[유기화학] 9-8. 아세틸라이드 음이온의 알킬화 (Alkylation of Acetylide Anions)

 

1) 아세틸라이드 음이온의 친핵성

• 아세틸라이드 음이온은 탄소가 음전하와 비공유전자쌍을 모두 가지고 있어 매우 강한 친핵체이다.
• 따라서 1° 알킬 할라이드(특히 1° alkyl bromides, iodides)와 SN2 방식으로 반응하여 새로운 C–C 결합을 형성하고, 그 결과 알카인이 한 탄소 더 길어진다.

 

• 아세틸라이드 음이온이 브로모메탄의 전기양성 탄소를 backside attack 하며 C–C 결합이 형성되고, Br⁻이 떨어져 나가는 과정을 통해 SN2 기작으로 알카인이 확장된다.

 

2) 아세틸라이드 음이온의 알킬화 반응 매커니즘

1. 아세틸라이드 음이온이 알킬 브로마이드의 탄소에 전자쌍을 사용해 결합을 형성하기 시작한다. 이때 C–Br 결합은 transition state에서 부분적으로 끊어지고 있으며 δ–와 δ+ 분포가 나타난다.
2. 새로운 C–C 결합이 완전히 형성되면 Br⁻은 완전히 떨어져 나간다. → 반응 전체가 전형적인 SN2 치환 기작임을 알 수 있다.

 

 

• Transition state 구조에서 C–Br 결합이 부분적으로 끊어져 있고 새 C–C 결합이 동시에 형성되는 형태가 제시되며, 이를 통해 아세틸라이드 음이온이 SN2 방식으로 작용한다는 직접적 근거를 제공한다.

 

3) 말단·내부 알카인의 합성 전략

• 알카인 알킬화는 다양한 치환 알카인을 합성하는 데 매우 유용하다.
  1. 말단 알카인 + NaNH₂ → 아세틸라이드 음이온 생성
  2. 생성된 음이온 + 1° 알킬 할라이드 → 길어진 알카인 생성

예) 1-Hexyne → (NaNH₂, NH₃) → [아세틸라이드 음이온] → CH₃CH₂CH₂CH₂Br 처리 → 5-Decyne (내부 알카인) 생성

 

 

• 반응 순서를 통해 말단 → 음이온 → 내부 알카인으로 단계적 확장이 가능함을 나타내며, 특히 내부 알카인의 생성이 단일 알킬화가 아닌 “연속 알킬화”로 이루어진다.
• 추가적으로, 아세틸렌(H–C≡C–H)은 두 말단을 모두 알킬화할 수 있어,

1. 첫 번째 알킬화 → 말단 알카인
2. 두 번째 알킬화 → 내부 알카인

형태의 구조 변환 및 확장이 가능하다.

 

 

4) 알킬 할라이드의 종류에 따른 반응성

• 아세틸라이드 음이온은 강한 친핵체이므로 1° 알킬 할라이드와만 SN2 반응을 잘 진행한다.
• 2° 또는 3° 알킬 할라이드의 경우 → SN2가 일어나지 못하고 E2 제거 반응이 우세해짐 → 알켄 생성
  • 예) Bromocyclohexane(2°) + CH₃C≡C:⁻ → SN2 불가 → Cyclohexene + CH₃C≡CH + NaBr (원하는 알카인 생성 X)

 

 

2° 알킬 브로미드가 아세틸라이드 음이온과 반응할 때 SN2 transition state로 갈 수 없고 제거(E2)만 일어나는 경향이 강조되어 있으며, 그림에서는 알카인이 생성되지 않고 제거산물이 나온다.

이로써 알카인 알킬화에는 반드시 1° 알킬 할라이드만 적합하다는 결론을 보여준다.

 

 

Problem 9-10. Show the terminal alkyne and alkyl halide from which the following products can be obtained. If two routes look feasible, list both.

 

Answer.

(a) CH₃CH₂CH₂C≡CH + CH₃X or HC≡CH₃ + CH₃CH₂CH₂X

(b) (CH₃)₂CHC≡CH + CH₃CH₂X

(c) Cyclohexylacetylene + CH₃X

 

 

Problem 9-11. How would you prepare cis-2-butene starting from propyne, an alkyl halide, and any other reagents needed? This problem can’t be worked in a single step. You’ll have to carry out more than one reaction.

 

Answer.

1. Propyne + NaNH₂ → Propyne anion
2. CH₃I (or Br) → 2-Butyne
3. H₂, Lindlar catalyst → cis-2-Butene