자료표와 반응 지도
본문 23개 장에서 쓰는 숫자와 반응을 한곳에 모았다. pKa·결합 해리 에너지·A 값·고리 변형·용매 표는 이 책의 계산 엔진 Org.*에 들어 있는 자료를 페이지를 열 때 그대로 읽어 그린 것이라 본문 시뮬레이터·예제와 같은 숫자를 낸다. 표는 머리글을 누르면 정렬되고, 검색창과 분류 단추로 거를 수 있다. 분광 특성값은 막대 그림으로도 보여 주고, 막대를 누르면 그 작용기를 가진 예 분자의 예측 스펙트럼이 뜬다. 반응 지도는 작용기 16개와 반응 화살표 50여 개로 된 그물이다. 출발과 목표를 고르면 최단 합성 경로를 찾아 준다. 마지막 구조 계산기에 SMILES를 넣으면 분자식·질량·불포화도·작용기·R/S·E/Z·예측 스펙트럼·3D 모형이 한 번에 나온다. 아래 분자는 몇 초마다 바뀌면서 여러 표에 흩어진 자기 값을 모아 보여 준다.
- pKa 표에서 산과 염기의 짝산을 찾아 산–염기 반응의 평형 상수 \(K = 10^{\Delta \mathrm{p}K_\mathrm{a}}\)를 어림하고, 탈양성자화에 알맞은 염기를 고른다.
- 결합 해리 에너지로 라디칼 반응 단계의 ΔH°를 계산하고, A 값과 고리 변형 에너지로 형태의 분율과 고리 안정성을 비교한다.
- IR 흡수 위치와 ¹H·¹³C 화학적 이동 영역표에서 작용기 후보를 좁힌다.
- 작용기 우선순위로 주작용기와 접미사·접두사를 정한다.
- 반응 지도에서 두 작용기 사이의 경로를 찾고, 시약과 해당 장을 확인한다.
- 용매를 끓는점·유전 상수·양성자성으로 고르고, 구조 계산기로 분자식·정확 질량·예측 스펙트럼을 확인한다.
pKa 표와 산–염기 평형
아래 표는 Org.PKA의 모든 항목을 그대로 읽어 만든다. 값은 물 기준, 25 °C의 근삿값이다. pKa가 0보다 작거나 15보다 큰 산은 물속에서 직접 잴 수 없어서 다른 용매에서 잰 값을 물 척도로 옮긴 것이다. 그래서 책마다 1–2 단위씩 다르다(예: 아세톤 19–20, 에탄올 16–16.5). 문제에 값이 주어지면 그 값을 쓰고, 없을 때 이 표를 쓴다. 본문 보충 표시가 붙은 줄은 본문 장에서 쓴 값 가운데 Org.PKA에 없는 것을 이 쪽에서 보탠 것이다. 용매가 바뀌면 순서도 바뀐다. DMSO에서는 음이온을 잡아 줄 수소 결합이 없어 중성 산의 pKa가 크게 오른다(아세트산 4.76 → 12.3). 자세한 내용은 2장 용매 효과에서 다룬다.
| 구조 | 산 | 화학식 | pKa | 산성 수소 | 짝염기 |
|---|
줄을 누르면 아래 pKa 사다리의 ‘산’ 표지가 그 산으로 옮겨 간다. 구조식의 강조 원자는 양성자를 내놓는 원자다.
산–염기 반응 \(\ce{HA + B- <=> A- + HB}\)의 평형 상수는 두 산의 pKa 차이로 정해진다. 왼쪽 산 HA가 오른쪽 산 HB보다 강할수록(pKa가 작을수록) 오른쪽으로 간다.
pKa 사다리: 염기 고르기
pKa 4.76인 산을 pH 7.0인 물에 녹이면 짝염기 분율 \([\ce{A-}]/([\ce{HA}]+[\ce{A-}])\)은 이고, \([\ce{A-}]/[\ce{HA}] = 10^{\mathrm{pH}-\mathrm{p}K_\mathrm{a}}\) = 이다. TMAH 2.38 wt% 현상액(pH ≈ 13.4)에서는 가 음이온이 된다.
