14.4 : 카르복실산 유도체의 구조

카르복실산 유도체의 구조

카르복실산 유도체에는 염소, 산소 또는 질소와 같은 헤테로원자에 부착된 아실기가 포함되어 있습니다. 카르보닐 탄소와 산소는 둘 다 sp_2 혼성과 비어있는 p 오비탈로 구성됩니다.

카르보닐 탄소의 3개 sp_2 오비탈은 3개의 σ 결합을 형성하는데, 각각 하나는 카르보닐 산소, α 탄소 및 헤테로원자로 구성되는 반면, 카르보닐 산소의 나머지 2개 sp_2 오비탈은 고립 전자쌍으로 채워집니다. 또한, 카르보닐 산소와 탄소의 비어있는 p 오비탈이 겹쳐서 π 결합을 형성합니다.

카르보닐 탄소에 부착된 세 개의 원자는 동일한 평면에 놓여 삼각 평면 기하학을 나타냅니다. 결합각은 약 120°이고 탄소-산소 결합 길이는 1.21Å입니다.

공명 안정화

산 유도체에서 전자는 카르보닐 탄소, 산소 및 헤테로원자 전체에 걸쳐 비편재화됩니다. 따라서 모든 산 유도체는 공명에 의해 안정화되며, 안정화 정도는 헤테로원자의 전기음성도에 따라 달라집니다.

질소는 산소보다 전기음성도가 낮기 때문에 카르보닐 탄소와 질소 사이에 π 결합을 형성하는 전자를 끄는 카르보닐기와 비공유 전자쌍을 쉽게 공유합니다. 결과적으로 양전하는 질소에 더 잘 수용되어 아미드를 더 많이 안정화시킵니다.

결과적으로, 탄소-질소 결합은 부분 이중 결합 특성을 나타내며, 여기서 질소 원자는 sp_2 혼성이고 평면형입니다.

평면형 구조는 탄소-질소 결합에 대한 회전을 촉진하여 2차 및 3차 아미드가 E 및 Z 형태를 채택할 수 있도록 합니다. 부피가 큰 그룹 사이의 반 데르 발스 반발력이 최소화되므로 Z 형태가 선호됩니다.

부분 이중 결합의 존재는 71 kJ/mol의 높은 회전 에너지 장벽을 부과하여 탄소-질소 결합에 대한 자유 회전을 제한합니다. 따라서 탄소-탄소 단일 결합에 대한 회전에 비해 부분 탄소-질소 이중 결합 주변에서는 E와 Z 컨포머 간의 상호 변환이 느립니다.

니트릴의 구조

모든 카르복실산 유도체에는 카르보닐기가 포함되어 있습니다. 그러나 니트릴에는 탄소 원자가 질소 원자에 삼중 결합된 시아노 그룹이 있으며 두 원자 모두 sp 혼성화되어 있습니다. 이는 결합각이 180°이고 탄소-질소 결합 길이가 1.16Å인 선형 형상을 보여줍니다.