결합 절단
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1. 개요
결합 절단은 공유 결합이 끊어지는 화학 반응으로, 생성물 간에 전자가 균등하게 분배되는 등가 분해와 전자쌍이 한 조각에 남는 이종분해로 나뉜다. 등가 분해는 라디칼 핵분열이라고도 하며, 결합 해리 에너지는 결합을 등가 분해하는 데 필요한 에너지의 양을 나타낸다. 이종분해는 이온성 분열이라고도 하며, 전자 공여체 리간드와 전이 금속을 포함하는 반응에서 발생한다. 결합 절단은 고리 열림 반응에도 적용되며, 생화학에서는 이화 작용, 효소, 분해효소와 관련이 있으며, 단백질체학에서는 단백질 분석에 사용된다.
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- 화학 결합 - 원자가 전자
원자가 전자는 원자의 최외각 전자껍질에 존재하며 화학적 성질을 결정하는 데 중요한 역할을 하고, 주족 원소는 최외각 전자껍질의 전자로 정의되지만 전이 원소는 (n-1)d 궤도의 전자도 포함하며, 주기율표 족에 따라 예측 가능하지만 예외도 존재하고, 화학 결합, 산화 상태, 전기 전도도에 영향을 미친다. - 화학 결합 - 파울리 배타 원리
파울리 배타 원리는 1925년 볼프강 파울리가 제시한 양자역학 원리로, 동일한 페르미온은 동일한 양자 상태에 존재할 수 없으며, 원자의 전자 배치, 화학 결합, 천체 특성 등을 설명하는 데 중요한 역할을 한다.
| 결합 절단 | |
|---|---|
| 일반 정보 | |
| 명칭 | 결합 절단 |
| 다른 명칭 | 결합 분열 |
| 설명 | |
| 정의 | 화학 결합의 분리 |
| 에너지 | 일반적으로 미만 |
2. 등가 분해 (Homolytic cleavage)
결합 절단은 생화학, 단백질체학 등 다양한 분야에서 응용된다.
등가 분해 또는 등가 분해는 공유 결합이 절단될 때 두 전자가 생성물 사이에 균등하게 분배되는 현상이다. 이 과정은 '등가 핵분열' 또는 '라디칼 핵분열'이라고도 한다. 결합의 결합 해리 에너지는 결합을 등가 분해하는데 필요한 에너지의 양이다. 이 엔탈피 변화는 결합 강도를 측정하는 한 가지 방법이다.
시그마 결합의 삼중항 여기 에너지는 등가 분해에 필요한 에너지이지만, 실제 여기 에너지는 결합 해리 에너지보다 높을 수 있다. 이는 삼중항 상태의 전자들 사이의 반발력 때문이다.[2]
3. 이종분해 (Heterolytic cleavage)
헤테롤리시스는 공유 결합이 끊어질 때, 전자쌍이 한쪽 원자로 완전히 이동하여 이온쌍을 생성하는 반응이다.[4] 이 과정은 '이온성 분열'이라고도 한다.
시그마 결합의 단일항 여기 에너지는 이종분해에 필요한 에너지이지만, 실제 단일항 여기 에너지는 두 이온 조각 사이의 쿨롱 인력 때문에 결합 해리 에너지보다 낮을 수 있다.[2] 실리콘-실리콘 시그마 결합의 단일항 여기 에너지는 탄소-탄소 시그마 결합보다 낮은데, 이는 실리콘의 높은 전자 친화도와 낮은 이온화 전위 때문이다. (결합 강도는 각각 80kJ/mol과 70kJ/mol)[2]
이종분해는 전자 공여체 리간드와 비어있는 오비탈을 가진 전이 금속 사이의 반응에서 주로 발생한다.[4]
4. 고리 열림 (Ring-opening)
결합 절단에서, 절단된 분자는 단일 단위로 남는다.[5] 결합이 끊어지지만, 두 조각은 구조의 다른 부분에 의해 연결된 채로 남는다. 예를 들어, 에폭사이드 고리는 극성 탄소-산소 결합 중 하나의 이종 해리 절단에 의해 열려 단일 비고리형 구조를 생성할 수 있다.[5]
5. 응용
5. 1. 생화학
생화학에서, 큰 분자가 내부 결합을 분해하여 분해되는 과정은 이화 작용이다. 결합 절단을 촉매하는 효소는 분해효소로 알려져 있으며, 가수분해 또는 산화환원에 의해 작용하는 경우 각각 가수분해 효소 및 산화환원 효소로 알려져 있다.
5. 2. 단백질체학
단백질체학에서, 절단제는 단백질을 더 작은 펩타이드 조각으로 절단하는 단백질체 분석에 사용된다.[6] 사용되는 절단제의 예로는 브롬화 시안, 펩신, 트립신 등이 있다.[6]
참조
[1]
논문
Glossary of terms used in physical organic chemistry (IUPAC Recommendations 1994)
https://archive-ouve[...]
1994-01-01
[2]
논문
Relationship of bonding to electronic spectra
1990-05
[3]
논문
Super-reactive catalyst for bond cleavage
2017
[4]
논문
Understanding heterolytic bond cleavage
http://simons.hec.ut[...]
1992
[5]
논문
Mechanisms Of Epoxide Reactions
1959-08-01
[6]
서적
Comprehensive Natural Products II: Chemistry and Biology
https://books.google[...]
Elsevier
2010
[7]
논문
Glossary of terms used in physical organic chemistry (IUPAC Recommendations 1994)
https://archive-ouve[...]
1994-01-01
[8]
논문
Relationship of bonding to electronic spectra
1990-05
[9]
논문
Super-reactive catalyst for bond cleavage
2017
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