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6.9:

SN2 ๋ฐ˜์‘: ์ „ํ™˜ ์ƒํƒœ

JoVE Core
Organic Chemistry
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JoVE Core Organic Chemistry
SN2 Reaction: Transition State

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SN2 ๋ฐ˜์‘์€ ๋‰ดํด๋ ˆ์˜คํ•„์ด ๋’ค์ชฝ์—์„œ ๊ธฐํŒ์„ ๊ณต๊ฒฉํ•˜๋Š” ๋™์•ˆ, ๊ทธ ๋ฐ˜๋Œ€์ชฝ์—์„œ ์ดํƒˆ๊ตฐ์˜ ๋™์‹œ ์†์‹ค๊ณผ ํ•จ๊ป˜ ๊ฒฐํ•ฉ๋œ ๋ฉ”์ปค๋‹ˆ์ฆ˜์„ ๋”ฐ๋ฅธ๋‹ค. ์ด๋Š” ์ œ๊ณฑ ๋Œ€๊ด„ํ˜ธ ๋‚ด์— ํ‘œ์‹œ๋˜๋Š” ์ „ํ™˜ ์ƒํƒœ๋ฅผ ํ†ตํ•ด ๋ฐœ์ƒํ•ฉ๋‹ˆ๋‹ค. ๊ตฌ์กฐ๋Š” 5๊ฐœ์˜ ๋‹จ์— ๋ถ™์–ด ์žˆ๋Š” ์ „๊ธฐ์„ฌ์œ ๋ฅผ ํฌํ•จํ•ฉ๋‹ˆ๋‹ค: 3๊ฐœ์˜ ์น˜ํ™˜, 1๊ฐœ์˜ ๋‰ดํด๋ ˆ์˜คํ•„, ๋ฐ 1๊ฐœ์˜ ๋– ๋‚˜๋Š” ๋‹จ. ๋‰ดํด๋ ˆ์˜คํ•„๊ณผ ๋– ๋‚˜๋Š” ๊ทธ๋ฃน์€ ๋ถ€๋ถ„์ ์œผ๋กœ ๊ฒฐํ•ฉ๋˜๊ณ , ๋‘ ๊ทธ๋ฃน ๋ชจ๋‘ ๋ถ€๋ถ„์ ์ธ ์Œ์ „ํ•˜๋ฅผ ์ „๋‹ฌํ•œ๋‹ค. ์ „ํ™˜ ์ƒํƒœ๋Š” ์ค‘๊ฐ„ ์ƒํƒœ๊ฐ€ ์•„๋‹ˆ๋ฏ€๋กœ ๊ฒฉ๋ฆฌํ•  ์ˆ˜ ์—†์Šต๋‹ˆ๋‹ค. ๊ทธ๊ฒƒ์€ ํ‰๋ฉด ๋ฐฐ์—ด์— ์„ธ ๋Œ€์ฒด์™€ ์‚ผ๊ฐ ๋ฐ”์ด ํ”ผ๋ผ๋ฏธ๋“œ ํ˜•์ƒ์„ ๊ฐ€์ง€๊ณ ์žˆ๋‹ค. ๋‰ดํด๋ ˆ์˜คํ•„๊ณผ ์ดํƒˆ๊ตฐ์€ 180ยฐ ๋–จ์–ด์ ธ ํ‰๋ฉด์— ์ˆ˜์ง์œผ๋กœ ๋ฐฐ์น˜๋œ๋‹ค. ๋Œ€์ฒด์ฒด๋Š” ๋‰ดํด๋ ˆ์˜คํ•„๊ณผ ์ดํƒˆ๊ตฐ ๋ชจ๋‘์—์„œ 90ยฐ๊ฐ๋„๋กœ ๋œ๋‹ค. ์ด๊ฒƒ์€ ๋ฐ˜์‘ ํ†ต๋กœ์— ์žˆ๋Š” ์ตœ๊ณ  ์—๋„ˆ์ง€์— ๋ถˆ์•ˆ์ •ํ•œ ๊ตฌ์กฐ๋ฌผ๋กœ ์ด๋Œ์–ด ๋‚ด๋Š” ํ˜ผ์žก์„ ์ฆ๊ฐ€ํ•ฉ๋‹ˆ๋‹ค. ์ „ํ™˜ ์ƒํƒœ์˜ ์—๋„ˆ์ง€๋Š” SN2 ๋ฐ˜์‘์˜ ์†๋„์— ์˜ํ–ฅ์„ ๋ฏธ์นฉ๋‹ˆ๋‹ค. ์ „์ด ์ƒํƒœ ์—๋„ˆ์ง€๊ฐ€ ๋†’์„์ˆ˜๋ก ํ™œ์„ฑํ™” ์—๋„ˆ์ง€๊ฐ€ ํด์ˆ˜๋ก ๋ฐ˜์‘ ์†๋„๊ฐ€ ๋‚ฎ์•„์ง‘๋‹ˆ๋‹ค. ๋ฐ˜์‘ ์†๋„๋Š” ๋˜ํ•œ ์„ธํฌ์„ฑ ๋ฐฉํ•ด์— ์˜ํ•ด ์˜ํ–ฅ์„ ๋ฐ›์Šต๋‹ˆ๋‹ค, ๋‰ดํด๋ ˆ์˜คํ•„์ด ์ „๊ธฐ ์‹ฌ์žฅ ์„ผํ„ฐ๋ฅผ ๊ณต๊ฒฉํ•˜๋Š” ์šฉ์ด์„ฑ์„ ์˜๋ฏธ. ์•ŒํŒŒ ์นด๋ณธ์— ์•Œํ‚ฌ ๋Œ€์ฒด๊ฐ€ ์ฆ๊ฐ€ํ•˜๋ฉด, ์น˜๋ช…์ ์ธ ์žฅ์• ๋ฌผ์ด ์ฆ๊ฐ€ํ•˜๊ณ , ๋”ฐ๋ผ์„œ, ๋“ค์–ด์˜ค๋Š” ๋‰ดํด๋ ˆ์˜คํ•„๋กœ ๋ฐ˜๋ฐœํ•˜๋Š” ๋ฐ˜ ๋ฐ๋ฅด ๋ฐœ์Šค. ์˜ˆ๋ฅผ ๋“ค์–ด, ๋ฉ”ํ‹ธ ํ• ๋ผ์ด๋“œ์™€ ๋ชจ๋“  ๊ธฐ๋ณธ ํ• ๋ผ์ด๋“œ๋Š” ๊ฐ€์žฅ ์ ์€ ์Šคํ‹ฐ๋ฆญ ๋ฐ˜๋ฐœ์„ ์ œ์‹œํ•˜๊ณ , ๋ฐ˜์‘์€ ๋” ๋นจ๋ฆฌ ์ง„ํ–‰๋ฉ๋‹ˆ๋‹ค. ๋น„๊ต์—์„œ, ๋‘ ๋ถ€ํ”ผ๊ฐ€ ํฐ ๊ทธ๋ฃน์„ ๊ฐ€์ง„ ๋ณด์กฐ ํ• ๋ผ์ด๋“œ๋Š” ์ฆ๊ฐ€ ๋œ steric ๋ฐ˜๋ฐœ๋กœ ์ด๋Œ์–ด ๋‚ด๊ณ , ๊ฒฐ๊ณผ์ ์œผ๋กœ ๋ฐ˜์‘์„ ๋Š๋ฆฌ๊ฒŒ ํ•ฉ๋‹ˆ๋‹ค. ์‚ผ์ฐจ ํ• ๋ผ์ด๋“œ์—์„œ, 3๊ฐœ์˜ ๋ถ€ํ”ผ๊ฐ€ ํฐ ๋‹จ์€ SN2 ๊ธฐ๊ณ„์žฅ์น˜์— ์˜ํ•ด ์‹ค์งˆ์ ์œผ๋กœ ๋ถˆ๋ฐ˜์‘์„ฑ ๊ธฐํŒ์„ ๋งŒ๋“œ๋Š” ๋‰ดํด๋ ˆ์˜คํ•„๊ณต๊ฒฉ์„ ๋ฐฉํ•ดํ•ฉ๋‹ˆ๋‹ค. ์ถ”๊ฐ€์ ์œผ๋กœ, 1 ์ฐจ์ ์ธ halide์˜ ์ฆ๊ฐ€ํ•œ ฮฒ ์•Œํ‚ฌ ๋Œ€์ฒด๋Š” SN2 ๋ฐ˜์‘์„ ๊ฒช์ง€ ์•Š๋Š” ๋ถ„์ž๋ฅผ ๋งŒ๋“œ๋Š” steric ๋ฐ˜๋ฐœ์„ ์ฆ๊ฐ€์‹œํ‚ต๋‹ˆ๋‹ค.

