학문
분자 수준에서 용매가 속도 상수에 영향을 미치는 구체적인 기작은 무엇인가요?
안녕하세요. 동일한 반응이라고 하더라도 극성 용매이거나 비극성 용매임에 따라서 속도 상수는 다르게 나타날 수 있고, 이때 분자 수준에서 용매가 속도 상수에 영향을 미치는 구체적인 기작은 무엇인가요?
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안녕하세요. 말씀해주신 것과 같이 동일한 반응이라도 용매의 극성, 점도, 수소결합 능력 등에 따라 속도상수가 달라질 수 있으며, 이는 분자 수준에서 반응물, 전이상태, 그리고 반응 중간체가 용매 분자와 맺는 상호작용에 의해 결정된다고 할 수 있습니다. 반응에서 전하가 분리되는 과정이 포함될 경우, 극성 용매는 전하를 강하게 둘러싸는 용매화효과를 통해 이를 안정화하는데요 대표적인 예시라고 할 수 있는 SN1 반응에서는 카보양이온이 생성되는데, 극성 프로틱 용매가 양이온을 안정화시켜 Ea를 낮추고, 속도상수를 증가시킵니다. 반대로, 전하 분리를 억제하거나 친핵체를 지나치게 안정화시켜 반응성을 떨어뜨릴 수도 있습니다. 또한 프로틱 용매는 수소결합을 통해 친핵체나 전이상태를 둘러싸 반응성을 크게 바꾸는데요, 예를 들자면 SN2 반응에서는 프로틱 용매가 친핵체를 수소결합으로 둘러싸 반응성이 떨어져 속도상수가 감소할 수 있습니다. 즉, 반응이 일어나는 장소인 용매는 반응물과 전이상태의 상대적 안정화를 달리함으로써 Ea를 조절하고, 동시에 분자의 충돌 빈도와 배향에 영향을 주어 속도상수를 변화시키게 되는 것입니다. 감사합니다.