용어·개념 모음

문항의 해설에서 사용하는 반응 규칙과 개념입니다. 각 해설에는 그 단계에 필요한 항목만 연결됩니다.

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S_N2(이분자 친핵성 치환)

친핵체의 결합 형성과 이탈기의 결합 절단이 한 단계에서 일어납니다. 친핵체는 이탈기의 반대편으로 접근하므로 반응 중심의 배치가 반전됩니다. 혼잡도가 낮은 탄소에서 유리하며, 속도는 기질과 친핵체 농도 모두에 의존합니다.

S_N1(일분자 친핵성 치환)

이탈기가 먼저 떠나 탄소 양이온이 생기고, 친핵체가 이어서 결합합니다. 이온화가 속도를 결정하면 속도는 기질 농도에 의존합니다. 안정한 탄소 양이온과 이온을 안정화하는 용매가 이 경로를 돕습니다. 같은 중간체에서 E1 제거도 가능합니다.

E2(이분자 제거)

염기가 β 수소를 제거하는 동시에 C=C가 생기고 이탈기가 떠납니다. C–H와 C–이탈기 결합이 반대 방향으로 같은 평면에 놓이면 궤도 겹침이 좋아 반응이 유리합니다. 속도는 기질과 염기 농도 모두에 의존합니다.

E1(일분자 제거)

이탈기가 먼저 떠나 탄소 양이온을 만들고, 이어서 염기가 β 수소를 제거하여 C=C를 만듭니다. 이온화가 속도를 결정하는 조건에서 속도는 기질 농도에 의존합니다. S_N1과 탄소 양이온 중간체를 공유할 수 있습니다.

E1cB(짝염기를 거치는 제거)

염기가 산성 수소를 먼저 제거해 공명으로 안정화된 음이온을 만들고, 그 음이온에서 이탈기가 떠나 이중결합이 생깁니다. 알돌 탈수에서는 카보닐이 음이온을 안정화하고, 최종 공액계 형성이 제거를 돕습니다.

EAS(친전자성 방향족 치환)

고리의 π 전자쌍이 친전자체와 결합해 σ 복합체를 만듭니다. 이어 그 탄소의 H⁺를 제거하면 π 결합과 방향족성이 회복되어, 전체적으로 H가 친전자체로 치환됩니다.

S_NAr(친핵성 방향족 치환)

여기서 다루는 첨가–제거 경로에서는 친핵체가 이탈기 결합 탄소에 먼저 첨가됩니다. ortho 또는 para의 전자 끌개가 중간체의 음전하를 공명으로 안정화하면 이 경로가 쉬워지고, 이탈기가 떠나면서 방향족성이 회복됩니다.

Markovnikov 규칙(마르코프니코프 규칙)

비대칭 알켄에 H–X 또는 H–OH가 첨가될 때, H가 원래 H를 더 많이 가진 탄소에 붙는 위치 관계입니다. 탄소 양이온을 거치는 반응에서는 더 치환된 탄소 양이온의 안정성으로 이 방향을 설명할 수 있습니다. 재배열 가능성은 별도로 확인합니다.

하이드로보레이션과 anti-Markovnikov 첨가

B–H가 알켄에 한 단계로 첨가되며 B와 H는 같은 면에서 결합합니다. B가 덜 혼잡한 탄소에 붙는 방향이 유리합니다. 이후 산화하면 C–B 자리가 C–OH로 바뀌어 Markovnikov와 반대인 OH 위치를 얻습니다. 첫 B–H 첨가만으로는 알코올이 생기지 않습니다.

Zaitsev 선택성(자이체프 선택성)

여러 β 위치에서 제거할 수 있을 때 더 치환된 알켄이 우세한 경향입니다. 알킬기는 인접한 결합 전자를 통해 C=C를 안정화합니다. 다만 염기의 부피, 이탈기, 가능한 안티 평면 배치에 따라 다른 생성물이 우세할 수 있습니다.

Hofmann 선택성(호프만 선택성)

덜 치환된 알켄이 우세한 제거의 위치 선택성입니다. 부피가 큰 염기를 사용하는 이 문항들에서는 혼잡한 탄소에 접근하는 것보다 노출된 β 수소를 제거하는 경로의 입체 방해가 작다는 점이 핵심입니다.

친핵체와 친전자체

친핵체는 비공유 전자쌍이나 π 전자쌍을 주고, 친전자체는 이를 받아 새 결합을 만듭니다. 전자 이동 화살표는 전자쌍을 주는 쪽에서 시작합니다.