6.9:

SN2 ๋ฐ˜์‘: ์ „ํ™˜ ์ƒํƒœ

์•Œํ‚ฌ ํ• ๋ผ์ด๋“œ์˜ SN2๋ฐ˜์‘์€ ์ค‘๊ฐ„์„ ํ˜•์„ฑํ•˜์ง€ ์•Š๊ณ  ์ „์ด ์ƒํƒœ๋ฅผ ํ†ตํ•ด ๋™์‹œ์— ๋ฐœ์ƒํ•˜๋Š” ๋‰ดํด๋ ˆ์˜คํ•„๊ณผ ๊ธฐํŒ ๋ฐ ๊ฒฐํ•ฉ ์‚ฌ์ด์˜ ๊ฒฐํ•ฉ ํ˜•์„ฑ์ด ๋™์‹œ์— ๋ฐœ์ƒํ•˜๋Š” ๋‹จ์ผ ๋‹จ๊ณ„ ๊ณต์ •์ด๋‹ค.

๋‰ดํด๋ ˆ์˜คํ•„์ด ๊ณ ๋…ํ•œ ์Œ์œผ๋กœ ์ „๊ธฐ ์„ฌ์œ ์— ์ ‘๊ทผํ•  ๋•Œ, ๋„™์น˜๋Š” ๋– ๋‚˜๋Š” ๊ทธ๋ฃน์œผ๋กœ ์ž‘์šฉํ•˜๊ณ  ํƒ„์†Œ์— ๊ฒฐํ•ฉ๋œ ์ „์ž ์Œ์œผ๋กœ ๋ฉ€๋ฆฌ ์ด๋™ํ•ฉ๋‹ˆ๋‹ค. ์ ์„  ๋ถ€๋ถ„ ์ฑ„๊ถŒ์€ ์ด ๋ฉ”์ปค๋‹ˆ์ฆ˜์„ ๋ฌ˜์‚ฌํ•˜๊ธฐ ์œ„ํ•ด ์ „ํ™˜ ์ƒํƒœ์—์„œ ํ˜•์„ฑ๋˜๊ฑฐ๋‚˜ ๋ถ€์„œ์ง€๋Š” ์ฑ„๊ถŒ์„ ๋‚˜ํƒ€๋‚ด๋ฉฐ ๊ตฌ์กฐ๋Š” ์ œ๊ณฑ ๊ด„ํ˜ธ ๋‚ด์— ๋™๋ด‰๋ฉ๋‹ˆ๋‹ค.

