본문내용
1. 알코올의 탈수 반응
1.1. 실험 목표
이 실험에서는 산 촉매하에서 일어나는 알코올의 탈수반응을 이용하여 β-elimination반응을 이해하고 알켄을 합성한다. 또한, 합성된 알켄을 바이어 검사법을 통해 확인하는 것이 실험 목표이다.""
1.2. 이론적 배경
1.2.1. 제거 반응
제거 반응은 어떤 분자에서 그 분자를 구성하는 원자들 중 일부가 빠져나가 새로운 분자가 형성되는 반응이다. 이 반응은 첨가 반응의 반대 과정이라고 생각해 볼 수 있다. 제거 반응은 이분자 제거 반응인 E2와 일분자 제거 반응인 E1로 나눌 수 있다. E는 Elimination(제거)이며, 1,2는 반응 차수 또는 반응속도에 관여하는 반응물의 수이다. 제거 반응은 반응 속도가 크고, 반응 선택성이 좋지만 다양한 이성질체를 생성할 수 있다는 특징이 있다.""
1.2.2. E1 메커니즘
E1 메커니즘은 할로겐화 알킬(RX)의 C-X 결합이 먼저 끊어져 중간체인 카르보 양이온()이 만들어지고, 이어서 염기가 양성자(H)를 때어내어 알켄이 생성되는 메커니즘이다"
E1 메커니즘은 두 단계로 진행된다. 첫번째 단계는 C-X 결합이 불균형 분해되어 중간체인 탄소양이온Carbocation이 생성되는 단계이다. 이 단계에서 탄소-할로겐 결합이 끊어져 불안정한 탄소양이온이 형성된다. 두번째 단계에서는 염기 H2O 또는 X-가 β 탄소에 있는 양성자를 떼어내어 C-H 결합에 있던 전자 쌍이 α탄소와 β탄소 사이에 π결합을 형성하여 알켄이 생성된다"
E1 메커니즘은 일분자성 제거 반응이며, 카르보 양이온 중간체가 생성되는 2단계 반응이다. 일반적으로 선택성이 좋지 않고 흡열반응이다. 또한 기질의 농도만 반응 속도에 영향을 미치는 총괄 1차 반응이다. 영향을 미치는 인자로는 염기의 종류와 세기, 기질의 특성(탄소 양이온의 안정도) 등이 있다. 입체화학적으로는 Zaitsev 생성물이 우세하게 얻어지며 자리 옮김 반응이 일어날 수 있다"
1.2.3. E2 메커니즘
E2 메커니즘은 한 단계로 일어나며, 모든 결합이 동시에 끊어지고 형성된다. E2 메커니즘은 이분자성 제거 반응으로, 결합의 형성과 절단이 동시에 일어나는 협동반응 메커니즘이다. 반응 기질과 염기의 농도 모두 반응 속도에 영향을 미치는 총괄 2차 반응이지만, 기질과 염기에 대해서는 각각 1차 반응이다.
E2 메커니즘에 영향을 미치는 인자로는 먼저 염기의 종류와 세기이다. 강염기가 필요하며, 비공유 전자쌍의 반응성이 크고 적절한 크기를 가져야 한다. 메틸이나 1차 alkyl halide의 경우 치환 반응이 경쟁적으로 일어날 수 있고, 염기의 크기가 너무 크면 non-Zaitsev 제거 생성물의 비율이 증가한다.
기질의 특징도 중요한데, 치환이 더 많이 된 기질일수록 반응 속도가 빠르다. 즉, 3차>2차>1차 순으로 반응 속도가 감소한다. 반응 용매 역시 중요한데, 극성 비양성자성 용매에서 가장 빠르게 일어난다. 이는 비공유 전자쌍을 제공하는 용매에서 염기나 친핵체가 기질을 잘 공격할 수 있기 때문이다.
입체화학적으로 E2 반응이 잘 진행되려면 전자의 이동이 원활해야 하며, 끊어지는 결합 및 생성되는 결합의 오비탈들이 동일 평면에 존재해야 한다.
1.3. 카르보 양이온(Carbocation)
1.3.1. 탄소 양이온 중간체의 특...
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