산·염기와 양성자 이동

산은 H⁺를 주고 염기는 전자쌍으로 H⁺를 받습니다. H가 원래 붙어 있던 결합의 전자쌍은 짝염기에 남습니다. 같은 용매에서 산의 pKa가 클수록 약한 산이며, 평형은 대체로 더 약한 산과 염기를 만드는 쪽에 유리합니다.

탄소 양이온과 초공액

이 문항들의 탄소 양이온은 세 결합과 빈 p 오비탈을 가진 탄소 중심입니다. 이웃 C–H·C–C 결합의 전자가 빈 p 오비탈과 상호작용하는 초공액이 양전하를 안정화합니다. 단순 알킬 탄소 양이온에서는 보통 삼차 > 이차 > 일차 순으로 안정합니다.

1,2-수소 이동

탄소 양이온 옆의 C–H 결합이 H와 전자쌍을 함께 양전하 탄소에 제공합니다. 양전하 위치가 이웃 탄소로 옮겨지며, 더 안정한 탄소 양이온이 생길 때 유리합니다.

입체 방해

큰 치환기들이 반응점 가까이 모이면 접근하는 시약과 전자구름 사이의 반발이 커집니다. 같은 결합 변화를 비교할 때 더 열린 반응점은 접근에 필요한 에너지 장벽이 낮을 수 있습니다.

카보닐의 극성과 친핵성 첨가

산소의 전기음성도가 커서 C=O의 탄소는 부분 양전하를 띱니다. 친핵체가 탄소와 결합할 때 C=O의 π 전자쌍을 산소로 옮기면 탄소가 팔전자 규칙을 지키면서 사면체 중간체를 만듭니다.

알콕사이드

알코올 ROH에서 H⁺를 제거한 RO⁻입니다. 산소의 비공유 전자쌍으로 H⁺를 받으면 알코올이 되고, 탄소에 결합하면 친핵체로 작용합니다.

옥소늄

이 문항에서는 산소가 세 결합과 양전하를 갖는 구조입니다. O–H의 H⁺를 제거하면 O에 전자쌍이 남아 중성이 됩니다. C–OH₂⁺에서는 결합 절단으로 중성 물이 이탈할 수 있습니다.

옥소카베늄

산소 바로 옆 탄소의 양전하가 산소 전자쌍의 도움으로 안정화된 이온입니다. C⁺–O와 C=O⁺는 그 전자 분포를 나타내는 공명 기여형입니다.

이민·이미늄·엔아민

이민은 C=N 결합을, 이미늄은 양전하 질소를 포함하는 C=N 결합을 갖습니다. 엔아민은 질소 옆에 C=C가 있습니다. 이미늄에서 N–H를 제거하면 이민이 되고, 옆 탄소의 H를 제거하며 C=N 전자를 N으로 옮기면 엔아민이 됩니다.

이탈기

끊어지는 결합의 전자쌍을 가지고 떠나는 원자나 원자단입니다. 약한 염기로 안정하게 존재할 수 있을수록 일반적으로 잘 이탈합니다. 산은 OH를 양성자화해 중성 물로 이탈할 수 있게 합니다.

엔올레이트와 α 수소

카보닐 바로 옆 α 탄소에서 H⁺를 제거하면 엔올레이트가 생깁니다. 남은 전자쌍과 음전하는 α 탄소와 산소에 걸쳐 퍼져 안정화됩니다. 이 때문에 α 수소는 보통 알케인 C–H보다 산성입니다.

케토–엔올 토토머화

카보닐을 가진 케토형과 C=C–OH를 가진 엔올형은 수소와 π 결합 위치가 다른 구조입니다. 산·염기는 양성자 이동을 도와 두 구조의 상호전환을 촉진합니다.

제거 반응의 β 수소

이탈기가 붙은 탄소를 α 탄소, 바로 이웃을 β 탄소라고 합니다. β 탄소의 H와 이탈기를 제거하면 두 탄소 사이에 C=C가 생깁니다.

공명

원자의 연결은 그대로 두고 전자 배치만 달리 그리는 표현입니다. 실제 전자는 여러 원자에 퍼져 있습니다. 공명 기여형을 그리는 화살표와 실제 반응 단계를 구분합니다.