말단 알카인(1-헥사인)의 ≡C–H를 (a) NaNH₂ (b) NaOH로 떼려 한다. 위 표의 값으로 각 반응의 log K를 구하고 쓸 수 있는 염기를 고르라. 말단 알카인의 pKa는 아세틸렌과 같다고 본다.
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포지티브 레지스트 현상은 거대한 산–염기 반응이다. 2.38 wt% TMAH(0.26 N, pH ≈ 13.4)는 물의 짝염기 OH⁻를 그대로 쓰므로, 표에서 pKa가 13.4보다 충분히 작은 산성기만 음이온이 되어 녹는다. 노광부의 카복실산(pKa ≈ 4.5)과 KrF·EUV 레지스트의 페놀(pKa ≈ 10)은 녹고, t-BOC·아세탈로 막아 둔 비노광부는 남는다. 광산 발생제가 내는 산은 표의 맨 위쪽에 있다. 트라이플산(pKa ≈ −14)과 퍼플루오로뷰테인설폰산 같은 초강산이어야 극소량으로도 탈보호 반응을 촉매한다. 반대로 공기 중 아민(NH₃ 짝산 9.25, 트라이메틸아민 짝산 9.8)은 표면의 이 산을 중화해 T-top 불량을 만든다. → LithoBook · 현상과 레지스트 프로파일, LithoBook · 감광막의 화학
결합 해리 에너지, A 값, 고리 변형
결합 해리 에너지(bond dissociation energy, BDE)는 기체 상태에서 결합 하나를 균일 분해해 라디칼 두 개로 만드는 데 드는 엔탈피 \(D\)다(298 K). 아래 값은 Org.BDE이고 10장·1장의 표와 같다. 반응의 ΔH°는 끊는 결합의 \(D\) 합에서 새로 생기는 결합의 \(D\) 합을 뺀 값이다.
| 분자 | 결합 | D (kJ/mol) | D (kcal/mol) | 종류 |
|---|
줄을 누르면 아래 계산기의 ‘끊는 결합’에 더해진다. 본문 보충 줄은 본문에서 어림값(약 …)으로 쓴 다중 결합·규소 결합이다. Si–O는 쓰는 뜻에 따라 값이 크게 다르다. SiO₂ 고체 속 Si–O 하나의 평균 결합 엔탈피는 약 450 kJ/mol(5장)이고, 기체 이원자 분자 SiO의 결합 해리 에너지는 약 800 kJ/mol(10장)이다.
결합 해리 에너지로 ΔH° 계산하기
\(\ce{CH4 + Br2 -> CH3Br + HBr}\)의 두 전파 단계 ① \(\ce{Br. + CH4 -> HBr + CH3.}\) ② \(\ce{CH3. + Br2 -> CH3Br + Br.}\)의 ΔH°와 전체 ΔH°를 표로 구하라.
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A 값(A value)은 일치환 사이클로헥세인에서 치환기가 축 자리에 있을 때와 적도 자리에 있을 때의 자유 에너지 차 \(\Delta G^\circ = G_\text{축} - G_\text{적도}\)이다(3장). 적도 분율은 \(K = e^{A/RT}\)에서 \(K/(1+K)\)로 구한다. 표의 적도 % 열은 25 °C에서 계산한 값이다. 부피보다 결합 길이가 중요하다. C–Br(1.93 Å)처럼 긴 결합은 큰 원자를 축 수소에서 멀리 떼어 놓아 A 값이 오히려 작다.
| 구조 | 치환기 | A (kJ/mol) | A (kcal/mol) | 적도 % (25 °C) |
|---|
고리 변형 에너지(ring strain energy)는 사이클로알케인의 연소열을 변형 없는 CH₂ 하나당 658.6 kJ/mol(사이클로헥세인 값)과 비교해 얻는다(3장). 3·4원 고리는 각 변형, 7–11원 고리는 고리 안 수소 충돌(가로지르는 반발)이 주원인이다. 에폭사이드가 쉽게 열리는 까닭도 이 3원 고리 변형이다(16장).
