[유기 화학] 1-3. 공명(resonance)

영상 강의

 

 

 

 

공명이란?

골격구조식으로 다음과 같은 화합물을 나타내보았다.

그러나 정말 저 화합물이.. 두 탄소가 2중결합을 형성하고, 남은 한 탄소가 양전하를 가지는 걸까???

 

실제로는 2개의 전자가 세 개의 탄소의 p오비탈에 퍼져 있고, 

이에 따라 양전하도 부분전하처럼 퍼져있을 것이다.

2중결합(1), 단일결합(1)보다는 2개의 1.5중결합인 셈이다. 

 

이러한 화합물의 상태를 나타내기 위해 공명구조를 이용한다.

저렇게 괄호와 화살표로 나타내면 된다.

혹은 resonance hybrid를 이용하기도 한다.

 

 

 

 

공명구조에 대해 주의할 점이 있다.

 

★ 실제로 두 상태를 왔다갔다하는게 아니다!!

실제로는 resonance hybrid에 가까운, 두 상태의 combination이다.

 

★모든 공명구조가 똑같이 기여하는게 아니다

더 안정해서 많이 기여하는/ 덜 기여하는 구조가 있다

 

 

 

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전자가 어디에 퍼져 있는지 파악하기 위해, 공명구조를 나타내기 위해

resonance pattern에 대해 알아보자

 

 

 

 

 

Resonance pattern

 

 

<공명에서 화살표 주의점>

 

0. 실제 전자의 움직임이 아니다!!

    전자가 어디에 spread 되어 있나.. hybrid를 찾기 위함이다.
    반응메커니즘은 실제 전자의 흐름이지만, 공명은 아니라는 거!!

 

1. 화살표의 시작과 끝을 명확히 해야한다!

 

2. 화살표는 '전자'의 이동이다. 양전하 등XXXXXXX

    파이결합이나, 고랍전자쌍 등 전자가 있는 곳에서 출발한다   

    ※공명에서 단일결합은 X. 결합이 깨지면 다른 분자가 되니까..

 

3. (2주기에서) 옥텟규칙을 넘어서는 안 된다  ex. 5개의 팔

    부족한 것은 가능하다 ex.C+는 3개의 팔만 가지고, 괜찮음

 

4. 원자의 배열이 유지된다

    그래서 단일 결합인 시그마 결합은 깨지지 않는다

 

 

 

 

 

<Resonance Pattern>

처음엔 낯설 수 있지만, 자꾸 하다보면 구구단처럼 익숙해집니다!

 

형식전하의 위치가 바뀌는 것에 유의해야 합니다

 

1. allylic lone pair

2. allylic carbocation (C+)

3. carbocation(C+) 인접 lone pair

4. electonegativity 다른 원자 사이 pi bond 

5. aromatic

 

 

 

 

 

<Resonance 구조들의 상대적 기여도>

모든 resonance 구조가 동등한 것은 아니다

더 많이 기여하는 구조가 있다

 

 

 

아래와 같은 순서대로 고려한다

 

1순위. Octet을 최대한 만족할수록 

C+는 옥텟을 만족하지 못하기 때문에 상대적으로 낮은 기여도를 가진다

 

2순위. Formal charge가 적을수록

 

 

3순위. 전기음성도에 상응하게 formal charge가 배치될수록

 

**헷갈릴 수 있는 case**

1순위 vs 3순위

C+가 O+보다 전기음성도가 작아 양전하가 위치하기 좋을 것 같지만(3순위 유리),

C+는 옥텟을 만족하지 못하기 때문에(1순위 불리)

차라리 O+가 안정하다

 

 

※자주 하는 실수: formal charge 표시

formal charge가 다른 원자로 옮겨갈 때, 표시하는 걸 까먹지 말기!!

 

 

 

 

 

 

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Delocalized vs Localize Lone pair
delocalized lone pair의 오비탈

공명에 참여하는 lone pair는 p 오비탈에 위치해서, 다른 원소의 p오비탈에 걸쳐 전자가 spread 된다.

 

따라서 p 오비탈이 있기 위해, sp2 혼성화가 된다!!

SN=4여도, sp3가 아니라 sp2 혼성화가 된다.

따라서 trigonal planar 구조를 가진다.

 

 

한편, p 오비탈이 아니라 sp2 오비탈에 존재하는 lone pair는 공명에 참여할 수 없다.

위 그림에서,

N이 C와 이중결합을 이루며, p 오비탈이 공유 전자쌍을 가지기 때문에, 고립전자쌍은 sp2 오비탈에 위치하게 된다.

따라서 다른 원소의 p 오비탈에 걸쳐 존재할 수 없다.

이 경우엔 localized lone pair이다.