물 A와 B의 입체이성질체(stereoisomer)의 개수가 옳게 짝지어진 것은? (단, 형태 이성질체(conformational isomer)는 고려하지 않는다.)

⑴ 문제 

 

 

⑵ 풀이 : ②

○ A : (2R, 3R), (2S, 3S), (2R, 3S) (= (2S, 3R)) 등 3개

○ B : 가운데 -OH기를 쐐기 모양(wedge; 지면 앞으로 튀어나온 모양)으로 고정하면, (왼쪽 -OH기, 오른쪽 -OH기) = (wedge, wedge), (dash, wedge), (wedge, dash), (dash, dash) 등 4개 

 

 

4. 카이랄(chiral) 화합물 A와 B의 의자 형태(chair conformation)가 옳게 짝지어진 것은?

⑴ 문제

 

 

⑵ 풀이 : ②

○ RS 판별법과 벡터의 외적

 

 

○ A : C-methyl x C-H의 외적 결과가 모두 에터로부터 멀어지는 방향 → ①, ②, ③만 맞음

○ B : 우선 ①, ②, ③ 중 ③의 methyl 기 위치가 잘못됨. C-methyl × C-H의 외적 결과가 두고리 알케인의 다리목 탄소 방향으로 향해야 하므로 ②가 맞음

 

 

5. 다음 각 할로겐화 알킬 화합물의 반응에서 반응 속도 비교가 옳지 않은 것은?

⑴ 문제 

 

 

⑵ 풀이 : ④

① t-Bu 배향이 horizontal로 고정됨. 이때 E2 제거반응이 수행되려면, -Br기가 axial 배향이어야 함

 

 

② 쉽게 말하자면, 중수소는 무거워서 잘 떼어지지 않는 것으로 이해

③ 용매화 효과 : 같은 족의 음하전 원자 중 크기가 작을수록 양성자성 용매의 수소결합에 의해 쉽게 안정화됨. 크기가 클수록 전자 밀도가 작아 이온-용매 상호작용이 작아 덜 안정화됨. 그러므로 SeH^- < SH^- < OH^- (염기도), SeH^- ＞ SH^- > OH^- (친핵성도)가 성립함

④ LiCl은 사실 Cl^-를 첨가한 것과 동일함. 따라서 R-Br + Cl^- → R⁺ + Br^- + Cl^- → R-Cl + Br^-로 S_N1 반응이 일어나고, 이로 인해 secondary bromide가 primary bromide보다 더 반응이 빠르게 일어남

○ 오답 유형 : S_N2로 이해하면 primary bromide가 secondary bromide보다 반응이 빠르게 일어난다고 이해하게 됨

⑤ S_N2 반응은 친핵체가 덜 안정화돼 반응성이 강한 극성 비양성자성 용매 (vs. 극성 양성자성 용매)에서 더 빠름

 

 

6. 각 반응은 최종 주생성물 A와 B의 구조로 옳게 짝지어진 것은? (단, 각 단계에서 주생성물은 적절한 분리·정제 과정을 통하여 얻는다.)

⑴ 문제

 

 

⑵ 풀이 : ②

○ A : alkene bromination → E2 elimination reaction 

 

 

○ B : alkyne acid-base raction → S_N2 reaction → S_N2 reaction 

 

 

 

7. 각 반응에서 최종 주생성물 A와 B의 구조로 옳게 짝지어진 것은? (단, 각 단계에서 주생성물은 적절한 분리·정제 과정을 통하여 얻는다.)

⑴ 문제

 

 

⑵ 풀이 : ①

○ A : Birch reduction : 벤젠고리에서 마주보든 두 지점이 sp³가 되도록 이중결합 위치 조절. 또한, sp³가 되는 지점이 EWG에 위치하고 EDG에 위치하지 않도록 해야 함

○ B : Birch reduction + ozonolysis (전자 밀도가 높은 알켄부터 반응이 일어남)

 

 

 

8. 각 반응에서 최종 주생성물 A와 B의 구조로 옳게 짝지어진 것은? (단, 각 단계에서 주생성물은 적절한 분리·정제 과정을 통하여 얻는다.)