| 구조 | 고리 | 고리 크기 | 변형 (kJ/mol) | CH₂당 (kJ/mol) |
|---|
IR·¹H NMR·¹³C NMR 특성값
세 표는 11장과 12장의 표와 같은 교과서 표준값이다. 실제 위치는 공액·고리 크기·수소 결합·용매에 따라 범위 안팎으로 움직인다. 표를 쓰는 순서는 늘 같다. 먼저 분자식으로 불포화도를 구하고, IR에서 가장 진단적인 띠(1650–1820 cm⁻¹의 C=O, 3200–3550 cm⁻¹의 넓은 O–H, 2210–2260 cm⁻¹의 C≡N)가 있는지 본다. 그다음 NMR 이동값으로 작용기 옆 수소·탄소의 환경을 맞춘다.
| 결합 · 작용기 | 흡수 위치 (cm⁻¹) | 세기 · 모양 | 예 |
|---|
| 수소의 종류 | 예 | δ (ppm) | 예 분자 |
|---|
| 탄소의 종류 | δ (ppm) | 예 분자 |
|---|
| 결합 종류 | 배치 | 대표 J (Hz) |
|---|---|---|
| 이웃(자유 회전 사슬) | H–C–C–H | 6–8 (보통 7) |
| 알켄 트랜스 | H–C=C–H (반대쪽) | 12–18 |
| 알켄 시스 | H–C=C–H (같은 쪽) | 6–12 |
| 쌍둥이(말단 알켄) | =CH₂ | 0–3 |
| 사이클로헥세인 축–축 | Hax–C–C–Hax (180°) | 8–13 |
| 축–적도, 적도–적도 | (약 60°) | 2–5 |
| 방향족 오르토 / 메타 / 파라 | Ar–H | 7–9 / 1–3 / 0–1 |
| 알데하이드 | H–C–CHO | 1–3 |
특성값 막대 그림과 예 분자
분자식 C₄H₈O인 액체의 IR에 1715 cm⁻¹ 강한 띠가 있고 3200–3550 cm⁻¹와 2720 cm⁻¹에는 띠가 없다. ¹H NMR은 δ 2.44 (2H, 사중선), 2.13 (3H, 단일선), 1.06 (3H, 삼중선)이다. 구조는?
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CCC(C)=O를 넣으면 예측 IR 1715 cm⁻¹, 예측 ¹H 세 신호(단일선·사중선·삼중선, 적분 3:2:3)가 나온다. ¹³C 표로는 C=O 탄소가 190–220 영역(케톤)에 있어야 한다.공장의 FTIR은 이 표의 띠를 막질 지표로 쓴다. 저유전율 SiCOH 막에서는 Si–CH₃ 1275 cm⁻¹(본문 기준), Si–O–Si 1000–1200 cm⁻¹, C–H(sp³) 2850–2960 cm⁻¹ 띠의 넓이 비로 메틸 함량을 본다. 플라스마에 손상되면 메틸이 빠지고 Si–OH가 생겨 3200–3550 cm⁻¹ 근처에 넓은 O–H 띠가 자라며, 이 막은 물을 빨아들여 유전율이 오른다. 화학 증폭형 레지스트의 노광 후 굽기에서는 t-BOC의 C=O(약 1750 cm⁻¹) 띠가 줄고 페놀 O–H 띠가 늘어 탈보호 정도를 바로 잴 수 있다. → ThinFilmBook · 막질, PlasmaBook · 플라즈마-표면 상호작용과 손상
작용기 우선순위와 명명 접미사·접두사
작용기가 둘 이상이면 우선순위가 가장 높은 하나만 주작용기(principal characteristic group)가 되어 이름 끝의 접미사(suffix)로 쓰고, 나머지는 모두 이름 앞의 접두사(prefix)로 쓴다. 아래 순서는 IUPAC 2013 권고안(P-41)이고, 한국어 이름은 대한화학회 표기다. 에터·할로젠·나이트로기는 접미사가 없어 언제나 접두사다. 이중·삼중 결합은 접미사가 아니라 모체 이름의 ‘-엔’·‘-인’으로 나타낸다.
