[유기화학] 6장 알켄(Alkene): 반응 및 합성 - 2 (수소 붕소 첨가 반응)

6장 알켄(Alkene): 반응 및 합성 - 2 (수소 붕소 첨가 반응)

6.4 알켄의 수화: 수소 붕소 첨가 반응에 의한 H2O 첨가

 

  이전 글에서는 알켄의 수화반응으로서,

 

1) 강산 및 고온 조건에서 일어나는 수화반응

2) Hg(OAc)2를 이용한 옥시 수은 첨가 반응

 

  총 두 가지 반응을 소개해 드렸었습니다. 이번 글에서는 알켄에 BH3를 이용하여 -OH 기를 도입하는 수화반응을 소개해 드리겠습니다.

 

  

 

  우선 기본적으로 BH3는 아래 그림에 나타난 것과 같이 최외각 전자를 6개만 갖고 있어 비어있는 p 오비탈이 존재합니다. 따라서 BH3는 반응성이 커서 THF 용매 하에서는 산소로부터 전자쌍을 받아 안정한 BH3-THF 착물을 형성되어 이러한 형태로 사용됩니다.

 

BH3

 

BH3-THF 착물

 

 

 

· 알켄의 수소 붕소 첨가 반응 메커니즘

 

  알켄의 수소 붕소 첨가 반응은 아래 그림에 나타난 바와 같이 C - B 결합과 C - H 결합이 동시에 일어나는 한 단계의 반응으로 진행됩니다. 이러한 반응상 특징은 이전 글에서 알아보았던 1) 산촉매에 의한 수화반응이 탄소 양이온 중간체 2) 옥시 수은 첨가 반응이 고리 중간체를 형성하였던 점과 차이가 있습니다.

 

알켄의 수소붕소 첨가 반응 메커니즘

 

  알켄의 수소붕소 첨가 반응은 반응의 결과 생성되는 물질에 있어서도 다음과 같은 큰 "위치 화학적 특징"이 있습니다.

 

→ 1) 알켄의 강산 촉매 하에서 일어나는 수화 반응 및 2) 알켄의 옥시 수은 첨가 반응에서 생성물은 마르코프니코프(Markovnikov's rule)를 따라 다치환된 탄소에 -OH기가 도입되었던 것과 달리, 알켄의 수소 붕소 첨가 반응에 의한 수화 반응 결과 생성되는 화합물은 마르코프니코프 규칙을 따르지 않는 화합물이 생성됩니다.

 

 

수소붕소 첨가 반응의 Anti-Markovnikov

 

  마르코프니코프 규칙을 따르면, 위 예시 반응의 생성물은 2차 알코올임을 예측할 수 있으나, 수소 붕소 첨가 반응은 Anti-Markovnikov(안티 마르코프니코프, Non-Markovnikov) 규칙을 따르므로(=마르코프니코프 규칙을 따르지 않으므로), 1차 알코올(Primary alcohol)이 생성물이 주된 생성물로 얻어졌습니다.

 

 

  이상, 알켄의 수소붕소 첨가 반응은 안티 마르코프니코프 규칙을 따라 다치환된 탄소가 아니라, 덜 치환된 탄소에 -OH에 도입된다는 "위치 화학적 특징"을 살펴보았습니다.

 

 

  그러나 이러한 위치 화학적 특징뿐만, 아니라 알켄의 수소 붕소 첨가 반응을 이용한 수화반응에는 중요한 "입체 화학적 특징" 또한 존재합니다.

 

알켄의 수소붕소 첨가 반응의 입체화학적 특징 

 

   상기한 바와 같이, 수소 붕소 첨가 반응은 한 단계 반응으로 진행됩니다. 따라서 알켄이 BH3와 반응을 할 경우, 알켄에 BH3는 동일한 방향으로 접근하게 되며, 이 결과 수소와 BH2는 동일한 방향에 도입됩니다. 이후 -BH2는 NaOH, H2O2에 의하여 제거되어 BH2가 존재하던 동일한 위치 및 방향에 -OH가 도입되는 것으로 반응이 종결됩니다.

 

→ 따라서 알켄의 수소 붕소 첨가 반응은 OH와 H가 동일한 방향으로 도입되는 syn첨가 형태로 진행된다는 중요한 "입체 화학적 특징"을 갖고 있습니다.

 

 

 

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・ 알켄의 수소 붕소 첨가 반응의 특징 요약

 

1) 위치 화학적 특징: 안티 마르코프니코프 규칙을 따라 -OH 기는 덜 치환된 탄소에 도입된다.

→ 위치 선택성 (Regioselectivity): 안티 마르코프니코프 (Anti-Markovnikov)

 

2) 입체 화학적 특징: 동일한 방향으로 -OH기와 H가 도입된다.

→ 입체 선택성 (Stereoselectivity): Syn 첨가

 

알켄의 수소붕소 첨가 반응 특징 요약