σ 복합체와 방향족성 회복

EAS에서 고리 탄소가 친전자체와 새 σ 결합을 만들면 그 탄소가 sp³가 되어 고리 전체의 연속적인 π 겹침이 끊깁니다. 그 탄소에서 H⁺를 제거해 π 결합을 만들면 여섯 π 전자의 방향족 안정화가 회복됩니다.

ortho·meta·para와 지향성

기존 치환기를 1번으로 두면 ortho는 2·6번, meta는 3·5번, para는 4번입니다. 전자 주개·끌개가 각 위치 공격의 σ 복합체를 다르게 안정화하여 방향을 결정하며, 치환기 가까이의 입체 방해도 함께 비교합니다.

유도 효과와 공명 효과

유도 효과는 σ 결합을 통한 전자 밀도의 편향입니다. 공명 효과는 인접한 p 오비탈 또는 비공유 전자쌍의 겹침을 통한 전자 분산입니다. Cl은 유도로 전자를 끌지만 비공유 전자쌍을 고리에 공명으로 제공할 수 있습니다.

Meisenheimer 중간체와 ipso 탄소

ipso 탄소는 원래 이탈기나 치환기가 붙어 있는 고리 탄소입니다. 첨가–제거형 S_NAr에서 친핵체가 이 탄소에 첨가하면 고리와 전자 끌개에 음전하가 분산되는 Meisenheimer 중간체를 만들 수 있습니다.

THF(테트라하이드로퓨란)

산소 하나와 탄소 네 개의 5원환 에터 용매입니다. O–H 결합이 없고 산소 전자쌍이 B나 금속에 배위할 수 있어 보레인, Grignard 시약, LDA 등을 다룰 때 쓰입니다. 수분에 민감한 시약에는 건조한 THF를 사용합니다.

CO₂의 친핵성 첨가와 카복실화

CO₂의 탄소는 두 C=O 결합의 극성 때문에 친전자체입니다. 탄소 친핵체가 결합하면 한 π 전자쌍이 산소로 이동해 카복실산 이온이 됩니다. 산 처리로 COOH가 되며 CO₂에서 온 탄소 하나가 사슬에 추가됩니다.

Grignard 시약과 후처리

R–MgX 결합은 탄소 쪽으로 분극되어 탄소가 친핵체이자 강염기로 작용합니다. 물·산성 수소가 있으면 먼저 양성자를 받아 RH가 되므로 첨가는 무수 에터에서 진행하고 산 처리는 뒤에 합니다. 화면의 R⁻는 C–Mg 결합의 반응성을 나타내는 단순화입니다.

LDA(리튬 다이아이소프로필아마이드)

질소에 부피가 큰 아이소프로필기 두 개가 붙은 강염기입니다. 혼잡한 반응점에 결합하기보다 접근하기 쉬운 산성 H를 제거하는 데 유용합니다. 저온에서 케톤의 속도론적 엔올레이트를 만들 때 자주 사용합니다.

속도론적·열역학적 지배

속도론적 지배에서는 활성화 장벽이 낮아 빨리 생기는 생성물이 많이 얻어집니다. 반응이 가역적이고 충분히 평형에 접근하면 생성물 자체가 더 안정한 쪽이 유리합니다. 저온·강염기와 가온·가역 조건을 구분합니다.

공액계의 1,2·1,4 첨가

α,β-불포화 카보닐은 C=O–C=C가 이어진 공액계입니다. 1,2 첨가는 카보닐 탄소에, 1,4 첨가는 β 탄소에 새 결합을 만듭니다. β 탄소에 첨가하면 π 전자쌍이 산소까지 이동하여 엔올레이트가 됩니다.

친핵성 아실 치환

친핵체가 아실 탄소에 첨가해 사면체 중간체를 만들고, C=O가 다시 생기면서 이탈기가 떠나는 경로입니다. 산 할라이드·에스터·아마이드는 카보닐 탄소에 붙은 이탈기의 성질이 달라 반응성도 다릅니다.

헤미아세탈과 아세탈

헤미아세탈은 같은 탄소에 OH와 OR, 아세탈은 OR 두 개를 갖습니다. 산은 양성자 이동과 물·알코올의 이탈을 돕습니다. 알코올 과량·물 제거는 아세탈 형성을, 물 과량은 가수분해를 유리하게 합니다.

촉매와 평형

촉매는 반응 경로의 활성화 장벽을 낮추고 전체 과정에서 재생됩니다. 평형의 위치 자체는 바꾸지 않습니다. 반응물 과량 또는 생성물 제거는 평형 조성을 바꿀 수 있습니다.

