벤젠고리에 전자주는 작용기와 전자끄는 작용기에 대해 설명해보세요.

[벤젠의 치환기와 반응성]

벤젠이 친전자성 치환반응을 할 때 치환기가 달려있다면 치환기가 무엇이냐에 따라서 반응성이 달라지곤 한다. 예를 들어 브롬이 치환된 상태라면 일반 벤젠에 첨가될 때보다 더 반응이 더디고 메틸기가 붙어있다면 반응이 더 빠르다.

이러한 이유는 만약 전자를 끌어당기는 치환기가 붙어있다면 유발효과에 의하여 벤젠 내 전자의 밀도가 감소하여 중간체로 카보양이온이 형성되었을 때 더 불안정해진다. 이렇게 된다면 카보양이온이 형성되는 과정의 활성화 에너지를 높여준다. 그래서 반응성이 떨어지게 되는데 이를 보고 활성감소기(불활성화기)라 부른다. 대표적인 것들을 반응성이 작은 순서대로 적어본다면 NR3+, NO2, CN, SO3H, COCH3, COOH, COOCH3, COH, I, Br, Cl, F이다.

전자를 주는 치환기도 있다. 이들을 활성화기라 부르는데 이들은 유발효과에 의하여 전자를 밀어줌으로써 전자의 밀도를 높여주고 이러하여 중간체로 카보양이온 형성 시 더 안정화 시킨다. 전자주는기는 그 기가 +차지를 띄고 그 기와 이중결합을 하기도 한다. 이 전자를 주는기는 반응성을 높여주는데 반응성이 큰 순서대로 적어본다면 NH2, OH, OCH3, NHCOCH3, CH3, C6H5(페닐기)가 있다. 수소는 활성화기와 활성감소기의 중간이다.

만약 붙어있는 치환기에 H가 붙어있거나 아니면 페닐기같은 전자가 풍부한 것이라면 대체적으로 활성화기일 가능성이 높다.

놀라운 점은 활성화기의 경우 두 번째 치환기가 붙을 시 오르소위치 혹은 파라위치에 붙는다. 치환기가 붙은 탄소의 옆을 오르소(ortho)위치라고 하고 그 옆을 메타(meta) 그리고 그 옆을 파라(para)위치라고 한다. 즉 치환기가 붙은 탄소 이외에 남은 탄소가 5개이므로 양 옆의 탄소인 오르소 두 개 그 옆 두 탄소를 메타 나머지 반대편 한 탄소의 위치가 파라인 것이다. 활성감소기의 경우 반드시 메타위치에 들어가는 것은 아니다. 할로겐 즉 F, Cl, Br, I의 경우에는 오르소 파라 위치에 들어가게 된다.

오르소 파라 위치가 되는 것의 경우는 붙어있는 치환기에 비공유전자쌍이 있거나 혹은 결합된 치환기의 수소가 떨어져 나가면서 그것과 이중결합을 이룰 수 있는 것이다. 예를 들어 CH3의 경우 CH2가 되며 이중결합이 형성되는 것이다. Cl같은 경우에도 Cl의 비공유 전자쌍을 이용하여 이중결합이 형성된다.

이것들이 왜 오르소파라 위치가 되는지 알아보려면 붙었을 때의 카보양이온의 공명구조를 파악해보면 되는데 오르소 파라위치에 붙는 것이 메타위치에 붙는 것 보다 공명구조의 수가 더 많다.(붙어있던 치환기가 이중결합을 하여 +가 될 수 있다.) 그러하여 오르소 파라위치에 붙는 것이 카보양이온의 안정성이 더 커 오르소 파라위치로 들어가는 것이다. (일반적으로 공명구조가 많으면 많을수록 더욱 안정하다.)

반면 메타위치에 들어가는 치환기의 경우 조금 다른데 이의 경우 오르소이든 메타이든 파라이든 생기는 공명구조의 수는 같다. 하지만 오르소 파라위치에 들어가는 경우 붙어있던 치환기 밑에 카보양이온이 생기게 되는데 메타지향기의 경우 전자를 끌어당기는 그룹이기 때문에 치환기 밑 탄소의 전자밀도가 낮아지게 되고 이에 따라 카보양이온이 불안정하게 되어 반응이 잘 안 일어난다. 그러므로 메타위치에 들어가게 된다.