페놀도 SP2 혼성 탄소에 OH가 붙어 있는 경우인데 산성도가 높은 이유는 무엇인가요?

Question

안녕하세요. 벤젠 고리에 하이드록시기가 결합되어 있는 페놀도 SP2 혼성 탄소에 OH가 붙어 있는 경우인데 일반적인 SP2 혼성탄소에 OH기가 결합된 알코올보다 산성도가 높은 이유는 무엇인가요?

Answer 1

네, 말씀하신 대로 페놀은 벤젠 고리에 붙은 OH기로서, 결합한 탄소가 sp² 혼성을 하고 있다는 점에서는 단순한 알코올과 비슷해 보입니다. 하지만 페놀은 pKa ≈ 10, 반면 에탄올은 pKa ≈ 16으로 알코올에 비해서 산성도가 훨씬 강한데요, 그 이유는 음이온(페녹사이드 이온)의 안정화 여부에 달려 있습니다.

알코올이 H⁺를 잃으면 알콕사이드 음이온(RO⁻)이 생기는데요, 이 음이온의 전하(–)는 산소 원자에만 국한되어 있어서 전하 비편재화가 거의 일어나지 않으며 따라서 불안정한 것이고 산성도 약합니다. 반면에 페놀은 H⁺를 잃으면 페녹사이드 이온(Ph–O⁻)이 되는데요, 이때 음전하가 단순히 산소에 머무는 것이 아니라, 산소–벤젠 고리 사이의 공명을 통해 고리 전체로 피편재화가 가능합니다. 예를 들면, O⁻에서 생긴 전자가 π 전자계로 들어가면서 오르토(2,6 위치)와 파라(4 위치)에 음전하가 분산될 수 있으며 즉, 페녹사이드 이온은 여러 개의 공명 구조로 표현할 수 있습니다. 결과적으로 음전하가 벤젠 고리 전체에 퍼져서 상대적으로 안정화되며 이에 따라서 H⁺를 잃는 반응이 알코올에 비해 훨씬 더 잘 일어납니다. 감사합니다.