⑴ 문제

 

 

⑵ 풀이 : ③

○ A : 산·염기 반응과 다른 유기 반응이 경합할 때 산·염기 반응이 언제나 우선함 (cf. NaH, n-BuLi). Tosylation의 경우 -OH기가 TsCl을 S_N2 공격하는 반응으로 입체 장애가 적은 -OH기가 반응. 한편, 최종 생성물의 입체 배열을 판단할 때, 두 개의 카이랄 중심의 입체 배열이 바뀌지 않음을 이용 

 

 

○ B : ozonolysis → 수소화 반응 (단, 알데하이드와 달리 카르복실산은 NaBH₄와 반응하지 않음 (ref)) → 고리 형성 반응 

 

 

 

9. 각 반응에서 주생성물 A와 B의 구조로 옳게 짝지어진 것은? (단, 주생성물은 적절한 분리·정제 과정을 통하여 얻는다.) 

⑴ 문제

 

 

⑵ 풀이 : ③

○ A : 간단한 입체 배열 결정 문제. 아래 그림에서 2번 탄소 판단이 좀 어려울 수 있는데, 지면 아래에서 -OH기가 2번 탄소를 공격해서 삼각쌍뿔 중간체를 형성하고, 그 결과 지면상에 있는 -H 기가 지면 위로 올라가며 할로늄 중간체가 풀리는 것을 상상하면 됨

 

 

○ B : 입체 배열 결정 문제. 필자가 제안한 벡터의 외적을 활용하면 쉽게 풀 수 있음. 아래 그림에서 -C*H=CH₂ 벡터와 -C*H 벡터의 외적 방향이 접합 고리의 다리목 탄소로부터 멀어지는 방향(즉, -C*O- 결합 반대 방향)으로 가야 함

 

 

 

10. 가용매분해(solvolysis) 반응 조건에서 두 화합물의 반응 속도 비교가 옳은 것만을 〈보기〉에서 있는 대로 고른 것은?

⑴ 문제

 

 

⑵ 풀이 : ④

○ ㄱ. 오른쪽 화합물의 경우 carbocation 중간체가 공명 안정화되는 과정에서 primary carbocation과 tertiary carbocation만 오가는 반면, 왼쪽 화합물의 경우 primary carbocation만 오가므로 오른쪽 화합물이 더 빠르게 반응이 진행됨

○ ㄴ. -OR 기는 EWG로 작용하므로, carbocation이 해당 EWG로부터 멀리 위치할수록 더 안정하고 그래서 더 반응이 빨리 진행됨. 참고로, 위 상황은 -OR기에 의한 공명 안정화 효과는 없음

○ ㄷ. 분자 내 S_N2 반응으로 인해 왼쪽 화합물이 훨씬 빠르게 반응이 진행됨 (단, 후면공격(back-side attack)을 고려할 것)

 

 

11. 각 방향족 치환 반응에서 주생성물과 중간체 공명 구조가 모두 옳은 것만을 〈보기〉에서 있는 대로 고른 것은? (단, 제시된 중간체 공명 구조는 여러 공명 구조 중 하나이고, 주생성물은 적절한 분리·정제 과정을 통하여 얻는다.)

