10.12: 치환 반응을 통한 알코올 제조

도입

알코올은 친핵성 치환 반응을 통해 할로겐화 알킬로부터 합성될 수 있습니다. 기질의 극성이 높은 탄소-할로겐 결합은 할로겐화물을 좋은 이탈기로 만듭니다. 수산화물 이온 또는 물은 친핵체로 작용하여 할로겐화물을 대신하여 알코올을 형성할 수 있습니다. 치환 반응은 할로겐화물에 부착된 탄소의 특성에 따라 S_N1 또는 S_N2라는 두 가지 다른 반응 경로를 통해 발생합니다.

1차 알코올은 1차 알킬 할로겐화물로부터 합성되며, 반응은 S_N2 메커니즘을 통해 진행됩니다. 친핵체는 탄소-할로겐 결합의 반대편에서 할로겐 함유 탄소를 공격합니다. 그러나 강한 친핵체가 있으면 경쟁적인 제거 반응도 일어납니다.

그림 1: 1-브로모부탄의 대체 생성물과 제거 생성물로의 병렬 반응(양성자 추출).

치환 반응을 통해 2차 할로겐화 알킬로부터 2차 알코올을 합성하는 것은 경쟁하는 S_N2 및 E2 반응 경로로부터 생성물의 혼합물이 형성되기 때문에 선호되지 않습니다.

그림 2: 2-브로모-3-메틸부탄의 치환 생성물과 제거 생성물로의 병렬 반응(양성자 추출).

3차 알킬 할라이드는 물과 같은 약염기와 S_N1 반응을 거쳐 경쟁적인 E2 제거 반응으로 인해 부생성물인 알켄과 함께 3차 알코올을 생성합니다.

그림 3: 제거 및 대체 생성물에 대한 3차 알킬 할로겐화물의 병렬 반응.

수산화나트륨과 같은 강한 친핵체가 사용되면 E1 반응이 S_N1보다 우세합니다.

반응물의 성질에 따라 형성된 생성물의 입체화학이 결정됩니다. 할로겐화 알킬의 할로겐이 키랄 탄소에 연결되어 있으면 생성되는 알코올은 두 거울상 이성질체의 혼합물입니다.

그림_4: 생성물로서 광학 활성 알코올의 라세미 혼합물을 생성하기 위한 비대칭 탄소에 대한 치환 반응

친핵성 치환 반응(nucleophilic substitution reaction)을 떠올려 보면, 작용기가 다른 작용기로 치환되는 것입니다.

이러한 반응은 양호한 이탈기를 가진 sp3-혼성화된 친전자성을 필요로 하며, S_N1 또는 S_N2 메커니즘을 통해 알코올을 합성하는 데 사용할 수 있습니다.

1차 알킬 할라이드는 우선적으로 S_N2 메커니즘을 통해 수산화나트륨과 같은 강력한 친핵체와 치환 반응을 통해 1차 알코올을 생성합니다. 경쟁 E2 제거 공정은 알켄을 마이너 제품으로 제공합니다.

치환을 통한 2차 알킬 할라이드로부터 2차 알코올의 합성은 경쟁적인 제거 반응으로 인해 최종 생성물로 알코올과 알켄의 혼합물이 생성되기 때문에 덜 유리합니다.

3차 알코올의 합성에서 3차 알킬 할라이드는 물과 같은 약한 친핵체와 S_N1 메커니즘을 통해 치환 반응을 겪습니다.

그러나 물이 수산화나트륨과 같은 강한 친핵성으로 대체되면 3차 기질이 E2 반응을 선호하여 알켄을 생성합니다.

3차 할로겐화물이 키랄인 경우 S_N1 반응은 3차 알코올의 라세미 혼합물을 제공합니다.

경쟁 제거 반응은 약한 염기 또는 중성 매질에서 알코올 합성을 위해 상대적으로 낮은 온도를 적용함으로써 최소화 할 수 있습니다.