전자인출군

Electron-withdrawing group

전자 인출 그룹(Electron-drawing group, EWG)은 전자 밀도를 자신을 향해 그리고 인접한 다른 원자들로부터 멀리 끌어낼 수 있는 능력을 가진 그룹 또는 원자입니다.[1] 이 전자 밀도 전달은 종종 공명 또는 유도 효과에 의해 이루어집니다. 전자 인출 그룹은 다양한 화학 공정에 중요한 영향을 미칩니다. 전자 전달의 맥락에서 이 그룹들은 부착된 종의 산화력 경향을 향상시킵니다. 예를 들어 테트라시아노에틸렌은 전자 인출기인 4개의 시아노 치환기에 부착되어 산화제 역할을 합니다.[2] 산-염기 반응에서 전자 인출기를 갖는 산은 높은 산 해리 상수를 나타내며, 특히 벤조산의 경우 Hammett 방정식을 사용하여 이러한 효과를 정량적으로 설명할 수 있습니다.[1] 친핵성 치환반응에 있어서는 전자인출기가 약한 친핵체에 의한 공격을 받기 쉽습니다. 예를 들어, 클로로디니트로벤젠은 클로로벤젠에 비해 염화물을 대체하는 반응에 취약합니다.[3] 또한 전자 인출 치환기는 루이스 산도를 향상시켜 루이스 산에 비해 화합물의 반응성을 높입니다. 예를 들어, 불소는 메틸보다 강한 전자 인출 치환기로서 트리메틸보란에 비해 삼불화붕소의 루이스 산도가 증가합니다. 전자 인출 그룹은 또한 루이스 염기성을 감소시키는 경향이 있습니다.[4]

고분자 태양 전지에서 DPQCFF로3 변형된 전자 인출 그룹 DPQ의 통합은 개방 회로 전압을 향상시켜 전자 공여 화합물과 연결하여 퀴녹살린 기반 고분자를 만듭니다.[5] 한편, 인돌린 염료에 전자 인출기를 첨가하면 산화 전위가 향상되어 빛-전기 변환이 향상되고 태양 전지 성능이 향상됩니다.[6]

전자인출 그룹은 전자인출 그룹과 많이 다릅니다. 그러나 둘 다 작용기이지만, 전자를 끌어당기는 그룹은 분자로부터 전자 밀도를 끌어당기는 능력이 있고, 전자를 공여하는 그룹은 분자로부터 전자 밀도를 밀어내는 능력이 있습니다.

적용들

광발전 응용 프로그램

고분자 태양전지의 영역에서 중요한 역할을 하는 것은 2,3-디페닐퀴녹살린(DPQ)이라는 전자 인출 그룹의 통합입니다. DPQ는 여러 CF3 및 F 그룹을 포함하는 전자 인출 유도체인 DPQCFF로3 변환됩니다. 이 변형된 분자는 전자 공여 화합물인 인다세노디티오펜(IDT) 및 인다세노디티오펜[3,2-b]티오펜(IDTT)과 연결되어 퀴녹살린계 공액 중합체를 생성합니다. DPQCFF의3 전자 인출 특성은 고분자 태양 전지 내의 개방 전압을 높입니다. 이러한 공액 폴리머의 합성은 스틸 커플링 반응을 통해 이루어집니다.[8]

인돌린 염료에 전자 인출 그룹을 추가하면 산화 전위가 증가합니다(Eox). 이러한 증가는 빛을 전기로 변환하는 효율(IPCE)을 향상시켜 전류 출력(Jsc)을 높입니다. 이 향상된 기능은 태양 전지 성능을 향상시키는 핵심입니다.[9]

다른 화합물에 대한 영향

산도에 미치는 영향

불소의[10] 전자 인출 유도 효과에 의해 안정화된 플루오로아세테이트 음이온

전자 인출 그룹(EWG)의 존재는 공유 결합에 "유도" 또는 "전자를 끌어당기는" 효과를 발휘합니다. 플루오로아세테이트 음이온에서 전기 음성 불소 원자는 전자 밀도를 자기 쪽으로 끌어당겨 탄소 원자에 부분적인 양전하를 일으킵니다. 이 양전하는 카르복실레이트 음이온을 안정화시켜 상응하는 카르복실산의 산성도를 증가시킵니다. 이런 맥락에서 불소는 전자 인출기 역할을 합니다.[10]

전자 인출기의 강도는 카르복실산의 pKa에 반비례합니다.[10]

귀납적 효과는 누적적입니다.[10]

산도는 전자 인출과 카르복실기 사이의 거리가 멀수록 감소하고 시그마 결합이 많아집니다.[10]

벤젠 고리에 미치는 영향

벤젠 고리의 치환기는 친전자성 방향족 치환기에 추가적인 치환기의 배치에 영향을 미칩니다. 이는 유도 효과와 공진 효과에 의해 결정되며, 이는 전기 음성성과 관련이 있으며 메타 또는 오르토-파라 방향 특성을 초래할 수 있습니다.[11]

