콘쥬게이션 다이엔(Conjugation Diene)

콘쥬게이션 화합물

 

단일 결합과 이중결합이 교대로 들어있는 화합물

(single-double-single-doble)

 

좌측) 콘쥬게이션 되어 있는 화합물   우측) 콘쥬게이션 되어 있지 않은 화합물

 1,3-Butadiene과 Butane의 결합 길이를 비교했을 때, 

 1,3-Butadiene의 길이가 훨씬 짧은 것을 확인할 수있다.

 

길이가 훨씬 짧다는 것은 그만큼 결합의 세기가 강하고 안정하다는 것을 의미한다.

 

콘쥬게이션 다이엔이 안정한 이유는 무엇일까?

 

이는 원자가 결합 이론과 분자 오비탈 이론으로 설명할 수있다.

 

1. 원자가 결합 이론

알케인의 일반적인 C-C 단일 결합은 두 탄소에 존재하는 sp3 오비탈의 시그마 결합의 결과이다.

 

하지만 콘쥬게이션 다이엔 중앙의 C-C 단일 결합은 두 탄소에 있는 sp2 오비탈의 시그마 결합의 결과이다.

 

sp2 (33%) 오비탈은 sp3 (25%) 보다 s의 특성을 더 많이 지니고 있기 때문에,

sp2오비탈에 존재하는 전자들은 핵에 더 가까이 존재하며, 짧고 강한 결합을 형성한다.

따라서 콘쥬게이션 다이엔의 안정성은 C-C 단일 결합을 형성하는 오비탈의 s 특성의 증가로 인한 결과다.

 

2. 분자 오비탈 이론

 

콘쥬게이션 다이엔의 안정성은 두 이중 결합의 파이 오비탈 사이 상호 작용에 의해 발생한다.

 

두 개의 p 원자 오비탈이 파이 결합을 형성하게 되면, 

그 결과 두 개의 파이 MO(molecular orbital)을 형성한다.

 

하나는 처음 p오비탈 보다 낮은 에너지를 가진 결합성 분자 오비탈, 

다른 하나는 p 오비탈보다 에너지가 높고 두 핵 사이에 마디(node)를 가지는 반 결합성 분자 오비탈이다.

두 개의 파이 전자는 낮은 에너지인 결합성 오비탈에 채워지고, 두 원자 사이에서 안정한 결합을 형성한다.

아래- 결합성 오비탈     위-마디를 가지는 반결합성 오비탈

또한 콘쥬게이션은  파이 전자들이 특정한 핵 사이에 편재화되어 있기 보단

비편재화(delocalize)되어 있다고 할 수 있다.

비편재화는 결합 전자들을 핵에 더 가깝게 위치하도록 하며, 에너지를 더 낮추고 큰 안정성을 갖도록 한다.