유기화학이란? 입문(구조와 결합의 기초 정리)

유기화학을 처음 접하는 사람도 이해하기 쉽도록 유기화학의 정체가 무엇인지, 그리고 앞으로 배우게 될 구조와 결합의 기초 개념을 정리해본다.

유기화학은 어떤 과목인가?

화학은 유기화학, 무기화학, 물리화학, 분석화학, 생화학으로 크게 다섯 분야로 나뉜다.

이 중에서도 가장 큰 두 축이 유기화학과 무기화학이다.

- 유기화학 : 탄소(C)를 포함한 화합물을 다루는 학문
- 무기화학 : 탄소(C)가 없는 물질(금속·비금속)을 다루는 학문

탄소는 살아있는 생명체(유기체)의 기본 구성 원자라서, 생명체 관련 물질 대부분은 탄소를 포함한다. 

따라서 유기화학은 생명, 약물, 고분자, 천연물, 신소재를 다루는 핵심 학문이라고 할 수 있다.

유기화학의 궁극적 목표는 합성이다.

즉, 탄소 기반 물질을 조합해 의약품, 천연물, 고분자 등 새 물질을 만드는 것이다.

- 의약품 합성
- 천연물(생리활성 물질) 합성
- 고분자 및 신소재 합성(예: 탄소나노튜브, 플러렌)

이 때문에 유기화학 지식은 의약, 바이오, 재료, 환경 분야에서 필수적이다.

 

구조와 결합

유기화합물의 구조를 이해하려면 가장 기본 단위인 원자(atom)부터 이해해야 한다.

- 원자 구조론
- 전자 궤도함수(orbital)
- 양자수(quantum numbers)

결합은 원자와 원자가 연결되는 방식이며, 이는 전자가 어떻게 존재하고 분포하는가에 따라 결정된다. 따라서 전자의 성질을 이해하는 것이 결합을 이해하는 첫 단계다.

 

원자 구조의 기본

원자는 더 이상 쪼갤 수 없는 물질의 최소 단위다.

원자는 크게 두 부분으로 이루어진다.

 (1) 핵(nucleus)

- 양성자(+전하)
- 중성자(전하 없음)

 

 

(2) 전자(electron)

– (-)전하
– 핵 주위 공간을 움직이며 존재

 

초기 고전적 모델에서는 전자가 태양계처럼 궤도를 돌고 있다고 봤다.
→ 그러나 이 모델은 양성자 1개, 전자 1개가 있는 수소 원자에서만 정확했다.

전자 개수가 많아지면 궤도 모델이 성립하지 않아 현대 이론에서는 전자 구름(electron cloud) 개념을 사용한다.

전자는 특정 궤도를 정확히 도는 것이 아니라 존재 확률이 높은 공간을 구름처럼 퍼진 형태로 표현한다.

이 전자 구름의 형태와 에너지 상태가 바로 전자 궤도함수(orbital)이다.

결합은 결국 각 원자의 전자 궤도함수가 어떻게 겹치는가로 결정된다.

왜 이런 기초가 필요한가?

탄소 화합물의 구조를 이해하려면 다음 흐름으로 가야 한다.

1)원자 구조 이해 → 2) 전자와 궤도함수 이해 → 3) 결합 형성 방식 이해 → 4) 분자 구조와 성질 이해

유기화학의 모든 반응 메커니즘, 결합 길이, 결합각, 전기음성도, 반응성 등은 결국 전자와 궤도함수에서 시작된다.

 

https://8miracles.tistory.com/1

원자

 

 

https://8miracles.tistory.com/2

원소 주기율표(기본 20개와 추가 4개)/ 옥텟규칙(8전자 규칙)

 

 

https://8miracles.tistory.com/27

탄화수소 분류와 예시 / 탄소수 명칭에 결합종류에 따른 명칭 붙이는 방법 (학술명)

 

 

 

유기화학 강의목차

제1강. 구조와 결합
제2강. 극성 공유 결합
제3강. 알케인과 입체화학
제4강. 사이클로알케인과 입체화학
제5강. 입체화학
제6강.유기 반응의 개요
제7강. 알켄(alkene)의 구조와 반응
제8강. 알켄(alkene)의 반응 및 합성
제9강. 알켄(alkene)의 반응 및 합성
제10강. 유기 할로젠화물  
제11강. ​할로젠화 알킬의 반응
제12강. Benzene과 방향족성
제13강. Benzene의 화학 및 반응
​제14강. 알코올과 페놀
제15강. 에터와 에폭사이드
제16강. 에터와 에폭사이드, 싸이올과 설파이드  
제17강. 알데하이드와 케톤  
제18강. 카복실산과 나이트릴  
제19강. 카복실산과 유도체의 화학 
제20강. 카보닐 알파 치환 반응  
제21강. 카보닐 축합 반응  
제22강. 아민과 헤테로 고리 화합물  
제23강. 짝불포화계와 고리협동반응 
제24강. 생화학
제25강. 유기분광학