크라운 에터

탄화수소와 유도체
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1. 개요2. 특징3. 명명4. 변형

1. 개요

폴리 에테르(R-O-R')를 고리 형태로 합성시킨 화합물의 총칭이다. 각 산소 원자 마디에 탄화수소 화합물이 2개 존재하는 메틸렌 구조(O-CH₂CH₂-O)를 고리로 연결한것이 마치 왕관과 비슷해 크라운이라는 이름이 붙었다.

에터가 분자식이 C₂H₄O인 R-O-R’ 구조지만, 황, 질소같은 원자가 이종원자로 들어가는 R-X-R’의 고리화합물도 크라운 에터로 분류하기 때문에, 후술한 특징에서 메틸렌 마디 구조의 이종 원자 산소 원자대신 임의의 이종원자 X로 언급했다.

찰스 피더슨이 처음으로 합성했다.

2. 특징

크라운 에터를 이루는 각 메틸렌 마디 구조, X-CH₂CH₂-X에서의 두 C의 혼성 오비탈은 sp3 결합으로 돼있고, 산소의 혼성 오비탈은 sp다. 두 개의 C를 분자 구조의 골격을 필두로, 임의의 이종원자 X의 남는 공유 전자쌍으로 크라운 에터의 빈공간에 타 금속이온과 결합이 가능하다.

또한, 에터 간의 π 결합들이 단량체내 π 결합 축적을 만들어 크라운 에터의 높은 전자 전도율을 보인다. 양성자 전도율은 낮은 수치를 보이는데, dibenzo-18-crown-6(DB18C6)은 약 [math(1.4 \times 10^{-4}mS cm^{-1})]이다.[1]

polybenzyl기가 섞인 타 화합물보다 간단한 구조와 높은 전자 전도율이라는 특성을 지니기 때문에 기계적으로 움직이는 분자 구조물에서 대표적으로 쓰이는 분자 구조중 하나다. 아예 기계적인 직선 운동이 가능한 분자 구조를 만들때 고리형 구조를 변형한 지방족성 직선 구조의 크라운 에터를 사용한다. 아래 사진에서 사용된 크라운 에터는 dibenzo-30-crown-10.

3. 명명

크라운 에터는 결합수-crown-이종 원자수로 명명된다. 특징에서 언급한 크라운 에터의 마디사이의 결합수는 이종 원자수의 3배임을 예를 들어서, 크라운 에터 내 이종 원자수가 n이면 결합수는 3n이고, 3n-crown-n로 명명되는 방식이다. 단, 3n-crown-n말고, 14-crown-4[2]같은 크라운 에터도 존재한다. 한가지 유의해야할 점은, 16-crown-4[3]를 위시로한 황, 질소같은 원자가 이종원자로 들어가는 R-X-R’의 고리화합물도 크라운 에터로 분류하기 때문에 이종원자가 황이면 thia-, amine이라면 aza-를 크라운 에터 앞에 붙여 일반적인 크라운 에터와 구분한다. 또한, 타 작용기가 크라운 에터와 결합할때도 작용기를 앞에 붙인다. 예를 들어, 두개의 benzyl기가 크라운 에터에 붙을때 dibenzo-X-crown-Y로 명명하는식.

12-crown-4, 15-crown-5, 18-crown-6, dibenzo-18-crown-6, diaza-18-crown-6 (왼쪽차순)

4. 변형

크라운 에터의 질소 이종원자에 2개이상의 크라운 에터 고리 구조가 존재하는 구조를 크립탄드(cryptand)라고 부른다. 1969년 장마리 렌이 최초로 합성했다.

2,2,2-cryptand

[1] Hasmukh A. Patel, J. Fraser Stoddart, et al, Proton Conduction in Tröger’s Base-Linked Poly(crown ether)s ACS Applied Materials & Interfaces 2018 10 (30), 25303-25310 [2] 1,4,8,11-Tetraoxacyclotetradecane [3]