1. 탄소 - 탄소다중결합친전자성반응 1.1 알켄의첨가반응 할로젠화수소 (Hydrogen Halide) 첨가반응 (1) 반응에영향을미치는인자 (2) 반응메커니즘 (3) 입체화학 물첨가반응 (Addition of Water to Alkene) (1)

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동빈 예
5 years ago
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1 1. 탄소 - 탄소다중결합친전자성반응 1.1 알켄의첨가반응 할로젠화수소 (Hydrogen Halide) 첨가반응 (1) 반응에영향을미치는인자 (2) 반응메커니즘 (3) 입체화학 물첨가반응 (Addition of Water to Alkene) (1) 산 - 촉매첨가반응 (2) 수은양이온을이용한산화 - 환원반응 (Oxymercuration-Reduction) 이종원자첨가반응 Halogen 첨가반응 (1) 브로민첨가반응 (2) 염소첨가반응 (3) 불소및아이오딘첨가반응 (4) 할로히드린형성및유사반응 기타첨가반응 (1) Sulfenyl Chloride 첨가반응 (2) Selenyl Chloride 첨가반응 (3) 기타친전자시약첨가반응

2 1. 탄소 - 탄소다중결합친전자성반응 Electrophilic addition reactions 친전자시약의첨가반응은알켄 (alkene) 과알카인 (alkyne) 의가장일반적인반응으로이중결합또는삼중결합을기타의유용한작용기로변환시키는유용한반응

3 1.1. 알켄의친전자성첨가반응 1) 할로젠화수소 (Hydrogen Halide; HX) 의첨가반응 : Regioselectivity: 마르코프니코프규칙 (Markovnikov s rule) Intermediate: carbocation

4 탄소양이온의안정성 반응의진행과정에서보다안정한탄소양이온을생성하는 방향으로 HX 의첨가가진행되어결과적으로 마르코프니코프룰이적용된생성물이얻어진다

5 (1) 반응에영향을미치는인자 이중결합에치환기가많을수록 p- 전자운의밀도가높아져서친전자적반응에대한반응성은커짐. 알켄류의상대적반응속도는 tetra-substituted alkene > tri-substituted alkene > di-substituted alkene > mono-substituted alkene > un-substituted alkene HX 의반응성은 HI > HBr > HCl 이며, HCl 의경우반응은전반적으로느리게진행 디클로로메탄 (dichloromethane) 또는클로로포름과같은비배위성용매 (noncoordinating solvent) 에서실리카또는알루미나를사용하여해결가능함

6 HCl 의반응속도및수율제고방법

7 HCl(g) 대신 HCl 을생성할수있는전구물질을사용함으로써개선할수있다. (CH 3 ) 3 SiCl H 2 O (96%) Cl O OCH 3 TMSCl H 2 O Cl O OCH 3 (Nucleophilic addition) SOCl 2, (COCl) 2, trimethylsilyl chloride(tmscl) 를사용하는방법으로효율적으로수행가능 : 입체화학은마르코프니코프규칙에따름. 그러나전자끄는기 (electron withdrawing group) 를가진이중결합의경우반마르코프니코프규칙을따르며베타 - 위치에 Cl 이결합함.

8 초산 (AcOH) 과같이친핵성이있는용매에서반응할경우, 탄소양이온중간체와용매가반응하는가용매분해 (solvolysis) 반응도가능 X OAc AcOH + HX + 40 o C X product composition (%) Cl Br 85 15

9 탄소골격재배열 (rearrangement) 수소음이온, 알킬 - 및 aryl- 기가전자를가진채이동 (1,2-alkyl and aryl shift) 하여보다안정한탄소양이온으로변환되기때문

10 2) 반응메커니즘 Anti-addition Syn-addition racemic

11 3) 입체화학 알켄과 HCl 의첨가반응에서나타나는입체화학은알켄의구조및반응조건에따라크게변하지만, 일반적으로앞에서언급한세종류의메커니즘에따라결정 용매및온도에의해입체화학이바뀌는경우 Anti-addition

12 1.1.2 물첨가반응 (Addition of Water to Alkene) (1) 산 - 촉매첨가반응 강한산성에의하여이중결합이양성자화되어탄소양이온이생성되어 비로소물이첨가. 위치선택성은마르코프니코프규칙을따름, 입체선택성은없음. 양이온중간체를경유하여일어나기때문에, 알릴, 알킬또는수소가이동함으로써보다더안정한양이온을생성할수있는재배열 (rearrangement) 과정이일어날수있다. 따라서반응은재배열의가능성이없는 3차알코올의합성에이용할수있다.