| 순위 | 작용기 | 접미사 (주작용기일 때) | 접두사 (치환기일 때) | 예 |
|---|---|---|---|---|
| 1 | 카복실산 –COOH | -산 (-oic acid), -카복실산 | 카복시- | |
| 2 | 설폰산 –SO₃H | -설폰산 | 설포- | |
| 3 | 산 무수물 –CO–O–CO– | -산 무수물 (-oic anhydride) | — | |
| 4 | 에스터 –COOR | -산 …일 (alkyl -oate) | 알콕시카보닐- | |
| 5 | 산 할로젠화물 –COX | 염화 …오일 (-oyl chloride) | 클로로카보닐- | |
| 6 | 아마이드 –CONH₂ | -아마이드 (-amide) | 카바모일- | |
| 7 | 나이트릴 –C≡N | -나이트릴 (-nitrile) | 사이아노- | |
| 8 | 알데하이드 –CHO | -알 (-al), -카브알데하이드 | 폼일- (옥소-) | |
| 9 | 케톤 C=O | -온 (-one) | 옥소- | |
| 10 | 알코올·페놀 –OH | -올 (-ol) | 하이드록시- | |
| 11 | 싸이올 –SH | -싸이올 (-thiol) | 설파닐- | |
| 12 | 아민 –NH₂ | -아민 (-amine) | 아미노- | |
| 13 | 이민 C=N– | -이민 (-imine) | 이미노- | |
| — | 에터 –OR | (없음) | 알콕시- (메톡시-, 에톡시-) | |
| — | 할로젠 –X | (없음) | 플루오로·클로로·브로모·아이오도- | |
| — | 나이트로 –NO₂ | (없음) | 나이트로- |
- 모체 고르기: 주작용기를 가진 사슬(또는 고리)을 모체로 한다. 2013 권고안은 그다음 기준으로 ‘가장 긴 사슬’을 다중 결합 수보다 먼저 본다(옛 1979·1993 규칙은 다중 결합이 많은 사슬을 먼저 골랐다).
- 번호 매기기: 주작용기 → 다중 결합(-엔·-인) → 접두사 전체의 위치 번호가 작아지는 쪽으로 차례로 정한다.
- 이름 쓰기: 접두사는 알파벳(영어 이름) 순으로 늘어놓고, 배수 접두사(다이·트라이)는 순서를 정할 때 무시한다. 입체 기호 (R)/(S)·(E)/(Z)는 맨 앞 괄호에 쓴다(4장).
Org.groups가 찾은 작용기를 위 표의 순위로 줄 세운다. 주작용기(노랑)가 접미사가 되고 나머지(파랑)는 접두사가 된다. 구조 계산기에 직접 그린 분자도 같은 방식으로 판정한다.반응 총정리 지도
아래 지도는 이 책의 반응을 작용기 상호 변환(functional group interconversion)의 그물로 정리한 것이다. 마디 하나가 작용기 하나, 화살표 하나가 한 단계 반응(시약 한 묶음)이다. 9장의 작은 지도를 카보닐·카복실산 유도체·아민·방향족까지 넓혔다. 탄소 수를 늘리는 화살표(굵은 점선)는 따로 표시했다. 합성 계획에서는 골격을 먼저, 작용기를 나중에 다루므로 이 화살표들이 특히 중요하다.
알케인(예: 프로페인)에서 케톤(아세톤)까지 가려면 이 지도에서 최소 몇 단계가 필요할까?
반응 지도: 탐색 · 최단 경로 · 합성 게임
| 출발 | 생성물 | 시약·조건 | 장 |
|---|
지도와 표는 같은 자료(반응 개)에서 그린다. ‘C+’는 탄소 수가 늘어나는 반응이다. 아직 공개되지 않은 장(18·20장)의 반응도 미리 넣었다.
1-브로모프로페인(C₃)에서 뷰탄산(C₄)을 만들려 한다. 지도에서 할로젠화 알킬 → 카복실산의 2단계 경로는 두 가지다. 어느 쪽을 써야 하는가? 그 경로로 1-브로모프로페인 10.0 g에서 시작해 두 단계 수율이 각각 80 %라면 뷰탄산은 몇 g 얻는가? (M: C₃H₇Br 122.99, C₄H₈O₂ 88.11 g/mol)
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용매 자료
용매는 세 가지 성질로 고른다. ① 끓는점(반응 온도의 상한, 제거하기 쉬운지), ② 유전 상수(dielectric constant, ε)(이온을 얼마나 잘 떼어 놓는지), ③ O–H·N–H가 있는 양성자성 용매(protic solvent)인지, 극성이지만 수소 결합 주개가 없는 비양성자성 극성 용매(polar aprotic solvent)인지. 비양성자성 극성 용매는 양이온만 감싸고 음이온 친핵체는 벌거벗겨 두어 SN2를 수천 배 빠르게 한다(6장). 아래 표는 Org.SOLVENTS이고, 몰 질량은 구조식에서 계산했다.
