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9.6 : 알킨에 친전자성 첨가: 할로겐화

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할로겐화는 할로겐 분자가 π 결합을 가로질러 추가되는 또 다른 종류의 친유전성 추가 반응입니다. 알킨에서는 두 개의 π 결합이 존재하기 때문에 두 개의 등가 할로겐(브롬 또는 염소)이 추가될 수 있습니다. 첫 번째 할로겐 분자를 추가하면 트랜스-디할로알켄이 주 생성물로, 시스 이성질체가 부 생성물로 형성됩니다. 이어서 두 번째 등가물을 첨가하면 테트라할라이드가 생성됩니다.

Figure1

반응 메커니즘

첫 번째 단계에서 알킨의 π 결합은 친핵체로 작용하고 극성 할로겐 분자의 친전자성 중심을 공격하여 할로겐화물 이온을 대체하고 고리형 할로늄 이온 중간체를 형성합니다. 다음 단계에서는 할라이드 이온의 친핵성 공격으로 고리가 열리고 트랜스-디할로알켄이 형성됩니다. 친핵체가 할로늄 이온을 뒷면에서 공격하기 때문에 결과적으로 두 개의 할로겐 원자가 서로 트랜스가 되는 역첨가가 발생합니다.

Figure2

알켄 π 결합을 가로질러 두 번째 당량의 할로겐을 첨가하면 가교된 할로늄 이온이 형성되어 테트라할라이드가 최종 생성물로 생성됩니다.

Figure3

예를 들어, 아세트산 및 브롬화리튬의 존재 하에 2-부틴에 브롬을 첨가하면 첨가 방지가 유리해지고 주요 생성물로서 트랜스 또는 (E)-2,3-디브로모-2-부텐이 우선적으로 형성됩니다. 상응하는 시스 이성질체인 (Z)-2,3-디브로모-2-부텐은 더 낮은 수율로 형성됩니다. 두 번째 첨가로 2,2,3,3-테트라브로모부탄이 생성됩니다.

Figure4

친전자성 첨가에 대한 알킨과 알켄의 반응성

알킨은 친전자성 첨가 반응에 대해 알켄보다 덜 반응적입니다. 그 이유는 두 가지입니다. 첫째, 삼중 결합의 탄소 원자는 sp2 혼성화된 이중 결합과 달리 sp^2 혼성화됩니다. sp 하이브리드 오비탈은 더 높은 s-특성을 갖고 전기 음성도가 높기 때문에 C=C의 π 전자는 C=C보다 더 단단히 고정됩니다. 결과적으로, 알킨에서 π 전자는 친핵성 공격에 쉽게 이용될 수 없으므로 알켄보다 친전자성 첨가에 대한 반응성이 떨어집니다.

둘째, 알킨으로부터 형성된 고리형 할로늄 이온은 sp^2 탄소의 120° 결합각이 삼각형으로 제한된 이중 결합을 갖는 삼원자 고리입니다.

Figure5a Figure5b
알킨할로늄 이온 알켄할로늄 이온

대조적으로, 알켄의 고리형 중간체는 결합각이 109°인 삼각형으로 제한된 sp^3 혼성 탄소를 갖는 삼원자 고리입니다. 따라서 알킨 할로늄 이온과 관련해서 더 크게 나타나는 고리 변형은 이를 더욱 불안정하게 만들고 형성을 방해합니다.

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