13 Trifluoroacetic acid 는수화반응이촉매의역할뿐아니라자체가친전자성으로첨가 마르코프니코프룰에따라위치선택, 생성된 triflate 에스터는가수분해되어알코올을생성

14 산도가반응에미치는영향 Norbornene과초산반응은 100 C의반응온도에서느림. TFA 반응은 0 C 에서도매우빠름. 생성물의입체화학은 exo-방향. 2-norbonyl 탄소양이온은특수한환경 (anchimeric assistance) 에있기때문에세종류이상의생성물이가능

15 (2) 수은양이온을이용한산화 - 환원반응 (Oxymercuration-Reduction) 금속양이온특히수은이온을친전자체로이용하는방법. 수은의아세테이트 (mercuric acetate) 염, trifluoroacetate, trifluoromethansulfonate, nitrate 염등은반응성이매우좋음. Mercurinium ion intermediate Markovnikoff rule

16 환원적탈수은화반응 사용되는시약 : tri-n-butyltin hydride, 양성자성용매에서소듐아말감 (sodium amalgam) 등 입체적배열보존 (retention of configuration)

17 고리화알켄에서는 anti-diaxial 첨가 CH 3 OH Hg(OAc) 2 OHCH 3 NaBH 4 CH 3 HgOAc t-bu H CH 3.. H 2 Ọ. OAc Hg(OAc) Hg + 2 CH CH 3 3 vs t-bu t-bu Hg + OAc favored mercurinium ion A

18 methylenecyclohexane 의경우 수은이온이접근할때 equatorial 과 axial 각각방향의입체적장애가크게다르지않기때문

19 Norbornene 의경우 반대로 norbornene 과같이두고리화합물 (bicyclic compound) 인경우 syn- 이성질체가얻어짐

20 이중결합화합물의반응성 Table 1.1. Relative Reactivity of Selected Alkenes in Oxymercuration Alkene Relative Reactivity Alkene Relative Reactivity 1-Pentene 6.6 E-2-pentene methyl-1-pentene 48 2-Methyl-2-pentene 1.24 Z-2-Pentene 0.56 Cyclohexene 1.00 반응성차이를이용한선택적첨가반응

21 OH 와같은산소를가진치환기의영향

22 아세톡시 (acetoxy) 유도체의경우 2,3-syn 이성질체가우세 cyclohexenol 은베타 - 위치에 methoxy 기가결합하는높은위치선택성을나타내지만 입체선택성은크게높지않다

23 methylidene-norbornane - methylidenenorbornane을수은이온을이용한수화반응조건에서처리하면 99.5% 의 exo-체와 0.5% 의 endo-체가생성. - 비대칭의 mercurinium ion이생성된후물이입체장애가적은방향으로첨가되어외향 (exo) 선택성을갖음. less hinder side H 2 Ọ. CH 2 Hg(OAc) 2 H 2 O (20 sec) H 2 Ȯ. + HgOAc CH 2 - OAc OH CH 2 HgOAc NaBH 4 H 2 O (1 min) CH 3 OH (99.5%) more hondered side or + CH 2 HgOAc

24 자유라디칼반응에의한수화반응 NaBH 4 에의한수은의환원적대체 (reductive replacement) 반응은자유라디칼연쇄반응에해당하는예.