오르토파라 치환을 위한 공명 형태가 덜 안정적이기 때문에 주요 제품은 메타입니다.[11]

이 두 번째 치환의 속도는 원래 벤젠의 속도보다 낮으므로 EWG는 비활성화라고 불립니다.[11]

전자 공여 그룹과의 비교

전자 공여기(EDG)는 분자에 전자를 공여하여 반응성과 친핵성을 향상시키는 작용기입니다. EDG가 존재할 때, 그것은 두 가지 방법으로 분자에 영향을 미칠 수 있습니다. 전자의 비국재화를 통해 접합체 염기의 음전하를 안정화시켜 분자의 산도를 높입니다. 또한 EDG는 양성자를 수용할 수 있는 단독 전자쌍을 제공함으로써 분자의 염기성을 향상시킬 수 있습니다.

반면, 전자 인출 그룹(Electron-drawing group, EWG)은 분자로부터 전자를 끌어당기는 능력을 가진 작용기를 설명하기 위해 사용되는 용어입니다. 이 작용은 분자를 덜 반응하게 만들고 친핵성을 감소시킵니다. EWG가 분자 내에 존재하는 경우, 음전하의 분산으로 인해 컨쥬게이트 염기에 불안정을 일으켜 분자의 산도를 저하시킬 수 있습니다. 또한 EWG는 양성자를 받아들이는 데 사용할 수 있는 단독 전자 쌍을 끌어냄으로써 분자의 염기성을 낮출 수 있습니다.

참고 항목

참고문헌

  1. ^ a b Smith, Michael B.; March, Jerry (2007), Advanced Organic Chemistry: Reactions, Mechanisms, and Structure (6th ed.), New York: Wiley-Interscience, ISBN 978-0-471-72091-1
  2. ^ Connelly, Neil G.; Geiger, William E. (1996). "Chemical Redox Agents for Organometallic Chemistry". Chemical Reviews. 96 (2): 877–910. doi:10.1021/cr940053x. PMID 11848774.
  3. ^ J. F. Bunnett, R. M. Conner (1960). "2,4-Dinitroiodobenzene". Organic Syntheses. 40: 34. doi:10.15227/orgsyn.040.0034.
  4. ^ Caputo, Christopher B.; Stephan, Douglas W. (2015), "Non-conventional Lewis Acids and Bases in Frustrated Lewis Pair Chemistry", The Chemical Bond III, Cham: Springer International Publishing, pp. 1–29, ISBN 978-3-319-35145-2, retrieved 2023-11-05
  5. ^ Handoko, Shinta Lieviana; Jin, Ho Cheol; Whang, Dong Ryeol; Putri, Sella Kurnia; Kim, Joo Hyun; Chang, Dong Wook (2019-05-25). "Synthesis of quinoxaline-based polymers with multiple electron-withdrawing groups for polymer solar cells". Journal of Industrial and Engineering Chemistry. 73: 192–197. doi:10.1016/j.jiec.2019.01.024. ISSN 1226-086X.
  6. ^ Higashijima, Shinji; Miura, Hidetoshi; Fujita, Tomoki; Kubota, Yasuhiro; Funabiki, Kazumasa; Yoshida, Tsukasa; Matsui, Masaki (2011-08-26). "Highly efficient new indoline dye having strong electron-withdrawing group for zinc oxide dye-sensitized solar cell". Tetrahedron. 67 (34): 6289–6293. doi:10.1016/j.tet.2011.06.016. ISSN 0040-4020.
  7. ^ a b c Hunt, Ian (2023-10-22). "Chapter 12: Reactions of Arenes. Electrophilic Aromatic Substitution".
  8. ^ Handoko, Shinta Lieviana; Jin, Ho Cheol; Whang, Dong Ryeol; Putri, Sella Kurnia; Kim, Joo Hyun; Chang, Dong Wook (2019-05-25). "Synthesis of quinoxaline-based polymers with multiple electron-withdrawing groups for polymer solar cells". Journal of Industrial and Engineering Chemistry. 73: 192–197. doi:10.1016/j.jiec.2019.01.024. ISSN 1226-086X.
  9. ^ Higashijima, Shinji; Miura, Hidetoshi; Fujita, Tomoki; Kubota, Yasuhiro; Funabiki, Kazumasa; Yoshida, Tsukasa; Matsui, Masaki (2011-08-26). "Highly efficient new indoline dye having strong electron-withdrawing group for zinc oxide dye-sensitized solar cell". Tetrahedron. 67 (34): 6289–6293. doi:10.1016/j.tet.2011.06.016. ISSN 0040-4020.
  10. ^ a b c d e "20.4: Substituent Effects on Acidity". Chemistry LibreTexts. 2015-09-01. Retrieved 2023-12-07.
  11. ^ a b c "Inductive Effects of Alkyl Groups". Chemistry LibreTexts. 2013-10-02. Retrieved 2023-12-07.