⑴ 문제

 

 

⑵ 풀이 : ⑤

○ ㄱ. 방향족 할로젠화 : EDG인 아민기와 ortho 혹은 para 배향이 돼야 함. 그 과정에서 아민기가 양하전을 띨 수 있음

○ ㄴ. 방향족 니트로화 : -NO₂기가 첨가되면 첨가되는 자리 탄소가 아니라 그 옆자리 탄소에 carbocation이 형성됨

○ ㄷ. 첨가 후 제거 반응 : NO₂^-보다 Cl^-가 더 좋은 이탈기. 따라서 SPh^-가 -Cl기에 첨가되는데, -NO₂기와 ortho 혹은 para 배향이 돼야 (즉, -NO₂기와 ortho 배향에 있는 -Cl기에 SPh^-가 첨가돼야) anion 중간체가 -NO₂기에 의해 안정화될 수 있음. 제시된 중간체를 보면 -C^--N⁺O^-O ⇄ -C=N⁺O^-O^-와 같이 anion 중간체를 안정화하는 공명을 하는 것을 알 수 있음 

 

 

12. 다음은 출발 물질 A로부터 주생성물 B와 C를 거쳐 최종 주생성물 D를 합성하는 과정이다. (단, 각 단계에서 주생성물은 적절한 분리·정제 과정을 통하여 얻는다.) 이에 대한 설명으로 옳은 것만을 〈보기〉에서 있는 대로 고른 것은?

⑴ 문제

 

 

⑵ 풀이 : ①

○ ㄱ. Pd/C 수소화 반응 : 치환기 수가 적을수록 반응속도가 빠름 (∵ 치환기 ∝ 입체장애)

○ ㄴ. R 배열 2개, S 배열 1개

○ ㄷ. 불포화도 : A의 불포화도는 3인 반면, D의 불포화도는 1 

 

 

 

13. 다음은 1-hexyne을 출발 물질로 하여 주생성물 A ~ D를 합성하는 과정이다. (단, D₂는 중수소 분자이고, 각 단계에서 주생성물은 적절한 분리·정제 과정을 통하여 얻는다.) 이에 대한 설명으로 옳은 것만을 〈보기〉에서 있는 대로 고른 것은?

⑴ 문제

 

 

⑵ 풀이 : ⑥

○ ㄱ : A는 중수소를 포함하는 반면, C는 포함하지 않으므로 서로 다른 화합물

○ ㄴ : B는 분자 내 대칭면이 존재하므로 메조 화합물

○ ㄷ : B는 광학 활성이 없는데, D는 광학 활성이 있으므로 입체이성질체 중에서도 부분입체이성질체 관계가 성립

 

 

 

14. 〈예시〉는 알코올로부터 합성된 xanthate의 syn elimination을 통하여 알켄을 합성하는 과정을 나타낸 것이다. 〈예시〉와 동일한 합성 과정을 통해 얻어지는 최종 주생성물의 구조가 옳은 것만을 〈보기〉에서 있는 대로 고른 것은? (단, 각 단계에서 주생성물은 적절한 분리·정제 과정을 통하여 얻는다.)

⑴ 문제

 

 

⑵ 풀이 : ③

○ -OH기와 -H기를 같은 방향으로 두고 자연스럽게 알켄이 형성되도록 함

○ ㄱ 

 

 

○ ㄴ

 

 

○ ㄷ

 

 

 

15. 다음은 출발 물질 A로부터 중간체 B를 거쳐 C와 D를 합성하는 〈반응식〉이다. 이에 대한 설명으로 옳은 것만을 〈보기〉에서 있는 대로 고른 것은?

⑴ 문제

 

 

⑵ 풀이 : ⑦

○ ㄱ : 벤자인의 특징 : 삼중결합에 참가하는 탄소는 sp 혼성과 sp² 혼성의 중간성격을 가짐

○ ㄴ : Diels-Alder 반응에서 친다이엔체에 EDG가 적을수록 반응속도가 빠르므로 R = H와 같은 경우 해당 반응이 일어남

○ ㄷ : R = CF₃는 EDG이므로 공명기여체 중 anion이 -CF₃기에 가게 되는 반응 경로는 덜 선호됨 

 

 

16. 최종 주생성물의 구조가 옳은 것만을 〈보기〉에서 있는 대로 고른 것은? (단, 각 단계에서 주생성물은 적절한 분리·정제 과정을 통하여 얻는다.)

