120 7.7 ydration of Alkynes to Aldehydes and Ketones A. ydroboration ( 수소붕소첨가 )-xidation ( 산화 ) 1) ydroboration Alkyne은 alkene과유사하게 borane (B 3 ) 과첨가반응을일으켜 alkenylborane을생성한다. Internal alkyne ( 내부알카인 ) 은 B 3 에첨가된후반응이정지되면서 alkenylborane을생성하는반면, terminal alkyne ( 말단알카인 ) 은 B 3 에두번연속첨가를일으킨다. B 3 가 C C 삼중결합에첨가될때, regioselectivity 측면에서는 보다 B 2 가 size가크므로 B 2 는입체장애가적은탄소에첨가되며, stereoselectivity 측면에서는 4-membered cyclic 전이상태를거치므로 와 B 2 는 syn으로첨가한다. B 3 B 2 B 2 B 2 Terminal alkyne 으로부터 alkenylborane 을합성하기위해서는입체장애가큰 disiamylborane 을사용한다. 2-Methyl-2- butene B B Disiamylborane = Sia 2 B B B(Sia) 2 1-ctyne 2) xidation of alkenylborane Alkenylborane 은 alkylborane 과마찬가지로 2 2 /a 로산화되어 alcohol 을 생성한다. 2 2, a enol form keto form 3-exanone B(Sia) 2 2 2, a enol form keto form (ctanal)
121 Keto-enol tautomerization ( 케토-엔올토토머화 ) Enol은 C=C 이중결합탄소에 hydroxyl () 기가결합된화합물이며, 엔올화합물은대부분불안정하여 keto형으로빠르게전환된다. Keto형이더안정한이유는 C= π 결합이 C=C π 결합보다더강하기때문이다. Enol형이 keto형으로전환될때수소원자가전자와함께이동하며, 이두구조는분자식은같지만구조식이다르므로서로구성이성질체관계이다. Resonance versus Tautomerism Resonance : electron 만의이동, 실존하지않는구조 Tautomer ( 토토머 ) : electron 및핵의이동, 실존하는구조, 서로 isomer 관계 예제 7.4 : 2-Pentyne 의 hydroboration-oxidation 으로유도된 2 가지생성물 1) B 3 2) 2 2, a B. Acid-catalyzed hydration ( 수화 ) 진한 2 S 4 및 g(ii) 염촉매존재하에서 alkyne은 2 와반응하여 enol을거쳐토토머화 (tautomerization) 가일어나면서안정한 ketone을생성한다. g(ii) 는 gs 4, g(ac) 2, g가사용되며, 2 가첨가될때 원자는말단탄소원자에첨가하므로 Markovnikov 규칙을따른다. C 3 + 2 2 S 4 / gs 4 C 3 2 C 3 CC 3 Propyne Propen-2-ol Propanone (Acetone)
122 Mechanism for the gs 4 / 2 S 4 catalyzed hydration of propyne g 2+ C 3 g + 2 C 3 bridged mercurinium ion 2 3 C g + - 3 + 3 C g + C 3 2 g + 3 + C 3 2 g + C 3 2 C 3 3 - g 2+ 2 가 bridged mercurinium 이온에첨가될때, g 의 size 가더커서입체장애가 적은쪽에위치해야하므로 2 는입체장애가더큰탄소원자에첨가를일으키는 regioselectivity 를나타낸다. 예제 7.5 : 다음변환에적절한 reagent 및반응과정 (a) (b) 7.8 Reduction of Alkynes A. Catalytic reduction ( 촉매환원반응 ) Pd, Pt, i과같은전이금속촉매존재하에서 alkyne은 2몰의수소 ( 2 ) 와첨가반응을일으켜 alkane을생성한다. 반응은가압상태에서더빠르게일어나며, syn 첨가가주로일어나지만부분환원된 alkene을얻기는어렵다. Pd, 2 C 3 C 3 3 atm 2-Butyne 3 3 2 C 3 C 2 C 2 C 3 Butane
