청소년을 위한 교양 화학: 방향족 화합물

루미너리북스 교육출판 에디팅 팀 지음

루미너리북스 2025년 06월 12일 출간

작품소개

책소개

1825년 패러데이가 처음 발견한 벤젠은 당시 화학자들에게 커다란 수수께끼였습니다. 탄소와 수소의 비율로 보면 불포화 화합물이어야 하는데 예상과 전혀 다른 안정한 성질을 보였기 때문입니다. 케쿨레가 꿈에서 본 뱀이 자신의 꼬리를 물고 있는 모습에서 영감을 얻어 벤젠의 고리 구조를 제안한 이야기는 화학사의 전설이 되었습니다. 이후 에리히 휘켈이 발견한 4n+2 전자 규칙은 어떤 화합물이 방향족성을 가질 수 있는지 명확하게 설명해주었습니다. 방향족 화합물은 평면 고리 구조에서 특별한 전자 배치를 통해 놀라운 안정성을 얻게 되며, 이러한 독특한 성질이 현대 화학의 핵심 개념 중 하나가 되었습니다.

벤젠을 비롯한 방향족 화합물들은 일반적인 불포화 화합물과는 완전히 다른 반응성을 보입니다. 첨가반응 대신 치환반응을 선호하며, 벤젠 고리에 붙는 치환기의 종류에 따라 다음 반응의 위치와 속도가 결정됩니다. 니트로화, 설폰화, 할로겐화, 프리델크래프츠 반응 등의 친전자성 치환반응이 주요 반응 경로이며, 각 반응마다 특별한 촉매와 조건이 필요합니다. 치환기는 오르토파라 배향기와 메타 배향기로 나뉘며, 전자주개 효과와 전자끌개 효과를 통해 벤젠 고리의 전자밀도를 변화시킵니다. 이러한 체계적인 반응 규칙들은 복잡한 방향족 화합물의 합성을 가능하게 만들었습니다.

우리 일상생활은 방향족 화합물 없이는 상상할 수 없습니다. 아스피린과 아세트아미노펜 같은 해열진통제, 바닐린과 벤즈알데하이드 같은 향료, 폴리스티렌과 PET 같은 플라스틱이 모두 방향족 화합물을 기반으로 합니다. 1856년 퍼킨이 발견한 최초의 합성염료 마우베인은 염료 산업의 시작을 알렸고, 베이클라이트의 발명은 플라스틱 시대를 열었습니다. 석유화학 산업에서 BTX라고 불리는 벤젠, 톨루엔, 자일렌은 수많은 화학제품의 출발 원료가 되며, 케블라와 같은 고성능 섬유부터 의약품에 이르기까지 광범위한 분야에서 활용됩니다. 생명체 내에서도 DNA의 염기들과 아미노산, 신경전달물질들이 방향족 구조를 가지고 있어 생명 현상의 핵심 역할을 담당합니다.

최근에는 그래핀과 풀러렌 같은 새로운 방향족 탄소 나노소재들이 발견되어 전자소재와 에너지 분야에 혁신을 가져오고 있습니다. 유기 발광 다이오드와 유기 태양전지에 사용되는 방향족 화합물들은 미래 디스플레이와 신재생 에너지 기술의 핵심입니다. 인공지능을 활용한 신규 방향족 화합물 설계 연구도 활발히 진행되고 있어 화학 연구의 새로운 패러다임을 만들어가고 있습니다. 이 책은 방향족 화합물의 기초 개념부터 최신 연구 동향까지 체계적으로 다루며, 복잡해 보이는 화학 원리들을 중학생도 이해할 수 있도록 흥미로운 역사적 에피소드와 생활 속 사례들로 쉽게 설명합니다. 화학에 관심 있는 청소년들에게 방향족 화학의 매력적인 세계를 열어주는 길잡이가 될 것입니다.

목차

1. 방향족 화합물 입문
2. 벤젠 구조의 수수께끼
3. 휘켈 규칙의 발견
4. 벤젠의 특별한 성질
5. 친전자성 치환반응
6. 벤젠의 치환반응들
7. 치환기의 마법
8. 다치환 벤젠 세계
9. 방향족 탄화수소 가족
10. 페놀의 독특한 성질
11. 방향족 아민의 세계
12. 방향족 카르복실산
13. 방향족 알데하이드
14. 친핵성 치환반응
15. 산화와 환원반응
16. 고급 합성방법
17. 헤테로 방향족 화합물
18. 생명체 속 방향족들
19. 의약품 속 방향족들
20. 염료와 안료 화학
21. 방향족 고분자 혁명
22. 방향족 화합물 분석
23. 석유화학 산업
24. 환경과 건강 문제
25. 최신 연구 동향
26. 실험실 탐험기
27. 방향족 화학 총정리

작가정보

저자(글) 루미너리북스 교육출판 에디팅 팀

루미너리북스 교육 출판 에디팅 팀은 전문 교육 콘텐츠 기획자와 편집자들로 구성되어, 학생들의 눈높이에 맞춘 양질의 교육 도서를 제작하는 데 전념하고 있다. 각 분야별 전문가들과의 긴밀한 협업을 통해 정확하고 이해하기 쉬운 교육 콘텐츠를 개발하며, 특히 고등학생을 위한 대학 과목 선행학습 시리즈와 같은 혁신적인 교육 도서를 기획하고 있다.