์ „ํ™˜ ์ƒํƒœ๋Š” ๋งค์šฐ ๋ถˆ์•ˆ์ •ํ•˜๋ฉฐ ์‹ ์†ํ•˜๊ฒŒ ๋ฐ˜์‘ํ•˜์—ฌ ์ œํ’ˆ ์ƒํƒœ์— ๋„๋‹ฌํ•˜๊ธฐ ์œ„ํ•ด ์ ๊ทน์ ์œผ๋กœ ์„ ํ˜ธ๋ฉ๋‹ˆ๋‹ค. ์ „ํ™˜ ์ƒํƒœ์˜ ํ˜•์ƒ์€ ๊ฒฐํ•ฉ ๊ฐ๋„๊ฐ€ ๊ฐ์†Œ๋œ ์‚ผ๊ฐ ๋ฐ”์ดํ”ผ๋ผ๋ฏธ๋“œ์ž…๋‹ˆ๋‹ค. ์ด๋กœ ์ธํ•ด ๋ฐ˜ ๋ฐ๋ฅด ๋ฐœ์Šค ๋ฐ˜๋ฐœ๋กœ ์ด์–ด์ง€๋Š” ์Šคํ…Œ๋ฆญ ๋ฐ€๋ง์ด ๋ฐœ์ƒํ•˜๋ฉฐ, ์ „ํ™˜ ์ƒํƒœ๋ฅผ ํ˜•์„ฑํ•˜๊ธฐ ์œ„ํ•œ ํ™œ์„ฑํ™” ์—๋„ˆ์ง€์˜ ์ฆ๊ฐ€๊ฐ€ ๋ฐœ์ƒํ•ฉ๋‹ˆ๋‹ค. ์ด๊ฒƒ์€ ๊ถ๊ทน์ ์œผ๋กœ ๋ฐ˜์‘์˜ ๋น„์œจ์— ์˜ํ–ฅ์„ ๋ฏธ์นฉ๋‹ˆ๋‹ค. ๋”ฐ๋ผ์„œ ํ™œ์„ฑํ™” ์—๋„ˆ์ง€๊ฐ€ ๋†’์„์ˆ˜๋ก ๋ฐ˜์‘ ์†๋„๊ฐ€ ๋Š๋ฆฝ๋‹ˆ๋‹ค.

์•Œํ‚ฌ ํ• ๋ฆฌ๋ฐ์Šค์— ๋Œ€ํ•œ ๋Œ€์ฒด๋Š” ๋‰ดํด๋ ˆ์˜คํ•„์„ฑ ๊ณต๊ฒฉ์— ๋Œ€ํ•œ ์ ‘๊ทผ์„ฑ์„ ์ค„์ด๋Š” ๋ฐ ๊ฑธ๋ฆฌ๋Š” ์น˜๋ช…์ ์ธ ๋ฐฉํ•ด๋ฅผ ์ฆ๊ฐ€์‹œํ‚ต๋‹ˆ๋‹ค. ๋˜ํ•œ ์ „ํ™˜ ์ƒํƒœ์˜ ํ˜ผ์žก๊ณผ ์—๋„ˆ์ง€๋ฅผ ์ฆ๊ฐ€์‹œํ‚ต๋‹ˆ๋‹ค. ๋”ฐ๋ผ์„œ, SN2๋ฐ˜์‘์„ ๊ฒช๊ณ  ์žˆ๋Š” ์•Œํ‚ฌ ํ• ๋ฆฌ๋“œ์— ๋Œ€ํ•œ ๋ฐ˜์‘์„ฑ ์ˆœ์„œ๋Š” ๋‹ค์Œ๊ณผ ๊ฐ™๋‹ค.

๋ฉ”ํ‹ธ ํ• ๋ผ์ด๋“œ (๊ณ ๋ฐ˜์‘์„ฑ) > 1 ์ฐจ ์šฉ ํ• ๋ผ์ด๋“œ > ๋ณด์กฐ ๋„™์น˜ > ฮฒ ๋Œ€์ฒด ํ• ๋ผ์ด๋“œ > ์‚ผ์ฐจ ๋„™์น˜ (์‹ค์งˆ์ ์œผ๋กœ ๋ฐ˜์‘ํ•˜์ง€ ์•Š์Šต๋‹ˆ๋‹ค).