[유기화학개론]친핵성 치환 반응 2부

SN2와 SN1의 특징 - 1

1. SN2 반응의 특성

1) 특징

• 기질 : SN2 반응에서의 입체장애는 전이 상태의 에너지를 높여 ΔG＊를 증가시키게 되고, 반응속도가 감소된다. 결과적으로 SN2 반응은 3차기질 < 네오펜틸< 2차기질 < 1차기질 < 메틸 순으로 반응성이 증가한다.

• 친핵체 : 반응성이 큰 친핵체는 불안정하여 바닥 상태 에너지가 높아지며 ΔG＊를 감소시켜 반응속도가 능가한다. 따라서 친핵체는 염기성이면서, 음전하를 지닌 친핵체는 중서인 것에 비해 더 효과적이다.

• 이탈기 : 보다 더 안정한 음이온을 갖는 좋은 이탈기는 전이 상태의 에너지를 낮추어 ΔG＊를 감소시키고, 반응 속도를 증가시킨다. 약염기일수록 반응속도 반응속도 증가

• 용매 : -OH기 또는 -NH기가 들어있는 양성자성 용매는 친핵체를 용매화하여 친핵체의 바닥 상태 에너지를 낮추게 되고 ΔG＊가 증가하여 반응속도는 감소한다. 반면에 -OH기 또는 ·NH기가 없는 극성 비양성자성 용매는 친핵성 음이온보다는 양이온을 둘러쌓아 친핵체의 바닥 상태 에너지를 높여 ΔG＊가 감소하고, 반응 속도가 증가한다.

 

2. SN1 반응의 특성

1) 특징

• 치환(substitution), 친핵성(nucleoplilic), 일분자성(unimolecular)의 약자인 SN1 반응(SN1 reaction)이라고 공식화하였다.

• 반응 속도식이 Rate=k2[RX] (k: 속도상수(L/mol ․ s))으로 한가지 반응물인 기질만 속도결정단계에 참여한다.

• 이온화하는데 필요한 에너지는 이온쌍이 용매화할 때 발생한 에너지로 보충한다.

• 중간체를 형성할 때 sp3혼성이던 탄소원자가 더 안정한 sp2혼성탄소원자로 바뀌어 세 개의 메틸기가 서로 가장 멀리 떨어져 있게 한다.

• 입체적인 장애나 다른 어떤 장애요인에 의해 평면구조를 이룰 수 없는 경우 카르보양이온 중간체형성이 어려워진다.

• 기질 : 가장 좋은 기질은 가장 안정한 탄소 양이온을 생성하는 것이다. 따라서 SN1 반응은 3차 기질> 2차 기질> 3차 기질> methly기 순으로 치환기가 증가할수록 탄소양이온은 더 안정화되어 전이상태가 더 빨리 형성된다.

 

• 친핵체 : 친핵체는 경쟁적으로 일어나는 HX의 제거 반응을 방지하기 위해 비염기성이어야 하지만, 그 외에는 반응 속도에 영향을 미치지 않는다. 중성 친핵체가 반응에 적합하다.

• 이탈기 : 이탈기가 반응속도 제한단계에 직접적으로 관여하기 때문에 SN2와 동등한 반응순서임. 약염기일수록 반응속도 증가한다.

•용매 : 극성용매는 용매화에 의해 탄소 양이온 중간체를 안정화시켜 반응 속도를 증가시킨다.

 

2) SN1 반응의 입체화학

반응은 카르보양이온 중간체를 거쳐 일어나므로 카르보양이온 중간체는 친핵체에 의해 양면으로 똑같이 공격을 받아 각 거울상 이성질체의 혼합물인 라세미 혼합물이 생성

3) SN1 반응의 자리 옮김 반응

SN1 반응에서는 카르보양이온 중간체는 대개 수소음이온 옮김이나 알킬기 옮김에 의해서 자리 옮김이 일어나서 더 안정한 카르보양이온으로 변환될 수 있다.

 

 

[Chemistry] - [유기화학개론]친핵성 치환 반응 1부

[Chemistry] - [유기화학개론]친핵성 치환 반응 3부

[Chemistry] - [유기화학개론]친핵성 치환 반응 4부