공업화학 -1 유기물 화학

유기물 화학의 개요

1. 유기화학물

ㄱ. 탄소가 함유된 화합물

ㄴ. 탄소화합물이므로 가연성 성질이 있다.

ㄷ. 녹는점, 끟는점이 낮으며, 가열했을때, 쉽게 분해한다.

ㄹ. 물에 용해되기 어렵지만 유기용매에 용해되는 것이 많다.

ㅁ. 유기화합물에는 이온화되지 않는 비전해질이 많으나, 무기화합물은 물에 용해시 양이온과 음이온으로 해리되는 전해질이 많다. 

ㅂ. 같은 분자식을 가지면서도 구조가 다르므로, 성질이 다른 물질이 되는 예가 많다. 

2. 유기화합물의 분류와 유기 원리

1) 유기화합물의 분류

ㄱ. 사슬화합물  

- 지방족화합물

ㄴ. 고리화합물

-. 탄소고리 화합물

+지방족고리 화합물

+방향족고리 화합물

-헤테로 고리 화합물

2) 이온화 에너지 : 1몰의 기체원자나 이온으로부터 1몰의 전자를 완전히 제거하는 데 필요한 에너지(IE2는 IE1보다 항상 크다.)

ㄱ. 주기율표 상에서 우상향으로 갈수록 이온화에너지가 커진다.

ㄴ. 족에서 아래로 : 원자핵에서 최외각 전자까지의 거리가 증가함에 따라 그들 사이의 인력이 약해져서 전자를 제거하기 쉽게 만든다. (족에서 아래로 갈수록 이온화에너지 감소)

3) 주기에서 오른쪽으로 : 궤도n 값은 같게 유지되어서 Zeff가 증가하고 원자 크기는 작아진다. 그 결과 핵과 외부 전자 간의 인력이 증가하여 전자제거가 어려워진다.(주기를 가로질러서 증가) 

3. 전자친화도 : 전자를 끌어당기려는 원자들의 경향성

4. 전기 음성도 : 원자가 화학결합에 사용되는 전자를 끌어당기는 경향의 척도이다.

5. 핵 자거 공명 분광법(NMR)

ㄱ. 평행 양성자의 자기모멘트가 에너지를 흡수하여 높은 에너지 상태인 반 평행상태로 뒤집어진다. 

ㄴ. 물질구조 분석 식 탄소 주변의 수소의 수를 알 수 있음.

6. 형식 전하

ㄱ. 양 또는 음 전하를 분자나 이온에 있는 원자에 표시

ㄴ. 물성이나 반응을 이해하는 용도로 쓰임.

ㄷ. 모든 형식 전하의 합은 분자나 이온의 전체 전하와 같다.

이성질체

1. 구조 이성질체

ㄱ. 분자식은 서로 같으나 다른 화합물로서, 서로 연결모양이 다르다.

ㄴ. 물리적 성질(녹는점, 끓는점, 밀도 등) 화학적 성질이 서로 다르다.

2. 입체 이성질체

ㄱ. 광학이성질체

- 거울상체, 서로의 거울상들이 겹치지 않는 입체 이성질체

-. 분자의 거울상이 서로 겹치지 않는 분자들 간의 관계

- 알켄 입체 이성질체들은 손대칭성이 아니다. (기하 이성질체로 분료)

- 키랄탄소를 가진 모든 분자에는 거울상체가 존재

- 손대칭성을 지닌 화합물을 '키랄 화합물'이라 한다.

ㄴ. 기하 이성질체

- 서로 거울상이 아닌 이성질체

- cis와 trans 이성질체

산 , 염기 반응

1. 산, 염기 정의

ㄱ. 아레니우스-산 : H+ 주는 것, 염기 : OH- 주는것

ㄴ. 루이스-산 : 전자쌍 받는 것, 염기 : 전자쌍 주는것

ㄷ. 양쪽성 물질 : H2O, H2PO4-, HPO4-,Al2CO3 등

2. 산과 염기의 세기

ㄱ. 산도상수

-Ka 값이 클수록, pKa가 작을수록 강산 ( 약산(HA)의 이온화상수를 나타내는Ka)

HA(aq) ⇌ H+(aq) + A-(aq)

Ka = [H+][A-] / [HA]

-. 물은 그 자체로 아주 약한 산이므로 스스로 이온화한다.

ㄴ. 염기의 세기 

-.산이 강할수록 그 짝염기는 약하다, 강산의 짝염기는 약염기이다.

ㄷ. 구조와 산도 사이의 관계

-. 족에서 원자번호가 커질수록(분자량이 커질수록) 산도가 증가

- 같은 주기에서 전기 음성도가 클수록 산도가 증가

- 산소산의 세기는 중심원자에 결합된 산소의 원자의 수가 많을수록 커진다. 

- 결합차수가 클수록 강산이다.

- 유발효과에 따라 산도가 증가하거나 변화한다.

+ 전자를 당기는 물질이 있을수록 산도증가

+ 전자를 미는 물질이 있을수록 산도 감소

- 공명효과 : 분자나 이온이 공명구조에 의해 안정해진다. 공명물질이 있을 경우 산도가 커진다. 