| 구조 | 용매 | 화학식 | M (g/mol) | 끓는점 (°C) | ε | 종류 | 반도체 공정 쓰임 |
|---|
용매 지도: 끓는점 × 유전 상수
감광막 주 용매 PGMEA(끓는점 146 °C)는 스핀 도포 중 알맞은 속도로 날아가 막 두께가 고르게 되고, 인화점이 약 42 °C로 아세톤(약 −20 °C)·IPA(약 12 °C)보다 높아 다루기 쉽다. 엣지 비드 제거에는 PGME·PGMEA 혼합액을 쓴다. NMP(202 °C)는 폴리이미드와 감광막 스트리퍼의 표준 용매였지만 생식 독성 때문에 유럽 REACH가 2020년부터 노출 한계를 지키도록 규제해, DMSO·GBL 혼합물 같은 대체 스트리퍼로 바뀌는 중이다. 공장에서는 이런 용매를 드럼·캐니스터에서 이중 배관으로 공급하고, 증기 누출 감지와 국소 배기·스크러버를 함께 설계한다. → InfraBook · 케미컬과 슬러리 공급, InfraBook · 가스 안전, LithoBook · 감광막의 화학
구조 계산기: SMILES에서 분자식·질량·예측 스펙트럼까지
SMILES(simplified molecular-input line-entry system)는 분자 그래프를 한 줄 글자로 적는 방법이다. 원자는 원소 기호, 단일 결합은 생략, 이중 결합 =, 삼중 결합 #, 가지는 괄호, 고리는 같은 숫자로 여닫고, 방향족 원자는 소문자로 쓴다. 입체 중심은 @/@@, 이중 결합의 배치는 /·\로 적는다. 예: 에탄올 CCO, 아세트산 CC(=O)O, 벤젠 c1ccccc1, (E)-2-뷰텐 C/C=C/C.
계산기는 다음을 낸다. 평균 몰 질량(average molar mass)은 원소별 표준 원자량(C 12.011, H 1.008 …)으로, 정확 질량(exact mass, monoisotopic mass)은 각 원소의 가장 흔한 동위원소(¹²C 12.0000, ¹H 1.00783, ¹⁶O 15.9949 …)로 계산한다. 고분해능 질량 분석은 정확 질량을 0.001 단위까지 재서 분자식을 가른다(11장). 불포화도(degree of unsaturation)는 \(\mathrm{C} - \mathrm{H}/2 - \mathrm{X}/2 + \mathrm{N}/2 + 1\)이다. 동위원소 무리(isotope cluster)는 분자 이온 M, M+1, M+2 …의 상대 세기다. 예측 스펙트럼은 모두 증분 규칙 모형값이다.
구조 계산기
C[C@H](O)CC와 C[C@@H](O)CC의 R/S를 확인한다. ③ C/C=C/C와 C/C=C\C의 E/Z와 예측 ¹H를 비교한다.고분해능 질량 분석에서 분자 이온이 m/z 114.0681로 나왔다. 정수 질량 114의 후보 C₇H₁₄O(2-헵탄온)와 C₆H₁₀O₂(ε-카프로락톤) 중 어느 것인가? 구조 계산기로 확인하라.
