목요일반 3주차

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Transcript 목요일반 3주차

-제거반응
-E1반응
20131954 임요한
제거반응
• 유기 화합물에서 간단한 분자가 떨어져서 다른
유기화합물로 변환하는 반응.
• 모든 제거반응은 출발 물질에서 원소를 잃고, 새
로운 π결합을 형성하여 생성물을 만든다.
이탈기
화합물이 불균형 분해(heterolysis)될 때 전자쌍
을 갖고 나오는 화합물 조각이다
– 떨어졌을 때 안정할수록 좋은 이탈기
– 약염기쪽으로 갈수록 반응이 잘 일어난다.
→OH¯ 〈 F¯ 〈 Cl¯ 〈 Br¯ 〈 I¯
E1 반응
• 할로겐화 알킬의 C-X결합이 먼저 끊어져 중간체
인 탄소양이온이 만들어지고, 이어서 염기가 양
성자(H)를 떼어내어 π 결합을 이루는 알켄이 생
성된다.
더 안정한 생성물이 주 생성물이다.
치환이 더 많이 된 알켄이 더 안정
하므로 주 생성물. (Zaitsev 법칙)
E1반응의 오비탈
Hyperconjugation
E1 반응의 자리 옮김
탄소양이온의 안정도 서열
→ 3˚ 〉 2˚ 〉 1˚
E1 반응의 반응-에너지 도표
-E2 반응
-E1반응과 E2반응의 비교
20112024 안정민
E2 반응의 에너지 도표
Rate =K[RX][염기]
E2 반응의 특징
E2 반응의 특징
E2 반응의 특징
E2 반응의 특징
• 위치 선택성
E2 반응의 특징
• 입체 선택성
E2 반응이 잘 일어나는 조건
• 염기
1)산소 음이온 상태의 강염기
NaOH, KOH, NaOCH3, NaOCH2CH3, KOC(CH3)3
2)질소 음이온 상태의 강염기
NaNH2, KNH2
3)입체 장애를 받는 염기
Potassium tert-butoxide
Diisopropylamine
Triethylamine
E2 반응이 잘 일어나는 조건
• 기질
1차<2차<3차
E2 반응이 잘 일어나는 조건
• 용매
E2 반응이 잘 일어나는 조건
• 이탈기
F<Cl<Br<I
E2 반응과 E1 반응의 비교
특징
E1
E2
반응속도식
K[RX]
K[RX][염기]
메커니즘
다단계(중간체 존재)
단일단계
입체화학
X
antiperiplanar
염기
약한 염기 선호
더 강한 염기 선호
용매
극성 양성자성 용매
극성 비양성자성 용매
기질
Alkyl halide안정할수록 좋은 기질 (3º>2º>1º)
- Zaitsev’s Rule &
Hofmann product
- 치환반응과 제거반응의 지
배 요인
20151873 김효연
Zaitsev’s Rule
두 개 이상의 가능한 제거반응 생성물이 존재하
는 대부분의 E1과 E2 제거반응에서는 더 많이 치
환된 이중결합을 가지는 생성물이 우세. (치환이
많이 된 알켄이 보통 우세하다.)
Zaitsev’s Rule에 의
해 삼치환체가 이치
환체보다 우세하여
왼쪽이 주생성물이
됨
Hofmann product
• 덜 치환된 (알켄)생성물
※ Zaitsev’s Rule에 의해 치환이 많이 된 알켄이
주생성물일 때
→ Zaitsev’s 생성물,
덜 치환된 (알켄)생성물 → Hofmann product
C𝐻3 C𝐻2 𝑂−
C𝐻3 𝐶𝐻2 OH
Zaitsev 생성물
(71%)
위에는 삼치환체
밑은 이치환체
→ Zaitsev’s Rule에
의해 위에가 우세
Hofmann 생성물
(29%)
부피가 큰 염기인 tert-뷰톡시화 이온
사용
→ 가장 많이 치환되는 알켄 생성을
막음
(∵입체 장애 발생)
치환반응과 제거반응의 지배 요인
→ 염기 또는 친핵체가 약한지 강
한지를 본다.
염기/친핵체가 강할 때 𝑆𝑁 2, 𝐸2
이탈기의 탄
소 유형
2°
3°
염기/친핵체가약할 때 - 𝑆𝑁 1, 𝐸1
이탈기의 탄소 유형
1°, 𝐶𝐻3
2° , 3°
가능한 반응이 거의 없다
(탄소 양이온 형성이 어려움
𝑆𝑁 1, 𝐸1
(단, 온도를 증가시키면
제거반응의 활성화에너지〉 치환반응의 활
𝐸1(제거반응) 우세)
-SN1과 E1의 반응 비교
-SN2와 E2의 반응 비교
-시약
-실험방법
20151883 신나은
SN1과 E1의 반응 비교
- 메커니즘
• SN1반응
①탄소 양이온의 형성(속도-제한)
• E1반응
①탄소 양이온 형성(속도-제한)
②탄소 양이온에 대한 친핵체 공
②약염기(흔히 용매)에 의한 탈
격 (빠름)
양성자화를 통한 알켄 생성(빠름)
친핵체가 탄소 양이온을 공격하여 치
환 생성물을 만듦
염기가 양성자를 제거하여 새로운 π
결합을 만듦
SN1과 E1의 반응 비교
– 기질의 영향
•R기가 많을 수록 반응속도는 증가한다.