**전기음성도 > 결합차수 > 공명효과 > 유발효과

ㄹ. 산도에 대한 용매의 효과

- 용액에서는 용매분자가 이온들을 둘러싸고 있어서 이온끼리 차단되어 안정화되고 시체상태에 있을 때보다 쉽게 분리

- 어떤 화학종을 용매화하면 용매 분자가 용질 분자를 둘러싸므로 더욱 정돈되어 용매의 엔트로피를 감소시킨다. 

ㅁ. 산, 염기 반응의 결과 예상 

- 약한 산과 더 약한 염기가 형성되는 쪽으로 진행

-  수산화이온보다 더 강한 염기를 수용액에서는 사용할 수 없음.

이온반응

1. 이온반응

ㄱ. 화학반응 중 이온이 관여하는 반응

ㄴ. 공유결합이 끊어져 새로운 결합을 형성하려는 양이온과 음이온으로 분리

ㄷ. 비공유 전자쌍도 반응에 관여

ㄹ. 반응의 진행과 더불어 전하의 중화, 이동, 분리가 일어난다.

2. 친핵체와 친전자체

ㄱ. 친핵체 : 전자를 내어주는 역할

ㄴ. 친전자체 : H+ , NO2+, SO3H+ 등 전자 수용체가 이에 속하며 전자쌍의 공격을 받는다. 

3. 치환반응

ㄱ. 친핵성 치환 반응 : AB -> AC +B

- 이탈기라고 부르는 할로겐 치환기는 할로겐화 이온으로 떠난다.

- 친핵성 치환반응에서 기질로 사용되는 분자는 좋은 이탈기를 가져야 반응에 유리, 할로겐 원자는 이탈되면 약한 염기이고 안정한 음이온이 되므로 좋은 이탈기 중 하나이다. 

- SN2 반응 ex) CH3-3l + OH-  -> CH3-OH + Cl-

+ 2차반응 , 속도가 측정되는 단계에서 두 분자가 관여하고 있는 2분자 반응

+ 이탈기를 가진 탄소의 뒤쪽에서 공격, 그 배위가 뒤집히는 반전이 일어난다. 이후 이탈기가 떨어져나가고, 안정한 생성물을 형성

+ 친핵체의 농도를 증가시키면 반응속도가 증가

+ 반응성 우선 순위 : 메틸 > 1차 > 2차

+ 용매 : 극성 비 양성자성 용매

-이탈기 효과

+이탈기는 전자쌍을 가지고 떠나간다.

+떨어져 나간 다음 가장 안정한 이온이 되는 것이다. 

+음전하가 안정화되면, 전이상태가 안정화되어 활성화에너지가 작게 된다. 반응속도는 증가한다. 

+ 약염기가 되는 것은 좋은 이탈기가 된다. 

+ F < Cl- < Br- < I- (Sn2와 Sn1 동일)

+수산화 이온과 같은 강염기성 이온은 거의 이탈기로 행동하지 않는다.

ㄴ. 친전자성 치환 반응

- 방향족 화합물의 반응에서 특히 많이 일어난다.

- Se2 ex) Ar + Cl+    -> Ar-Cl + H+

+친전자체 (Cl-)이 반응물인 벤젠을 공격하여 클로로 벤젠을 형성, 2분자성 반응

- Se1 ex) C6H5-MgBr + H+  -> C6H5-H + MgBr+

+R-MgBr 이 이온화되어 R-과 MgBr+ 을 형성하는 단계로 느리게 진행

4. 첨가반응 : A+B = AB

ㄱ. 마크로니프 첨가반응

- 수소원자는 이중결합의 탄소원자들 중 수소원자를 더 많이 가진 탄소원자에 첨가

- 더욱 안정한 카르보양이온 중간체가 만들어 지도록 이중결합의 탄소원자에 붙는다.

5. 제거반응 : AB -> A+B

ㄱ. E2 : 2분자 제거반응, 염기가 기질과 부분적으로 매우 짧은 시간동안 결합하고 전이상태

ㄴ. E1 : 2단계를 걸쳐 반응, 1단계는 안정한 카르보 양이온을 형성하는 단계이고, 2단계는 용매에 의해 수소원자가 떨어져나가는 생성물을 얻는 단계 

6. 치환반응과 제거반응 비교

ㄱ. 강한 친핵체나 강염기의 농도가 높을 때, Sn2와 E2모두 유리 

ㄴ. 온도를 올리면 제거반응이 유리하다.

ㄷ. 비교적 입체적 장애가 없는 염기는 치환반응을 하나, 입체적 장애가 큰 염기는 제거반응을 선호

ㄹ. 강하며 편극성이 작은 염기를 사용하면 제거반응이 일어날 가능성이 크며, 약염기이며 편극성이 큰 이온을 사용하면 치환반응이 일어날 가능성이 크다. 

ㅁ. 3차 할로겐화물은 치환반응에 비해 제거반응이 쉽게 일어난다.

7. 전위반응

ㄱ. 구성원의 재조직화를 진행

ㄴ. Zatisev 규칙 : 치환체를 가장 많이 가진 알켄의 형성이 유리

http://blog.naver.com/lastcos/220687390913