방향족 화합물에서 전자 치환 반응이 지향성을 나타내는 이유는 무엇인가요?
안녕하세요. 벤젠과 같은 방향족 화합물에서는 첨가반응보다는 전자 치환 반응인 EAS의 지향성을 나타내는 이유는 무엇인지 궁금합니다.
안녕하세요. 네 말씀해 주신 것처럼, 방향족 고리의 안정성을 따질 때 벤젠과 같은 방향족 고리는 π 전자의 공명으로 특별히 안정한데요, 만약 첨가 반응이 일어나면 고리 내의 공명 안정화가 깨지게 되므로, 열역학적으로 불리합니다. 따라서 방향족 화합물은 첨가반응보다는 치환반응을 통해 고리를 보존하면서 반응하는 쪽이 훨씬 안정적인 것이며 EAS에서 수소가 치환되더라도 고리는 방향족성을 유지하므로 반응이 선호되는 것입니다. 또한 이미 고리에 치환기가 존재할 경우, 그 치환기는 전자 밀도의 분포를 바꿔 놓는데요 -OH, -NH₂, -CH₃ 등은 +I 효과나 +M(공명) 효과로 고리의 전자 밀도를 높이며 특히 o, p 위치에 전자 밀도를 집중시켜 전자가 풍부한 부위에서 친전자체가 더 잘 반응하도록 유도합니다. 따라서 이런 치환기는 o-지향성, p-지향성을 보입니다. 반대로 -NO₂, -CF₃, -CN, -COOH 등은 –I 효과나 –M 효과로 전자 밀도를 낮추는데요 o, p 위치에서 양전하가 상대적으로 불안정해지므로 반응성이 억제되고, 대신 m 위치가 상대적으로 안정해져 m-지향성을 보입니다. 마지막으로 EAS 반응은 친전자체가 방향족 고리에 들어가면서 σ-복합체를 형성하며, 이 중간체에서 전하가 어디에 분포할 수 있는지가 곧 반응의 지향성을 결정합니다. 이때 치환기가 전자를 밀어주거나 당기는 성질에 따라 공명 구조에서 양전하가 더 안정한 위치가 달라지기 때문에, 특정 위치가 선호됩니다. 감사합니다.
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