123 Conversion of alkyne to cis-alkene using Lindlar ( 린들라 ) catalyst Lindlar 촉매 : Pb 와 CaC 3 의혼합고체에미세한가루로만든 Pd 을약 5% 농도로혼합한분말. C 3 C 3 + 2 Lindlar 촉매 3 3 cis-2-butene B. ydroboration-protonolysis ( 수소화붕소첨가 - 가양성자분해반응 ) Alkenyl borane 을 C 3 C 와같은산으로처리하여가열하면아세트산의카복 실기의수소원자의이동이일어나 cis-alkene 이생성된다. syn 첨가 3 C B heat cis-3-exene + 3 C B C. Dissolving-Metal reduction ( 용해금속환원반응 ) Alkyne은액체암모니아에용해된 a이나 Li 금속존재하에서환원을일으켜 trans-alkene을생성한다. + 2 a + 2 3 (lq) + 2 a 2-33 o C 4-ctyne trans-4-ctene Mechanism for the reduction of alkyne by sodium in liquid ammonia a + + a 2 - a 2 a 3-exyne alkenyl radical anion alkenyl radical a + alkenyl anion 2 - a 2 trans-3-exene 3-exyne 으로부터 trans-3-hexene 이주로얻어지는이유는 alkenyl radical 과 alkenyl anion 중간체에서 ethyl 기가서로반대방향으로배향된구조가열역학적 으로더안정하기때문이다.
124 7.9 rganic Synthesis A. Retrosynthetic analysis ( 역합성분석법 ) 궁극적으로합성하고자하는화합물 ( 과녁분자, target molecule, TM) 을역순으로찾아가는과정 Good synthesis of target molecule : i) Availability of starting material ii) Construction reaction : - Change of the number of carbon in reactant and product - Change of functional group - 주로 C-C σ bond formation iii) igh yield, 최소의 side reaction iv) Easy separation v) Linear synthesis ( 선형합성 ) 보다는 convergent synthesis( 수렴합성 ) 선호 Linear synthesis : A B C D E TM Convergent synthesis : A B C vi) Economics D E F TM 1) Target molecule ( 과녁분자 ) : cis-3-exene Retrosynthetic analysis : reduction alkylation + 2 C 3 C 2 Br cis-3-exene 3-exyne acetylide dianion Bromoethane Synthesis : 1) a 2 1) a 2 2) C 3 C 2 Br 2) C 3 C 2 Br Acetylene 1-Butyne 3-exyne 2, Lindlar 촉매 cis-3-exene 2) Target molecule ( 과녁분자 ) : 2-eptanone Retrosynthetic analysis : 산 - 촉매수화반응 alkylation + Br 2-eptanone 1-eptyne 1-Bromopentane Synthesis : Acetylene 1) a 2 2) Br gs 4 / 2 S 4 1-eptyne 2 2-eptanone
125 예제 7.6 : Acetylene 과 1-bromopentane 으로부터 heptanal 의합성 B. Reaction of functional group in complex molecule 분자내의작용기를변환시키면약리작용을나타내는여러가지의약품을합성할수있다. C C 삼중결합의산-촉매수화반응은항히스타민제로서 allergy 치료제인 Fexofenadine을합성하는데효과적이다. g, 2 S 4 2 conjugated 1) ab 4 2) aq a 3) 3 + * Fexofenadine (racemic)
126 Problems 7.8 : Starting material로부터 alkyne의합성 (a) (b) D 7.10 : Acid-base 의평형상수의크기 (a) C 3 + aet (b) C 3 C 2 C 2 + a 2 (c) C 3 a + + C 3 C 7.12 : Reaction product 의구조식 (a) C 3 (C 2 ) 5 + 2 gs 4, 2 S 4 (b) C 3 (C 2 ) 5 C C (Sia) 2 B a, 2 2 7.17 : Reagent 의구조및합성과정 7.21 : 각변환에대한 reagent 의구조 Br 7.25 : 다음변환에대한합성과정제시