25 1.1.3 이종원자첨가반응 수은첨가에이은환원반응에의한에테르합성 Hg(OCOCF 3 ) 2 NaBH 4 OR OH R-OH R product composition (%) CH Et i-pr 95 0 t-bu 89 0

26 1.1.3 이종원자첨가반응

27 1.1.4 Halogen 첨가반응 알켄과염소 (chlorine), 브로민 (bromine) 또는아이오딘 (iodine) 은첨가반응이 진행되어 1,2-dihalide 를생성

28 할로겐첨가반응기전 이중결합의전자밀도를증가시킬수있는치환기가있을경우 반응속도가증가하는반면, 전자끄는기 (electron withdrawing group, EWG) 는정반대의결과를나타냄 케톤, 알데하이드, 에폭사이드, 에스터, 알코올, 카복실산또는 아마이드와같은작용기가함께존재하는알켄의경우에도가능. 사용되는용매 : CCl 4, CHCl 3, CS 2, AcOH 또는 EtOAc

29 (1) 브로민첨가반응 시약 : 브로민, N-bromoacetamide, N-bromosuccinimde (NBS) 주로사용. 그밖에 pyridinium hydrotribromide (pyridinium hydrobromide perbromide, pyridine hydrobromide와 Br 2 의결정성착물 ), benzyltrimethyl ammonium tribromide, dioxane-bromine 등이있다 O O NBr O O N + Br

30 브로민첨가반응 H H CH 3 CH 3 Br Br Br - H H CH 3 Br + CH 3 H Br H CH 3 BrCH 3 (contains 1% of meso isomer) Br - HO H cholesterol Br 2 NaOAc CH 3 COOH Et 2 O (85%) HO H CH 3 Br + HO H Br Br 탄소양이온을안정화시킬수있는작용기가존재할경우 syn- 이성질체의비율이증가

31 Styrene 첨가반응

32 생성물이불안정할경우다음과같은가역적과정이진행되어보다안정한 dibromide 로변환

33 (X) 탄소골격의재배열현상이수반

34 (2) 염소첨가반응 시약 : 염소 (g), N-chloroacetamide, N-chlorosuccinimide(NCS). cyclic chloronium 이온을경유하여 anti- 이성질체를주생성물로형성 phenyl 기가치환된알켄의경우브로민화반응과유사한결과를나타내어 syn- 이성질체가주로얻어진다

35 (3) 불소및아이오딘첨가반응 Z- 또는 E-1-propenylbenzene에불소의첨가반응은입체특이적이지않음, syn-이성질체가약간더우세하게얻어지는데양이온성중간체에의한것으로설명된다.

36 불소화시약 친전자적불소를도입할수있는시약 : CF 3 OF, acetyl hypofluorite (CH 3 COOF), N-fluorosulfonamide 및 N-fluoropyridinium 염등.

37 N-Fluoropyridinium triflate 반응성은피리딘의치환기를변화시킴으로써조절 (tuning) 할수있으며, 보관가능한장점, 엔올아세테이트나 silyl 엔올에테르와반응하여카보닐의알파-위치에불소를도입하는유용한시약이다.

38 알켄에아이오딘의첨가반응 - 알켄에아이오딘의첨가반응은광화학적반응을통해이루어지지만 가역적반응성이강하여과량의아이오딘이존재하면가역반응촉진. - 따라서반응하지않은아이오딘을제거하여야 diiodo- 화합물이얻을수있다. - 그러나 diiodo- 화합물은빛에매우민감하여합성화학적유용성은 거의없다.

39 Prevost 반응 알켄으로부터 trans-1,2-diol 을얻는효율적인방법

40 Simonini 착물반응 두배량의 C 6 H 5 COOAg 와아이오딘에의하여생성되는 C 6 H 5 COOAg 와 C 6 H 5 COOI 의 1:1 혼합물을 Simonini 착물이라하며 사용하는양에따라 iodoacetoxy 화합물또는 1,2-diacetoxy 화합물생성

41 (4) 할로히드린형성및유사반응 친핵성용매와할로젠음이온은경쟁적으로 halonium 양이온과반응. 예를들면초산을용매로스티렌의브로민화반응을할경우

42 (4) 할로히드린형성및유사반응 (2) 메탄올용매에서 1-phenylpropene 의염소화반응 물이할로젠음이온과경쟁하게되는데물의친핵성이보다크므로주반응이되며할로히드린 (halohydrin) 이생성 (ex. DMSO/H 2 O)