⑴ 문제

 

 

⑵ 풀이 : ③

○ ㄱ : LiAlH₄에 의한 에스터 환원 반응 + 다이올의 산화성 분해 반응

 

 

○ ㄴ : 토실화의 경우 입체장애가 가장 낮은 알코올이 친핵체로 작용하면서 일어남

 

 

○ ㄷ : m-CPBA는 알켄의 에폭시화를 일으키며 다치환 알켄에서 빠르게 반응

 

 

 

17. 최종 주생성물의 구조가 옳은 것만을 〈보기〉에서 있는 대로 고른 것은? (단, 각 단계에서 주생성물은 적절한 분리·정제 과정을 통하여 얻는다.)

⑴ 문제

 

 

⑵ 풀이 : ⑤

○ ㄱ : 알켄의 수소화 반응 (syn 첨가)

○ ㄴ : 가오존 분해 반응 + NaBH₄에 의한 케톤 환원 반응 (입체장애를 고려하면 -OH기가 지면 앞으로 나와야 함)

 

 

○ ㄷ : 수소화 붕소에 의한 수화 (메틸기에 의한 입체장애를 피해 -OH기가 위치)

 

 

18. 최종 주생성물의 구조가 옳은 것만을 〈보기〉에서 있는 대로 고른 것은? (단, 각 단계에서 주생성물은 적절한 분리·정제 과정을 통하여 얻는다.)

⑴ 문제

 

 

⑵ 풀이 : ①

○ ㄱ : 왼쪽 방향족 고리는 EDG가 2개 EWG가 1개이고, 오른쪽 방향족 고리는 EWG가 2개이므로 S_NAr 반응은 오른쪽 방향족 고리에서 일어나야 함. 입체 장애가 있는 아민이 첨가되므로, 제거 후 첨가반응보다 첨가 후 제거 반응으로 보는 게 타당하므로 -Cl 자리에 아민이 첨가돼야 함   

○ ㄴ : 가장 왼쪽의 벤젠 고리는 EDG가 3개인 반면, 가장 오른쪽의 벤젠 고리는 EDG 1개 및 EWG 1개가 있음. 오른쪽 벤젠 고리에 EAS 중 하나인 bromination이 일어날 이유는 없음

○ ㄷ : Friedel-Craft acylation + Clemmensen reduction

 

 

 

19. 최종 주생성물의 구조가 옳은 것만을 〈보기〉에서 있는 대로 고른 것은? (단, 각 단계에서 주생성물은 적절한 분리·정제 과정을 통하여 얻는다.)

⑴ 문제

 

 

⑵ 풀이 : ⑥

○ ㄱ : 염기 촉매 에폭사이드 고리 열림 반응 + 에폭시화 + 산 촉매 에폭사이드 고리 열림 반응 

 

 

○ ㄴ : 알코올 S_N2 반응 + E2 제거반응 + 가오존분해반응

 

 

○ ㄷ : 알켄 옥시수은화-탈수은화 + 분자 내 S_N2 반응 (메틸기에 의한 입체장애 고려) + 알코올 E2 제거반응

 

 

 

20. 다음은 phenol로부터 2-nitrophenol과 4-nitrophenol을 합성하는 〈반응식〉, 〈실험 과정〉, 〈유리 기구〉이다. 이에 대한 설명으로 옳은 것만을 〈보기〉에서 있는 대로 고른 것은?

⑴ 문제

 

 

⑵ 풀이 : ⑦

○ ㄱ : 페놀의 니트로화 : 반응 중간체로 나이트로늄 이온이 생성됨

○ ㄴ : 맞는 설명 (cf. 관련 문제 : 2019 MDEET 화학 7번)

○ ㄷ : 맞는 설명

 

입력: 2022.04.16 00:32

수정: 2024.01.01 18:04