[유기화학] 17-6. 알코올의 반응 (Reactions of Alcohols)

 

1. 알코올의 할로젠화 알킬 전환

• 3차 알코올: 0°C에서 HCl 또는 HBr과 반응하여 SN1 메커니즘으로 진행함.
  • 카보양이온 중간체를 거쳐 할로젠화 알킬을 형성함.

• 1차 및 2차 알코올: 산에 대한 저항성이 커서 SOCl2 또는 PBr3를 사용하여 SN2 메커니즘으로 전환함.
  • OH기가 클로로설파이트(-OSOCl) 또는 디브로모포스파이트(-OPBr2)와 같은 좋은 이탈기로 변한 뒤, 배면 공격(backside attack)을 통해 이탈함.

 

2. 토실레이트(Tosylates)로의 전환

• 알코올 + p-톨루엔설포닐 클로라이드(tosyl chloride, p-TosCl) with pyridine → 토실레이트(ROTos)
  • 이 반응에서는 O-H 결합만 끊어지고 C-O 결합은 유지되므로, 산소 원자가 카이랄 중심에 결합되어 있어도 배열의 반전이 일어나지 않음.

• SN2 반응에서 입체 화학적 차이
  • 알코올 → 할로젠화 알킬 → SN2 반응: 두 번의 반전이 일어나 출발 물질과 동일한 배열의 생성물을 얻음.
  • 알코올 → 토실레이트 → SN2 반응: 한 번의 반전만 일어나 출발 물질과 반대 배열의 생성물을 얻음.

 

3. 알코올의 탈수 반응을 통한 알켄 생성

• 산 촉매 탈수 (E1 반응)
  • 3차 알코올에서 가장 잘 일어남.
  • 강산(H3O+)과 가열 조건이 필요하며, 자이체프 규칙(Zaitsev's rule)에 따라 더 많이 치환된 안정한 알켄이 주생성물로 형성됨.
    • 예시: 2-methyl-2-butanol → 2-methyl-2-butene이 major product
  • 메커니즘: 알코올 산소의 양성자화 → 물 분자 이탈로 카보양이온 형성 → 인접한 탄소에서 양성자 제거로 이중 결합 형성.

• POCl3를 이용한 탈수 (E2 반응)
  • 2차 및 3차 알코올을 염기성 용매인 피리딘에서 POCl3와 반응시켜 0°C의 온화한 조건에서 진행함.
    • 예시: 1-methylcyclohexanol + POCl3 with pyridine → 1-methylcyclohexene
  • OH기가 디클로로포스페이트(-OPOCl2) 중간체로 변하여 좋은 이탈기가 됨.
  • 메커니즘: 피리딘이 인접한 양성자를 제거하면서 이탈기가 동시에 떨어져 나가는 1단계 E2 메커니즘으로 진행됨.

• 생물학적 탈수 (E1cB 반응)
  • 카보닐기로부터 두 탄소 떨어진 위치의 OH기가 이탈할 때 발생함.
  • 염기가 카보닐 인접 탄소의 양성자를 먼저 제거하여 에놀레이트 음이온 중간체를 형성한 후, OH기가 물로 이탈함.
  • 예시: 5-dehydroquinate → Tyrosine

 

4. 에스터(Esters)로의 전환

• 알코올과 카복실산을 반응시켜 에스터를 형성함.
• 실험실에서는 강산 촉매를 사용하거나, 카복실산을 더 반응성이 큰 산 클로라이드(acid chloride)로 변환한 후 알코올과 반응시킴.

• 생물체 내에서는 티오에스터(thioester)나 아실 아데노실 포스페이트(acyl adenosyl phosphate)가 기질로 작용하여 에스터를 형성함.

 

Problem 17-12. How would you carry out the following transformation, a step used in the commercial synthesis of (S)-ibuprofen?

Answer.

1. PBr3, ether (OH를 Br로 치환, SN2에 의한 배열 반전)

2. NaCN, THF (Br을 CN으로 치환, SN2에 의한 두 번째 배열 반전으로 원래 입체 배열 회복)

 

Problem 17-13. What product(s) would you expect from dehydration of the following alcohols with POCl3 in pyridine? Indicate the major product in each case.

Answer.

(a) 2-methyl-2-pentene (Major product), 2-methyl-1-pentene

(b) 1-methylcyclohexene (Major product)

(c) 1-methylcyclohexene (Major product)

(d) 2-methyl-2-pentene (Major product), 4-methyl-2-pentene

(e) 2-methyl-2-pentene (Major product)