풀이 보기
CCCCCC(C)=O와 O=C1CCCCCO1을 넣어도 같은 값이 나온다.공정 케미컬의 성적서(CoA)와 안전 보건 자료(MSDS)에는 분자식·몰 질량·끓는점·증기압이 적혀 있고, 입고 검사에서는 GC-MS의 분자 이온과 동위원소 무리, FTIR 지문으로 정체를 확인한다. 예를 들어 HMDS(C[Si](C)(C)N[Si](C)(C)C, C₆H₁₉NSi₂, 161.40 g/mol)는 규소 두 개 때문에 M+1(²⁹Si)과 M+2(³⁰Si) 봉우리가 탄소만 있는 분자보다 눈에 띄게 크다. 계산기에 넣어 확인해 보자. 오염 분석에서 미지 봉우리의 정확 질량을 후보 분자식과 맞춰 보는 것도 같은 계산이다. → InfraBook · 분자 오염과 미니인바이런먼트, FailureBook · 원소·화학 분석
핵심 정리: 표 쓰는 법
- pKa 표: 산–염기 반응은 산 HA와 염기의 짝산 HB를 표에서 찾아 \(\log K = \mathrm{p}K_\mathrm{a}(\ce{HB}) - \mathrm{p}K_\mathrm{a}(\ce{HA})\)로 판단한다. 차이가 2 이상이면 사실상 완전히 간다. 표는 물 기준 근삿값이라 용매가 바뀌면 순서도 바뀔 수 있다.
- 결합 해리 에너지·A 값·고리 변형 표: ΔH° ≈ ΣD(끊음) − ΣD(생성)이다. 이 값은 열역학만 알려 주고 속도(활성화 에너지)는 따로 생각한다. A 값은 \(K = e^{A/RT}\)로 적도 분율을, 고리 변형은 고리 열림의 추진력을 준다.
- 분광 표: 분자식 → 불포화도 → IR 진단 띠(C=O, O–H, N–H, C≡N) → ¹H 이동·적분·갈라짐 → ¹³C 신호 수와 C=O 영역 순으로 후보를 좁힌다. 계산기의 예측 스펙트럼은 증분 규칙 근삿값이다.
- 명명 표: 우선순위가 가장 높은 작용기 하나만 접미사가 되고 나머지는 접두사가 된다. 에터·할로젠·나이트로기는 언제나 접두사다.
- 반응 지도·용매 표: 지도의 최단 경로는 출발점일 뿐이다. 탄소 수(C+ 화살표), 선택성, 용매 조건(끓는점·ε·양성자성)까지 맞춰야 실제 합성 경로가 된다.
표 찾아 쓰기 연습
모두 이 쪽의 표·지도·계산기에서 값을 찾아 푼다. 문제에 값이 주어지면 그 값을 쓴다. R = 8.314 J/(mol·K), T = 298.15 K(25 °C).
아세트산을 탄산수소 소듐 수용액에 넣는다: \(\ce{CH3COOH + HCO3- <=> CH3COO- + H2CO3}\). pKa 표의 값으로 평형 상수 K를 구하라.
\(\log K = 6.4 - 4.76 = 1.64\), \(K = 10^{1.64} = 43.7\). 오른쪽으로 치우친다. 카복실산이 NaHCO₃에 거품(CO₂)을 내며 녹는 까닭이다.
\(\ce{CH4 + Cl2 -> CH3Cl + HCl}\)의 ΔH°를 결합 해리 에너지 표로 구하라.
\((439 + 243) - (350 + 432) = 682 - 782 = -100\) kJ/mol.
고리 변형 표에서 사이클로뷰테인의 변형 에너지를 찾아 CH₂ 하나당 변형 에너지를 구하라.
110 kJ/mol ÷ 4 = 27.5 kJ/mol. 사이클로프로페인은 115 ÷ 3 = 38.3 kJ/mol로 CH₂당으로는 더 크다.
C, H, N만 가진 액체의 IR에서 2250 cm⁻¹에 중간 세기의 날카로운 띠가 있고, 3300–3500 cm⁻¹와 1650–1820 cm⁻¹에는 띠가 없다. 어떤 작용기인가?
C≡N 2210–2260 cm⁻¹(중간, 날카로움)이다. C≡C는 같은 영역이지만 약하고, 말단 알카인이면 3300 cm⁻¹ ≡C–H 띠가 함께 있어야 한다. N–H가 없으므로 아민·아마이드도 아니다. 답: 나이트릴(예: 프로판나이트릴).
A 값 표를 써서 클로로사이클로헥세인이 25 °C에서 적도 형태로 있는 백분율을 구하라.
