입체 화학 (스트레인, 이성질체)

* 카이랄성 판단

- 원칙: 거울상 그려서 겹쳐보기

tip) 카이랄 중심 0개: 대부분 비카이랄 (예외 존재: 거울상 그리기)

카이랄 중심 홀수개: 무조건 카이랄

카이랄 중심 짝수개: 대부분 카이랄 (예외 많이 존재: 대칭요소 확인, ex) 메조)

 

tip) 좌우 대칭형 구조 분자: 카이랄 중심 배열이 동일(R, R or S, S)하면 카이랄, 반대이면 메조

cf) 슈도 카이랄: 카이랄 중심은 아니지만 입체 배열에 따라 부분 입체이성질체 관계 물질들이 나타나는 원자

카이랄=거울상과 겹치지 x=거울상 이성질체 관계 물질 존재=분자 내 대칭요소 x

cf) 수많은 형태 중 하나라도 비카이랄인 화합물은 무조건 분자가 비카이랄

 

카이랄 중심: 치환기 4개 서로 다른 sp² 혼성 2주기 원소(C, 일부 N) or 치환기 4개 서로 다른 3주기 원소(S, P)

- 질소: 질소 반전으로 비카이랄 (or 공명으로 인한 평면구조 sp²)

예외: 4개 다른기 결합 암모늄, 3각 질소 고리는 카이랄

 cf) 선구 카이랄: 비카이랄 -> 카이랄

 

R/S or E/Z 판단: CIP(원자번호 순)규칙으로 비교될 때 까지, 다중결합은 결합수 만큼 원자를 센다

- 피셔 투영식: 가로 쐐기, 세로 데쉬 cf) 피셔를 사슬로 바꿀 수 있어야 함

 

라세미 혼합물: 거울상 이성질체 동량 존재 혼합물 = 광학 비활성이나 카이랄하다

- 광학적 순도 (거울상 초과량): 큰-작 or 혼합/순수

cf) R/S≠d(+)l(-), 고유 광회전도: 관찰 회전도/길이x농도

- 라세미 혼합물 분할: 카복실산 라세미 혼합물과 아민 염기를 이용한 산염기 반응

 

메조 화합물: 카이랄 중심 짝수개 갖지만 비카이랄인 물질

cf) 분자 내 대칭면: 같은 기가 180도 반대 위치에서 반대 입체 배향을 가짐 (높은 대칭성을 나타내려면 π결합 or 고리 필요

cf) 고리 화합물 광학 활성 판단: 평면 구조에서 카이랄성 판단

 

치환기=모체 제외한 나머지 / 작용기=비슷한 성질을 가진 치환기를 구분하여 나눈 집단

 

형태 이성질체(이형태체)는 이성질체가 아님, 형태 간 관계를 나타내는 것 (시그마 결합 회전을 통해 겹쳐질 수 있는 관계로 동일한 화합물임=대부분 물성 동일하나 안전성, 극성은 다를 수 있음)

* 이성질체

- 구조 이성질체: 분자식은 동일하나 구조(원자 연결순서, 방식)가 서로 다른 관계 -> 물성 다르고 분리 가능

- 입체 이성질체: 분자식과 구조는 동일하나 배열(입체적 배향)이 서로 다른 관계

거울상 이성질체: 물성 대부분 동일하여 분리 불가능, 모든 작용기 배향 전부 반대로 바뀔 때

부분 입체 이성질체 ⊃ 기하 이성질체: cis, trans / π결합 or 고리 있어야 존재

* 스트레인(에너지)

- 비틀림 스트레인(0≤st<60): 이웃자리 치환기의 결합or전자쌍들이 공간적 근접 시 나타남

- 입체 스트레인: 원자(단)들이 서로 공간적 급접 시 전자구름 간 반발에 의해 나타남 cf) 이웃자리 치환기 간 H는 무시 

⊃고우시 스트레인(고우시 상호작용): 고우시 관계(60도) 기단 간 발생하는 입체 스트레인

- 고리 스트레인: 비틀림+입체+결합각 스트레인

 

cf) 연소열∝분자량 (분자량 동일 시 연소열∝불안정성(높은 에너지)->탄소수 동일 직선사슬<가지달린 알케인 안정성)