[유기화학] 13. 방향족 화합물(3) - 치환기효과, 지향성 판단

1) EDG와 EWG

 

① EDG (활성화기)

 

- 전자를 밀어주는 치환기

- 고리를 보다 더 전자가 풍부하게 만들어 준다.

- 탄소양이온 중간체를 안정화시키고 활성화에너지를 낮춰 반응속도를 더 빠르게 한다. 

 

② EWG (활성감소기)

 

- 전자를 끌어당기는 치환기

- 고리를 보다 전자가 부족하게 만든다.

- 탄소양이온 중간체를 불안정화시킨다. 

 

③ 반응성: EDG > EWG

 

- EDG는 오쏘-파라- 지향성 활성기

- EWG 중 X는 오쏘-, 파라- 지향성 활성감소기

- EWG (X제외)는 메타- 지향성 활성감소기 

 

④ 유발효과와 공명효과

 

- 유발효과: 전기음성도에 의해 시그마 결합을 통한 전자의 주기 또는 전자의 끌기가 나타난다. 

-> EWG 치환기는 전기음성도에 의해 전자를 끈다.

-> EDG 치환기는 전기음성도에 의해 전자를 준다. 

 

- 공명효과: 치환기에 있는 p 오비탈과 방향족 고리에 있는 p 오비탈과의 겹침을 통해 π 결합을 이루고 이를 통해 전자를 끌어당기거나 밀어준다. 

 

- 오쏘- , 파라- 지향성을 판단할 때 공명효과와 유도효과를 모두 고려해야한다.

- 메타- 지향성을 판단할 때에는 유도 효과만 고려한다. 

 

 

맥머리의 유기화학 표 16.1

맥머리의 유기화학 525P

2) 지향성 판단

 

① 알킬기가 있는 경우 -> 오쏘- , 파라-  

 

- 오쏘- , 파라- 반응에서 공명형태를 살펴보았을 때 메틸기가 치환되어 있는 탄소에 양전하가 바로 놓여있고 이 탄소는 3차 탄소로서 메틸기의 전자주기 유발 효과에 의해 가장 잘 안정화 된다. 

- 메타 중간체보다 오쏘와 파라 중간체의 에너지가 훨씬 낮고 빨리 생성된다. 

 

맥머리의 유기화학 그림16.13

② -OH, -NH2, 할로젠 기가 있는 경우

 

- 할로젠 원소는 약한 전자주기 공명효과에 비해 강한 전자 끌기 유발효과가 더 영향을 많이 주기 때문에 활성감소기

- 오쏘와 파라 중간체는 산소 또는 질소 또는 할로젠 원소로부터 전자쌍을 받음으로써 양전하가 안정화 되는 공명구조를 가지고 있다. 

- 메타 중간체는 양전하가 안정화되지 않는다. 

 

맥머리의 유기화학 그림 16.14

 

③ EWG (할로젠 원소 제외) 있는 경우

 

- 오쏘와 파라 중간체에 모두 알데하이드 기를 가지고 있는 탄소에 직접적으로 양전하가 놓여있기 때문에 불안정하다. -> 카보닐기에서 양으로 하전된 탄소 원자와 반발력이 작용하게 됨. 

 

맥머리의 유기화학 그림16.16