43 마르코프니코프룰에따라, 하이드록시기는양이온이가장안정화될수있는탄소에도입. 그러나입체적인장애가심할경우입체장애가적은쪽으로도입 CH 3 Br 2 CH 3 CH 3 KBr H 2 O CH 3 OH Br Ph NBS DMSO H 2 O Ph OH (89%) Br H CH 3 H NBS DMSO H 2 O Br + H H CH 3 O S(CH 3 ) 2 H Br CH 3 O H S + (CH 3 ) 2 H 2 O H Br CH 3 OH H (90%)

44 DMF(dimethyl formamide), 아세톤, 아세토니트릴등을사용 용매로 DMF(dimethyl formamide), 아세톤, 아세토니트릴 등을사용할수있으며이들은 bromonium 이온을 공격하는친핵체의역할

45 비고리화합물에서입체화학조절을위한 sulfoxy 기를응용 분자내설폭사이드가 bromonium 이온을포획한후가수분해단계에서황원자에서반전 (inversion) 이일어남.

46 1.1.5 기타첨가반응 (1) Sulfenyl Chloride 첨가반응첨가반응이느리게진행, 위치선택성은크지않음. alkylsufenyl chloride 의경우 chlorosulfurane(a), arylsufenylchloride 의경우 p- 착물 (B) 을형성한다음 thiiranium ion 과평형을이루고있는상태로진행. 대표적인시약으로는 RSCl, ArSCl, [Me 2 SSCH 3 ](BF 4 ) 및 [RS(=O)CMe 3 +(CF 3 CO) 2 O] 등이사용된다. CH 3 SCl S Cl S + Cl - chlorosulfurane (A) thiirenium ion + Cl SCH 3 SCH 3 Cl (94%) (6%)

47 Arylsufenyl chloride 반응

48 (2) Selenyl Chloride 첨가반응 Selenylation의중요성은다양한작용기로전환시킬수있는중간체생성때문. 환원적 deselenylation에의하여 C-H 결합으로 (route a), 산화한후제거반응으로이중결합의도입 (route b) 치환반응에다른작용기로의변환 (route c) 등이가능

49 Se 시약은알켄과반응하여 bridged selenium 이온중간체를형성하고후면공격으로 anti- 첨가물생성

50 친핵성용매사용의경우 solvolysis 발생 물이나아세토나이트릴을용매로사용하면하이드록시또는 아세토니트릴의질소가친핵체의역할을하여아세트아마이드유도체를생성. 수분을함유한용매에서는 2- 하이드록시화합물생성. + PhSeCl CH 3 CN CH 3 CN Ph Se + Cl - SePh HN + N H O SePh (85%) (15%) O

51 (3) 기타친전자시약첨가반응 이중결합에친전자적으로첨가되는기타시약 : INCO, BrN 3, IN 3, ISCN, INO 3 및 NOCl 등마르코니코프규칙에다르며 anti-첨가 ICNO의첨가는 carbamate의합성

52 NOCl 을첨가하는알파 - 할로케톤의합성. NOCl, HCl Cl - H Cl Cl Cl 2 C=CCl o C N + H O NO (quant) NOH H+ / H 2 O Cl O

고리화모드 삼각중심에서의고리화반응에있어서선호도는, n=2 일경우 5-endo >> 4-exo, n=3 일경우 5-exo > 6-endo, n=4 일경우 6-exo >> 7-endo 가된다. 이러한관계는친전자중심에대해친핵체의선호되는궤적 (preferred trajecto

고리화모드 삼각중심에서의고리화반응에있어서선호도는, n=2 일경우 5-endo >> 4-exo, n=3 일경우 5-exo > 6-endo, n=4 일경우 6-exo >> 7-endo 가된다. 이러한관계는친전자중심에대해친핵체의선호되는궤적 (preferred trajecto 1.2 친전자체를이용한고리화반응 알켄분자내에친핵체로작용할수있는작용기가있는경우, 친전자성시약을사용하여고리화반응을할수있다. 분자내친핵체로작용할수있는군 (group) 으로는카보닐과카복실염, 아민, 아미도 (amido), 그리고카보닐의산소등이있다. 고리 - 크기 (ring-size) 에대한선호도는보통 5>6>3>4 의순서이지만, 고리 - 크기선호도와반응의입체선택성은고리화반응의전이상태의구조적,