에폭사이드 개환

3원환의 작은 결합각과 겹친 결합은 변형 에너지를 만듭니다. 친핵체의 공격과 C–O 절단으로 고리가 열리면 이 변형이 줄어듭니다. 염기성 조건은 접근성, 산성 조건은 양성자화된 고리의 전자 분포도 함께 고려합니다.

알돌 첨가와 축합

엔올레이트가 다른 알데하이드·케톤에 첨가해 C–C 결합을 만들고, 양성자 이동으로 β-하이드록시 카보닐을 얻습니다. 이어 물이 제거되어 C=C–C=O 공액계가 생기는 과정까지 포함하면 알돌 축합입니다.

Claisen 축합(클라이젠 축합)

에스터 엔올레이트가 다른 에스터에 아실 치환을 하여 β-케토 에스터를 만듭니다. 두 카보닐 사이의 산성 H가 염기에 의해 제거되어 평형을 끌어가므로 염기가 소모되고, 중성 생성물은 산 처리로 얻습니다.

Michael 첨가(마이클 첨가)

공명으로 안정화된 탄소 친핵체가 α,β-불포화 카보닐의 β 탄소에 결합하는 공액 첨가입니다. 새 C–C 결합과 엔올레이트를 만들고, 양성자 이동으로 카보닐 생성물을 얻습니다.

뉴먼 투영도와 이면각

C–C 결합 축을 따라 보는 그림입니다. 앞뒤 결합이 겹치면 겹친 형태, 사이로 비켜 있으면 엇갈린 형태입니다. 지정한 두 기 사이 이면각이 60°이면 고슈, 180°이면 안티입니다.

의자 형태와 1,3-이축 상호작용

축 방향 치환기는 같은 쪽 C3·C5의 축 방향 H와 가까워 반발합니다. 수평 방향으로 놓으면 이 반발이 줄어듭니다. 의자형 뒤집기는 축·수평 방향을 맞바꾸면서 치환기의 위·아래 관계를 유지합니다.

CIP(칸–인골드–프렐로그 우선순위 규칙)

직접 붙은 원자의 원자 번호를 비교하고 동점이면 다음 원자들을 큰 원자 번호부터 비교합니다. 다중결합은 복제 원자로 처리합니다. R/S는 최하위기를 뒤로 두고 1→2→3이 시계 방향이면 R, 반시계면 S입니다.

E/Z 배치

이중결합의 각 탄소에서 CIP 우선순위가 높은 기를 하나씩 고릅니다. 두 기가 같은 쪽이면 Z, 반대쪽이면 E입니다. 각 탄소가 서로 다른 두 치환기를 가져야 E/Z를 구분할 수 있습니다.

Fischer 투영도의 방향 규칙

가로 결합은 관찰자 쪽, 세로 결합은 뒤를 향합니다. 최하위기가 가로에 있으면 종이에서 읽은 1→2→3 방향을 뒤집어 R/S를 판정합니다. 종이 면의 180° 회전은 배치를 보존하지만 90° 회전은 보존하지 않습니다.

D/L과 Haworth 투영도

표준 Fischer 투영도에서 가장 아래 입체 중심의 OH가 오른쪽이면 D, 왼쪽이면 L입니다. 여기서 쓰는 표준 Haworth 방향에서는 Fischer의 오른쪽 기는 아래, 왼쪽 기는 위로 옮깁니다. D당의 기준 CH₂OH는 위, L당은 아래입니다.

아노머와 α/β

당이 고리화할 때 원래 카보닐 탄소가 새 입체 중심인 아노머 탄소가 됩니다. 이 탄소의 배치만 다른 당을 아노머라고 합니다. 여기서 α는 아노머 OH와 기준 CH₂OH가 반대쪽, β는 같은 쪽입니다.

골격식 읽기와 그리기

표시 없는 꺾임과 선 끝은 탄소입니다. 탄소의 수소는 결합 차수 합이 4가 되도록 보충해 읽고, O·N·할로젠은 원소 기호로 씁니다. 이름에 주어진 모체를 그린 뒤 위치 번호에 맞춰 가지·작용기·다중결합을 추가합니다.

모체·위치 번호·접두사·접미사

모체는 이름의 기준이 되는 사슬이나 고리입니다. 위치 번호는 모체의 어느 원자에 변화가 있는지 나타냅니다. 접두사는 가지·치환기를, 접미사는 주 작용기와 불포화를 표현합니다. N-은 번호가 붙은 탄소가 아닌 질소에 치환기가 붙음을 뜻합니다.