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방향족 화합물: 학습 가이드

핵심 개념

벤젠 같은 방향족 화합물은 비편재화된 파이 전자의 고리 때문에 유난히 안정하다. 고리를 그대로 유지하면서 첨가가 아니라 치환 반응을 한다.

  • 휘켈 규칙: 평면이고 고리 모양이며 완전히 공액된 고리가 파이 전자 4n + 2개(2, 6, 10 …)를 가지면 방향족이다. 4n개이면 반방향족이다.
  • 벤젠은 친전자성 치환 반응을 한다. 나이트로화(HNO₃/H₂SO₄), 할로젠화(X₂/FeX₃), 설폰화, 프리델–크래프츠 알킬화와 아실화이다.
  • 활성화기(–OH, –NH₂, –OR, –CH₃)는 다음 기를 오르토와 파라 위치로 이끈다. 비활성화기(–NO₂, –COOH, –CN, –CHO)는 메타로 이끈다. 할로젠은 비활성화하지만 오르토/파라 지향이다.
  • 벤질 수소가 있는 곁사슬은 길이에 관계없이 뜨거운 KMnO₄로 –COOH로 산화된다.

핵심 식

  • aromatic: planar, cyclic, conjugated, 4n + 2 π electrons
  • C₆H₆ + HNO₃ → C₆H₅NO₂ + H₂O (H₂SO₄)
  • ArCH₃ → ArCOOH (KMnO₄)

풀이 예제

톨루엔(–CH₃은 활성화)의 나이트로화는 주로 오르토와 파라 나이트로톨루엔을 주며 벤젠보다 빠르다. 나이트로벤젠(–NO₂는 비활성화)의 나이트로화는 느리고 주로 1,3-다이나이트로벤젠을 준다. 사이클로펜타다이엔일 음이온은 파이 전자가 6개(4n + 2, n = 1)여서 방향족이지만 사이클로뷰타다이엔은 4개여서 반방향족이다.

자주 하는 실수

  • 벤젠이 알켄처럼 브로민을 첨가할 것이라 기대하는 것. 치환이 일어나며 촉매가 필요하다.
  • 메타 지향기로 오르토/파라 생성물을 예측하는 것, 또는 그 반대.
  • 파이 계에 들어 있지 않은 비공유 전자쌍을 4n + 2개의 전자에 세는 것.

연습

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