유기화학개론 | 자유 라디칼(Free Radical)

 

 

 

TIP

 

 

1. 자유라디칼의 구조와 안정성
2. 결합해리에너지
3. 메탄의 염소화반응
4. 메탄의 염소화반응 메카니즘
5. 알케인의 할로젠화 반응
6. 클로로플루오로탄소와 환경문제
7. 알릴자리 할로젠화 반응
8. 알킬벤젠의 자유라디칼 할로젠화 반응
9. 브로민화수소의 알켄에 대한 자유라디칼 첨가반응
10. 알켄의 중합반응

 

 

 

자유라디칼의 구조와 안정성

free radical은 홀전자를 가지는 화학종으로서 홀전자를 가지는 탄소와 결합하고 있는 탄소원자의 수에 따라 일차, 이차, 삼차 라디칼로 구분되며 삼차 라디칼이 가장 안정하다.

 

 

알킬라디칼은 중성이며 carbocation보다 1개의 전자를 더 가지고 있다. 자유라디칼의 안정도의 순서는 carbocation의 안정도의 순서와 같다.

 

 

결합해리에너지

1. homolytic cleavage : 각 원자가 공유하고 있던 결합 전자를 하나씩 가지고 분해되는 것

 

2. heterolytic cleavage : 결합이 끊어질 때 어느 한 쪽의 화학종이 2개의 전자를 모두 가지는 것

 

homolytic cleavage에서 알킬 라디칼을 만드는데 필요한 에너지를 계산하면 알킬 라디칼의 안정도를 평가할 수 있으며 라디칼이 안정할수록 C-H 결합의 균일 분해반응에 라디칼을 형성하는데 필요한 에너지가 낮다. 이를 bond dissociation energy라고 한다. 삼차 라디칼이 가장 안정하므로 삼차 라디칼을 만드는데 필요한 에너지는 가장 작은 값을 가지며 메틸 라디칼이 가장 불안정 하므로 메틸 라디칼을 만드는데 필요한 에너지가 가장 큰 값을 가진다.

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메탄의 염소화반응 메카니즘

1. 개시단계

염소분자가 2개의 염소원자로 해리된다. 이 과정에서 염소라디칼이 생성되며 열을 공급받아야 한다.

 

2. 전파단계 1

염소원자가 메탄으로부터 수소원자를 떼어내어 염화수소가 생성되고 메틸라디칼이 생성된다.

 

3. 전파단계 2

염소분자와 메틸 라디칼이 반응하여 메틸클로라이드를 생성시키고 새로운 염소 라디칼이 생성된다. 이 염소 라디칼은 다시 전파단계 1에서 새로운 메틸 라디칼을 생성시킬수 있으므로 이를 자유라디칼 연쇄반응이라고 한다.

 

4. 종결단계

두 개의 라디칼이 만나면 새로운 화학종이 생기며 연쇄반응은 종결되게 된다.

 

 

클로로플루오로탄소와 환경문제

CFC (chlorofluorocarbon)는 오존층을 파괴한다. CFC중에서 Cl의 라디칼이 오존층을 라디칼 메카니즘을 통하여 파괴하므로 환경문제가 대두되었다. 그러므로 CFC에서 Cl을 H로 대체시킨 HCFC가 CFC의 대체물질로 개발되었다.

 

 

 

[유기화학]자유 라디칼(Free Radical) 시험자료