유기화학-작용기(Ether, Amine)

Ether(-O-)

sp3 혼성화된 산소 원자에 두 개의 알킬기(R) 또는 아릴기(Ar)가 결합된 형태의 화합물입니다. 정사면체 구조에 굽은 모양을 가지고 있으며, sp3 혼성 오비탈 중 2개는 공유 결합을 형성하고, 나머지 혼성 오비탈은 비공유 전자 쌍을 포함합니다.

 

Ether 분류

Ether는 형태에 따라 4가지로 분류됩니다. 대칭 에터, 비대칭 에터, 고리형 에터,고리형 폴리 에터

대칭 에터 : 산소 원자에 결합한 두 개의 치환기가 서로 같은 것을 말합니다. R-O-R

ex) Diethyl ether

비대칭 에터 : 산소 원자에 결합한 치환기가 서로 다른 것을 말합니다. R-O-R' or R1-O-R2

ex) Ethyl methyl ether

고리형 에터(cyclic ether) : Oxirane , Oxetane, Oxolane(THF), Oxane(THP) 와 같이 고리 구조를 가진 에터를 말합니다.

고리형 폴리 에터 : 분자 가운데 에테르 결합이 반복되어 연결된 고분자 화합물을 말합니다. 폴리에터의 종류 중 하나인 크라운에터는 에테르 결합이 반복적으로 나타나 왕관 모양을 띠는 큰 고리 형태의 화합물입니다. ​

 

명명법

IUPAC 명명법 : 긴 사슬을 줄기로서 명명하고, 그보다 작은 것을 치환기로 취급하여서 알콕시(alkoxy)그룹으로 명명합니다. 알케인에 에터 그룹이 하나 있는 형태는 알콕시 알케인(alkoxyalkane)과 같이 명명합니다. ex) (CH3)2CHOCH2CH3 (2-propxybutane)

관용명 : 두개의 알킬기(alkyl group)를 알파벳 순서대로 명명하고, 뒤에 에터(ether)를 붙입니다. ex) (CH3)2CHOCH2CH3 (Buthyl propyl ether)

 

고리형 명명법

IUPAC 명명법: 줄기 고리가 단일 결합으로 구성된 경우 고리를 구성하는 탄소와 산소 수를 모두 합하여서 옥사시클로알칸(oxacycloalkane)으로 명명합니다. 여기서 접두사 옥사(oxa)는 시클로 알칸(cycloalkane)에서 탄소가 산소로 치환된 것을 나타냅니다.  고리에 연결된 치환기를 명명할 때에는, 고리에 있는 산소 원자에서부터 번호를 붙입니다.

 

Ether 성질

일반적으로 에터는 반응성이 적어 많은 유기 반응에서 용매로 사용됩니다. 에터는 수소 결합을 하지 않기 때문에, 이성질체 관계의 알코올보다 끓는점이 낮습니다. 에터의 산소는 극성을 띠므로 물과 수소 결합을 형성하여 친수성을 나타내지만, 그 이외의 부분은 소수성이므로 크기가 커질수록 물에 대한 용해도는 점점 낮아지게 됩니다.

 

Ether의 합성

윌리엄슨(Williamson) 에터 합성

에터는 분자 간 Williamson 합성법으로 만들 수 있습니다. 이는 총 두 단계로 나눌 수 있습니다. 일단 나트륨 금속(Na)이나 NaH 등을 이용하여 알코올(alcohol)로부터 알콕사이드(alkoxide)를 만듭니다.

다음에 알콕사이드가 입체 장애가 적은 1차 alkyl halide 또는 tosylate와 Sn2반응을 하면 에터가 합성됩니다.

윌리엄슨 에터 합성

 

R'는 메틸이거나 1차이어야 하고, ROH는 1차나 2차 알코올이어야 합니다. 3차 알코올이면 제거반응이 일어나기 때문입니다.(R'가 메틸기일 때는 제외) 알코올 + 산(H+) → 에터 1차 알코올 일때 온도를 주의하여야 합니다. 더 높은 온도(180 °C)에서 반응시키면, 제거반응이 일어나서 알켄이 생성되기 때문입니다.

 

amine( R-NH2 or R2NH or R3N )

아민은 염기로 질소 원자에 비공유 전자쌍을 가진 유기화합물입니다. 질소에 결합된 유기치환기 수에 따라 따라 1차 아민, 2차 아민, 3차 아민으로 분류됩니다. 하나의 질소원자에 4개의 탄화수소기 가 결합도 가능합니다. 이때 질소에는 형식적인 양전하가 나타나게됩니다. 이러한 화합물을 사차 암모늄염이라고 합니다.

 

명명법

1차아민은 IUPAC명명법에서 그들의 구조에 따라 여러가지 방법으로 명명됩니다. 간단한 아민은 접미사 -amine을 알킬치환기의 이름 끝에 붙입니다. 또한 -amine은 모체 화합믈명의 마지막 -e대신 사용 될 수 있습니다.

한개이상의 작용기를 가진 아민에는 -NH2를 모체 분자의 아미노(amino)치환기로 취급합니다. 대칭적인 이차,삼차 아민을 알킬기 앞에 접두어 di- 또는 tri-를 더하여 명명합니다.

비대칭적으로 치환된 이차,삼차 아민은 N-치환된 일차 아민으로 명명합니다. 가장 큰 알킬기를 모체명으로 하고 다른 알킬기는 모체의 N-치환기로 취급합니다.

 

아민의 구조와 결합

결합형태는 ammoina와 비슷합니다. 질소원자는 sp3로 혼성화합니다. C-N-C 결합 각은 109도 입니다.

 

아민의 성질

알루미나 촉매 존재하의 methanol과 ammoina의 반응에 의해 간단한 메틸화된 아민을 얻을 수 있습니다. 알코올처럼 다섯개의 탄소 원자들보다 적은 아민들은 일반적으로 물에 잘 녹습니다. 아민은 비슷한 분자량을 갖는 알케인보다 더 높은 끓는점을 가집니다.

 

아민의 염기도

아민의 화학은 질소의 비공유 고립 전자쌍의 존재에 의해 나타납니다. 고립 전자쌍때문에 염기성이며 친핵성입니다. 아민의 염기성은 알코올, 에터, 물 보다 훨씬 큽니다. 염기도를 측정하는 가장 편리한 방법은 대응하는 암모늄 이온의 산도를 살펴보는 것입니다. 강한 염기성 아민은 양성자를 보다 단단히 붙들고 있기 때문에 그것에 대응하는 암모늄 이온은 덜 산성적입니다. 반대로 보다 약한 염기성 아민은 양성자를 덜 단단히 붙들고 있으므로 그것이 대응하는 암모늄이온은 보다 더 산성적입니다.