\(A/RT = 2200/(8.314 \times 298.15) = 0.8875\), \(K = e^{0.8875} = 2.43\). 적도 분율 \(= K/(1+K) = 0.708\) → 70.8 %. (3장 표는 반올림해 71 %.)
감광막 용매 PGMEA(COCC(C)OC(C)=O, C₆H₁₂O₃)의 단일 동위원소 정확 질량을 소수 넷째 자리까지 구하라. ¹H 1.007825, ¹⁶O 15.994915.
\(6(12.000000) + 12(1.007825) + 3(15.994915) = 72 + 12.0939 + 47.98475 = 132.0786\). 평균 몰 질량은 132.16 g/mol이다(구조 계산기에서 확인).
다음 분자에는 케톤과 알코올이 함께 있다. 이름에서 접미사가 되는 것은 무엇인가(접미사를 쓰라)?
우선순위 표에서 케톤(9) > 알코올(10). 케톤이 주작용기 → 접미사 ‘-온’, OH는 접두사 ‘하이드록시-’. 이름은 4-하이드록시-2-뷰탄온(카보닐 탄소가 작은 번호).
용매 표에서 비양성자성 극성 용매 가운데 끓는점이 가장 높은 것은?
GBL 204 °C > NMP 202 °C > DMSO 189 °C > 사이클로헥산온 155.6 °C. 표에서 ‘비양성자성 극성’만 골라 끓는점 열을 내림차순으로 정렬하면 바로 보인다.
반응 지도에서 알케인에서 케톤까지 가는 최소 단계 수는?
알케인 → 할로젠화 알킬(X₂, hν) → 알코올(OH⁻) → 케톤(PCC), 또는 할로젠화 알킬 → 알켄(E2) → 케톤(오존 분해). 할로젠화 알킬에서 케톤으로 바로 가는 화살표가 없으므로 3단계.
p-나이트로페놀이 90 % 음이온으로 있으려면 pH는 얼마여야 하는가? pKa는 표에서 찾는다.
pKa 7.15. \([\ce{A-}]/[\ce{HA}] = 9\) → \(\mathrm{pH} = 7.15 + \log 9 = 7.15 + 0.954 = 8.10\).
브로민 원자가 아이소뷰테인의 3° C–H를 떼는 단계 \(\ce{Br. + (CH3)3C-H -> HBr + (CH3)3C.}\)와, 1° C–H를 떼는 단계의 ΔH°를 각각 구하라. 1° C–H 값은 표의 CH₃CH₂–H로 어림한다.
3°: \(404 - 366 = +38\) kJ/mol. 1°: \(423 - 366 = +57\) kJ/mol. 두 단계 모두 오르막이라 전이 상태가 라디칼 생성물을 닮고(하몬드 가설), 19 kJ/mol 차이가 대부분 활성화 에너지에 반영된다. 그래서 브로민화는 3° 자리를 크게 가린다.
C₃H₆O인 화합물의 ¹H NMR이 δ 9.79 (1H, 삼중선), 2.46 (2H, 다중선), 1.13 (3H, 삼중선)이다. 어느 구조인가?
δ 9.79는 ¹H 표의 알데하이드(9–10) 영역이다. 이웃 CH₂와 작은 J(1–3 Hz)로 갈라져 삼중선이 된다. 2.46은 카보닐 α CH₂, 1.13은 CH₃. 답: 프로판알. 아세톤은 단일선 하나, 알릴 알코올은 바이닐 수소(4.5–6.5), 옥세테인은 O 옆 CH₂(3.3–4.0 이상)를 보인다.
개념 확인 퀴즈
pKa 표의 값을 DMSO 속 반응에 그대로 쓸 때 가장 조심할 점은?
결합 해리 에너지로 계산한 ΔH°가 −100 kJ/mol로 크게 음수다. 이 반응에 대해 말할 수 있는 것은?
구조 계산기가 어떤 탄소의 ¹³C 이동을 172 ppm으로 예측했다. 올바른 해석은?
반응 지도에서 할로젠화 알킬 → 카복실산은 ‘알코올 경유’와 ‘나이트릴 경유’ 모두 2단계다. 둘이 같은 화합물을 주지 않는 까닭은?