반응속도가 느림
반응속도가 빠름
RCH2-X R2CH-X R3C-X
↓
RC+H2
↓
R2C+H
↓
RC+
Carbocation 안정
SN1과 E1의 반응 비교
SN1
E1
반응성 서열
메커니즘
친핵체/염기
반응속도식
3°>2°
두 단계 반응(중간체: 탄소 양이온)
약한 친핵체 선호
약한 염기 선호
SN2과 E2의 반응 비교
- 메커니즘
• SN2반응
①강한 친핵체가 친전자성 탄소
를 공격하여 이탈기가 떠나게
한다.
• E2반응
①강염기는 이탈기가 붙은 α 탄
소에 이웃한 β탄소의 양성자
를 제거하여 알켄을 생성한다.
*알켄 : CnH2n, 이중결합을 갖는
사슬모양 탄화수소
SN2와 E2의 반응 비교
- 기질의 영향
• SN2
𝐶𝐻3 𝑋>1°>2°
• E2
3°>2°>1°
3차 할로젠화물은입체장애 Zaitsev’s rule을 따름
가 너무 커서 반응 진행 불
가
SN2과 E2의 반응 비교
반응성 서열
메커니즘
SN2
E2
𝐶𝐻3 𝑋>1°>2°
3°>2°>1°
단일 협동 반응(중간체 없음)
친핵체/염기
강한 친핵체 필요
강한 염기 필요
반응속도식
2차 반응식, 𝑘𝑟 𝑅𝑋 𝑁𝑢𝑐:−
2차 반응식, 𝑘𝑟 𝑅𝑋 𝐵:−
실험기구
•
•
•
•
•
•
둥근flask
분액깔때기
분별증류장치
Magnetic stirrer/hot plate
Stirring bar
PH paper
시약
pKa=-logKa.
pH와 같이, 약산의 해리 상
수(Ka)를 나타내는 상수대수
의 절대치.
①인산(𝑯𝟑 𝑷𝑶𝟒 )
𝑂𝐻 − 가 이탈기로 작용
𝐻2 𝑃𝑂4 − 가 𝐻3 𝑃𝑂4 에 비해 pKa가 높으므로
염기로 작용
②Cyclohexanol (𝑪𝟔 𝑯𝟏𝟏 𝑶𝑯)
녹는점 23℃, 끓는점 161℃,
밀도 0.962g/ml, 분자량 100.2g/mol
③Cyclohexene (𝑪𝟔 𝑯𝟏𝟎 ) – 발화성 물질
녹는점: -103.5°C, 끓는점: 82.98 °C
분자량 94.16g/mol
실험 방법
① 25ml 둥근 플라스크에 Cyclohexanol을 6ml 넣은 후 ,
𝑯𝟑 𝑷𝑶𝟒 용액을 1ml 넣는다. (많은 용액에 적은 용액을 넣
어야 함)
②용액이 담긴 플라스크에 magnetic stirring bar를 넣고 증
류장치를 설치한다.
③오일 베스를 사용해 교반기에서 천천히 가열하여 생성물
인 Cyclohexene과 물을 회수 플라스크에 받는다.
④ 증류 잔류물이 약 1ml정도 남을 때 까지 증류한다.
실험 방법
⑤ 회수 플라스크는 차가운 물 속에서 냉각시킨다.
⑥ 회수 플라스크의 증류물 용액에 소량의 황산이 나오기
때문에 회수 플라스크에 𝑁𝑎𝐻𝐶𝑂3 용액을 넣어준다. (pH
paper로 확인)
⑦ 중화된 혼합액을 분액깔때기로 옮겨서 아래의 물층을
제거하고 유기물 Cyclohexene을 시험관에 담는다. (빈 플라
스크의 무게 측정)
⑧플라스크+Cyclohexene의 무게를 측정하고 수득률을 구
한다.
실험 결과
Cyclohexanol의 밀도
0.962g/mol
Cyclohexanol의 부피
6ml
Cyclohexanol의 질량
____ g
Cyclohexanol의 분자량
100.2g/mol
Cyclohexanol의 몰수
____ .
빈 플라스크 무게
____ g
빈 플라스크 + Cyclohexene 의 무게
____ g
Cyclohexene의 무게
____ g
Cyclohexene의 몰수
____ .