이성질체 개념과 종류, 비대칭 유기 촉매 원리, 반응, 실험

 

안녕하세요. EnerTravel입니다. 

 

앞선 시간에서 촉매의 정의와 원리에 대해 알아보았는데요.

2023.04.12 - [EnergyTok/정유·화학] - 화학 촉매 뜻, 촉매 반응 정의와 원리

화학 촉매 뜻, 촉매 반응 정의와 원리

 

오늘은 '이성질체 개념과 종류'와 '유기촉매 반응 원리'에 대하여 쉽게 정리하겠습니다.

 

'이성질체'란?

서로 동일한 원소 구성을 가지지만,

분자 구조나 입체 구조가 다르기에,

상이한 물리적/화학적 성질을 가지는 물질을 말하는 화학 용어입니다.

 

세부 종류로는 아래와 같이 나눌수 있겠습니다.

- 물질을 구성하는 재료는 같으나, 구성하는 방식이 달라 여러 특성이 다른 물질

- 구성 성분만 동일하고 물리적, 화학적으로는 완전히 다른 물질 

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 이성질체 종류 

 

위에서 언급한 바와 같이, '이성질체'란 하나의 물질을 구성(동일 원소) 하나, 구조만 다른 것을 의미하는데 바로 이 구조 및 결합 순서에 따라 아래와 같이 분류합니다.

 

1. 입체 이성질체(stereo isomer)

- 구성 성분은 물론, 결합 순서도 동일해 물리적 성질과 화학적 성질까지 유사

2. 입체 이성질체

- 결합 순서는 같으나, 도표 속 블록 B와 C의 위아래가 뒤집혀 결합되는 형태 등의 Case이며, 입체 이성질체들은 정밀한 실험이나, 입체적 구조에 따라 서로 다르게 반응하는 화학반응이 아니라면 구분하기가 어려움.

2-1. 거울상 이성질체(enantiomer)

- 입체 이성질체 중 거울에 비춘 것과 같이 대칭된 형태로 결합된 모양의 짝으로서, 입체 이성질체 중에서도 매우 특수한 경우로, 특수한 방법을 사용하지 않으면 서로의 물리화학적 특성을 구분할 수 없습니다. 

- ‘카이랄(chiral) 성' : 서로 쌍둥이처럼 같은 형상을 지녔지만 절대 겹쳐질 수는 없는 관계라는 뜻

3. 구조 이성질체

-결합 순서가 아예 달라 비교적 쉽게 구분 가능

 

 촉매의 입체 선택성(stereo selectivity) 

결국 화학 산업에서는 원하는 특성의 물질을 만들어내는 것이 목표일 텐데요. 이는 어떤 촉매를 사용하느냐에 따라 원하는 물질을 만들어내는 '촉매의 입체 선택성'에 주목하게 됩니다. '촉매의 입체 선택성'이란 입체적인 장애(steric hindrance)를 형성하여 한 종류의 입체 이성질체만을 생성하여 그저 반응 속도만을 빠르게 하는 것이 아닌 좀 더 순수하고 보다 고부가가치의 화학 물질을 생산하기 위한 과정입니다.

 

촉매의 입체 선택성으로 더 순수한 물질을 추출하고자 하는 노력으로서, 입체 선택성은 촉매의 공간적 점유로 인한 반응 구조 제어에 기반하고 있기 때문에 원하는 특정 입체 구조를 가지는 물질을 생성하는 것만이 아니라 제한된 공간으로 인해서 생기는 고분자의 배열, 주사슬에서 뻗어 나온 가지의 방향, 고분자의 분자량과 분포 등의 화학 물질의 여러 특성에 영향을 미칩니다. 

 

특히 유기촉매의 개발로 거울상 이성질체를 지닌 유기물질 중 원하는 반응만을 선택적으로 얻는 ‘비대칭 유기촉매반응’을 유도할 수 있었는데요. 특히 거울상 이성질체 중 선택적으로 필요한 성분만을 취해야 할 필요성이 대두되었습니다. 둘 중 약효가 있는 하나만을 선택적으로 만드는 것을 비대칭 합성이라고 하고 이때 사용하는 촉매를 ‘비대칭 촉매', 그중 탄소를 기반으로 한 유기분자로 구성된 것을 ‘비대칭 유기촉매’라고 합니다.   

 

오늘은 '이성질체 개념과 종류'와 '유기촉매 반응 원리' 정리였습니다.
다음 글에서는 '탄화수소 종류, 결합, 특성, PONA 함량'을 알아보겠습니다.

2024.05.12 - [EnergyTok/정유·화학] - 탄화수소 종류, 탄화수소 결합, 분류, 특성, PONA 함량

탄화수소 종류, 탄화수소 결합, 분류, 특성, PONA 함량