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20.24 : 알켄에 대한 라디칼 항마르코프니코프 첨가: 열역학

알켄에 할로겐화수소를 첨가하는 반마코브니코프 반응은 HBr에서만 열역학적으로 가능합니다. HCl 및 HI와 같은 다른 할로겐화수소와의 라디칼 첨가 반응은 열역학적으로 바람직하지 않습니다.

Figure1

열역학적 요인

온도는 반응의 자발성에 영향을 미치며 이는 깁스 자유 에너지 ΔG의 변화를 기반으로 평가할 수 있습니다. 깁스 자유 에너지의 변화 ΔG가 음수이면 반응은 자발적으로 발생합니다. 아래에 표시된 것처럼 ΔG는 ΔH 및 -TΔS라는 두 항의 값에서 직접 평가할 수 있습니다.

Figure2

HBr을 이용한 항마르코프니코프 첨가의 열역학적 타당성은 라디칼 메커니즘과 관련된 각 전파 단계에서 예측할 수 있습니다.

라디칼 반응의 첫 번째 전파 단계에서 ΔG 부호는 엔탈피와 엔트로피 항 간의 경쟁에 의해 결정됩니다. 더 낮은 온도에서는 HBr 및 HCl을 사용한 라디칼 첨가가 엔탈피 항을 지배합니다. 결과적으로 ΔG는 음수이며 이는 반응이 열역학적으로 유리하다는 것을 나타냅니다. 그러나 고온에서 반응은 흡열성이고 열역학적으로 바람직하지 않습니다. 대조적으로, HI에서는 온도에 관계없이 엔탈피와 엔트로피 항이 모두 양수입니다. 결과적으로 ΔG는 양의 값이 되며, 이는 반응이 열역학적으로 불리하다는 것을 의미합니다.

두 번째 전파 단계에서는 반응물과 생성물 분자의 수가 동일하므로 엔트로피 항은 0에 가깝습니다. 즉, ΔG 부호는 엔탈피 항에 따라 달라집니다. 엔탈피 항이 HBr과 HI에 대해 지배적이기 때문에 반응은 발열성이고 열역학적으로 유리합니다. 그러나 HCl의 경우 ΔG는 양수입니다. 이는 반응이 흡열적이고 열역학적으로 바람직하지 않음을 의미합니다.

요약하면, 반응의 두 가지 전파 단계는 HBr에서만 열역학적으로 유리합니다.

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Anti Markovnikov AdditionHydrogen HalidesHBrHClHIThermodynamic FeasibilityGibbs Free EnergyEnthalpyEntropyRadical MechanismReaction SpontaneityExothermic ReactionEndothermic ReactionThermal Factors

장에서 20:

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