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치환, 제거, 탄소 양이온: 학습 가이드

핵심 개념

할로알케인은 친핵체나 염기와 SN1, SN2, E1, E2의 네 가지 방식으로 반응할 수 있다. 기질의 구조, 친핵체, 이탈기, 용매가 어느 쪽이 우세한지를 정한다.

  • SN2는 뒤쪽 공격에 의한 한 단계 반응이어서 입체 배열이 뒤집힌다. 메틸과 1차 기질에서 가장 빠르고 2차에서는 느리며 3차에서는 일어나지 않는다.
  • SN1은 탄소 양이온을 거치므로 3차 기질에서 가장 빠르고 라세미체를 주며 속도는 기질에만 의존한다.
  • 탄소 양이온의 안정성은 3차 > 2차 > 1차 > 메틸이다. 좋은 이탈기일수록 약한 염기이다. I⁻ > Br⁻ > Cl⁻ > F⁻.
  • 극성 양성자성 용매는 SN1을, 극성 비양성자성 용매는 SN2를 유리하게 한다. 강하고 부피가 큰 염기는 E2를, 가열은 치환보다 제거를 유리하게 한다.

핵심 식

  • SN1: rate = k[RX]
  • SN2: rate = k[RX][Nu]
  • carbocation: 3° > 2° > 1° > CH₃⁺
  • leaving group: I⁻ > Br⁻ > Cl⁻ > F⁻

풀이 예제

아세톤에서 아이오딘화 이온으로 반응시키면(SN2) CH₃Br, CH₃CH₂Br, (CH₃)₂CHBr, (CH₃)₃CBr의 속도는 CH₃Br > CH₃CH₂Br > (CH₃)₂CHBr > (CH₃)₃CBr 순으로 느려진다. 에탄올에서 2-브로모-2-메틸프로페인은 SN1과 E1으로 반응하며 속도가 k[RX]이므로 친핵체 농도를 두 배로 해도 변하지 않는다.

자주 하는 실수

  • 3차 탄소에서 SN2가 일어날 것이라 기대하는 것. 뒤쪽이 너무 붐빈다.
  • SN2 반응에 친핵체 항이 없는 SN1의 속도 법칙을 쓰는 것.
  • 플루오린화 이온을 좋은 이탈기로 고르는 것. 할로젠화 이온 중 가장 센 염기이므로 나쁜 이탈기이다.

연습

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