구성이성질체(Constitutional Isomer) : 분자 내 원자들의 연결순서가 다른 이성질체
입체이성질체(Stereo Isomer) 혹은 배치이성질체(Configurational Isomer) :
• 원자의 연결순서는 동일, 공간 상에서 원자의 배열방향이 서로 다른 이성질체
• 원자에 결합된 치환기의 배열이 다른 이성질체
이성질체(Isomer) : 같은 분자식을 가지고 있으나 서로 다른 화합물
카이랄(Chiral) : 서로 거울상이나 겹치지 않는(Chiral성을 갖는) 물체
※ 거울상 이성질체(Enantiomer) : 서로 거울상이나 겹쳐지지 않는 입체이성질체
대칭면(Plane of Symmetry) : 물체 내부의 반쪽이 다른쪽 반쪽의 거울상이 되는 면
대칭중심(Center of Symmetry) : 한 점을 중심으로 물체의 같은 성분들이 동일한 거리 만큼 정반대 방향에 존재하는 위치
※ 만일 물체가 한 개 이상의 대칭 요소를 가지고 있으면 비카이랄임.
즉, 대칭요소를 가지고 있지 않는 물질은 Chiral임.
Chiral 중심 : 4개의 다른 치환기가 결합되어 있는 중심원자
입체중심 : 2개의 치환기를 서로 교환하여 입체이성질체가 되는 중심
1. 카이랄 중심에 결합된 원자의 번호가 클수록 높은 우선 순위
2. 카이랄 중심에 직접 결합된 원자로 비교가 안되면 두 번째 쌍을 살펴보고 우선순위가 결정될 때까지 계속 비교
3. 다중결합의 경우 결합과 같은 수만큼의 ‘가상’의 원자들이 단일 결합으로 취급 우선순위 규칙(Priority Rule)
1. 번호배정 : Chiral 중심원자를 정하고, 4개의 치환기 중 우선순위가 가장 높은 것(1)부터 가장 낮은 것(4)까지 번호를 배정
2. 가장 낮은 우선순위(4)의 치환기를 가장 멀리 배치 3. 우선순위가 낮은 방향으로 호칭[(1)→(3)]
가장 높은 것부터 순서대로 세 개의 치환기들을 순서대로 호칭
4. 치환기 호칭의 순서가 시계 방향 → R(라틴어의 retus, 똑바로, 올바른) 반시계 방향 → S(라틴어의 sinister, 왼쪽)
Chiral 중심의 R 혹은 S 배열을 정하는 방법(R, S 방식)
가장 낮은 우선순위의 치환기가 보는 사람으로 부터 가장 멀리 있게 배치
A. 거울상이성질체와 부분입체이성질체
1. n개의 Chiral 중심을 갖는 분자는 최대 2n개의 입체이성질체가 가능 2. 부분입체 이성질체 : 서로 거울이성질체가 아닌 입체이성질체
(2R,3R)- (2S,3S)- (2R,3S)- (2S,3R)- 부분입체 이성질체
2,3,4-Trihydroxybutanal
2,3,4-Trihydroxybutanal 부분입체 이성질체
B. 메조화합물
분자 내에 2개 이상의 카이랄 중심이 존재
내부에 거울면(대칭중심) → 비카이랄 화합물
2개의 Chiral 중심은 각각 R과 S임.
매조화합물(Meso Compound)
(2R,3R)-Tartaric acid (2S,3S)-Tartaric acid (2R,3S)-Tartaric acid (2S,3R)-Tartaric acid
C. Fischer 투영식
Fischer 투영식에서 Chiral 중심에 수직 : 치환기가 지면의 뒤쪽
Fischer 투영식에서 Chiral 중심에 수평 : 치환기가 지면의 앞쪽
Fischer 투영식에서는 90도 회전을 하면 안됨.
Fischer 투영식(Fischer Projection) : 분자의 2차원적 투영방법
A. Cyclopentane의 유도체
2 개의 Chiral 중심 ㆍ4개의 입체이성질체
cis형, trans형 : Chiral ㆍcis형, trans형 : 서로 부분입체이성질체 예 1 (2-Methylcyclopentanol)
2 개의 Chiral 중심
trans형 이성질체 : Chiral
cis형 이성질체 : 비카이랄 예 1 (1,2-Cyclopentanediol)
• 3개의 입체이성질체
• trans형 이성질체 : Meso 화합물
이성질체 연결순서 배열방향 회전각
구성 ★
입체(배치) ★
형태 ★
이성질체 간의 상호관계
거울상이성질체 부분입체이성질체
전자기파 : 전기장과 자기장이 수직인 파동을 이루면서 Z축으로 진행
빛 : 전자기파로서 진행방향과 수직인 모든 평면 안에서 진동하는 파동들로 구성
방해석 혹은 Polaroid지는 한 특정면에서 진동하는 광파만 선택적으로 투과
A. 평면 편광
전기장 자기장
x
y
z 평면 편광 : 단일 평면 내에서 진동하는 빛(오른쪽과 왼쪽 원편광의 혼합)
B. 편광계(Polarimeter)
평면 편광의 회전 정도는 편광계(Polarimeter)라는 기기로 측정
광학활성 유기물의 용액을 시료관에 넣고 평면 편광을 통과 → 편광의 회전 발생 → 빛의 회전 정도를 분석기(analyzer)를 이용하여 측정
※ 광학 활성 : 편광 평면을 회전시키는 성질 광회전도의 측정
특정 시료관 길이와 시료 농도에서 측정된 관찰 회전도로 정의
광회전도는 측정 온도와 빛의 파장에 따라 달라짐. ([α]Tλ)
• 표준 시료관 길이 : 1 dm(10cm)
• 농도 : g/mL(용매에 녹아 있는 경우 → g/100mL)
• 측정회전도 : 우회전성(+), 좌회전성(─)
거울상 이성질체 : 평면 편광의 회전 정도는 동일하나 서로 반대 방향으로 회전시킴 고유 광회전도([α]D) : 광학활성 화합물의 고유한 물리적 상수
B. 편광계(Polarimeter)
B. 편광계(Polarimeter)
광학적 순도(Optical Purity)
거울상 초과량(ee) : 혼합액에 들어 있는 두 개의 거울상이성질체 백분율 차이
두 개의 거울상이성질체 가 같은 양으로 혼합된 용액
고유 광회전도 = 0˚ → 광학적으로 비활성
Racemic 혼합물임을 나타내기 위해 화합물 이름 앞에 (±)를 붙인다.
라세미 혼합물(Racemic Mixture)
거울상이성질체 혼합물의 조성 표현 방법
C. Racemic Mixture D. 광학적 순도(거울상 초과량)
C. Racemic Mixture D. 광학적 순도(거울상 초과량)
