(유기화학실험) 친전자성 방향족 치환반응 예비레포트

목차

1. Date
2. Subject
3. Principle
4. Procedure
5. Reagent/Apparatus
6. Reference

본문내용

2. Subject: 친전자성 방향족 치환 반응

3. Principle
1) 친전자성 방향족 치환반응(Electrophilic aromatic substitution)
벤젠은 공명구조를 가져 안정하다. 벤젠과 같은 방향족 화합물은 이중결합을 가진 화합물과는 다르게 치환으로 반응한다. 방향족 화합물의 수소는 시그마 결합과 비교해서 상대적으로 약하게 묶여 있다. 그렇기 때문에 이는 전자를 줄 수 있는 그룹이 된다.
그렇기에 친전자체가 방향족의 π계를 공격한다. 공격당한 방향족은 아렌윰 이온이라 알려진 비방향성인 사이클로헥사다이엔일 탄소양이온을 형성한다.
아렌윰 이온의 형성은 다음과 같다.

친전자체가 벤젠에 공격을 하고 친전자체가 벤젠과 결합을 한다. 아렌윰 이온은 3개의 공명 구조를 가진다. 아렌윰 이온은 다섯개의 원자는 sp2 혼성오비탈을 가지지만 친전자체와 결합을 한 탄소는 sp3 혼성오비탈을 갖게 되므로 4개의 π 전자들은 5개의 p 오비탈에 비편재화된다.
아렌윰 이온은 친전자체가 결합된 탄소로부터 양성자를 잃고 고리의 방향성을 회복하게 된다. 친전자체와 결합한 탄소는 다시 sp2 혼성이 되고 다시 비편재화된 6개의 π 전자를 가진 방향족이 된다.

친전자성 방향족 치환반응의 에너지 다이어그램
위 그래프는 친전자성 방향족 치환 반응의 에너지 다이어그램을 나타낸 것이다. 1단계로 일어난 친전자체가 방향족을 공격하는 단계가 전이상태 에너지가 가장 높게 나오게 되고 이것이 RDS 속도결정단계가 된다. 또한, 중간체로 아렌윰 이온을 형성하고 2단계 반응인 방향성을 회복하는 단계는 전이상태의 에너지가 낮고 반응이 빠르게 일어나게 된다.
이러한 방향족 치환반응은 할로젠화 반응, 나이트로화 반응, 설폰화 반응, Friedel-Crafts 알킬화 반응, Friedel-Crafts 아실화 반응이 있다.

참고 자료

Organic chemistry 12/e, Graham Solomons, 661-664, 668-674
https://en.wikipedia.org/wiki/Aluminium_chloride
https://en.wikipedia.org/wiki/Chloroform
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https://en.wikipedia.org/wiki/Bromobenzene
https://en.wikipedia.org/wiki/Naphthalene
https://en.wikipedia.org/wiki/Sodium_hydroxide
https://en.wikipedia.org/wiki/Diethyl_ether
https://en.wikipedia.org/wiki/Hydrogen_chloride
https://en.wikipedia.org/wiki/Phthalic_anhydride
https://en.wikipedia.org/wiki/Separatory_funnel