[유기화학] 17-9. 페놀과 이용법 (Phenols and Their Uses)

 

1. 페놀의 산업적 중요성

• 피크린산(폭약), 베이클라이트 수지, 합판용 접착제 등의 원료로 사용됨.
• 과거에는 클로로벤젠과 NaOH를 반응시키는 Dow 공법을 사용했으나, 현재는 큐멘 공법이 주로 사용됨.

 

2. 큐멘 공법 (Cumene Process)

• 큐멘(isopropylbenzene)을 공기(산소)와 고온에서 반응시켜 큐멘 하이드로퍼옥사이드(cumene hydroperoxide)를 형성함 (라디칼 메커니즘).
• 이를 산 처리하면 페놀(phenol)과 아세톤(acetone)으로 전환됨.
• 두 가지 유용한 화학 물질을 동시에 얻을 수 있어 매우 효율적임.

 

3. 페놀 형성 메커니즘

1. 양성자 첨가: 하이드로퍼옥시기의 말단 산소에 양성자가 붙어 옥소늄 이온을 형성함.
2. 재배열 및 물 이탈: 페닐기가 탄소에서 산소로 이동함과 동시에 물 분자가 이탈기로 떨어져 나가며 탄소 양이온이 생성됨.
3. 물 첨가: 탄소 양이온에 물이 친핵적으로 공격하여 새로운 옥소늄 이온을 형성함.
4. 양성자 이동: 한 산소에서 다른 산소로 양성자가 이동하여 헤미아세탈(hemiacetal) 중간체를 형성함.
5. 분해: 페놀이 제거되면서 아세톤이 생성되고, 산 촉매가 재생됨.

 

4. 페놀 유도체와 활용

• 염소화 페놀: 오염방지제(Pentachlorophenol), 제초제(2,4-D), 살균제(Hexachlorophene) 등의 원료.

• 식품 보존제 (BHT, BHA): 산화 방지제로 사용됨.
  • BHT: p-메틸페놀(p-cresol)과 2-메틸프로펜을 산 촉매 하에서 Friedel-Crafts 알킬화 반응시켜 제조함.
  • BHA: p-메톡시페놀을 알킬화하여 제조함.

 

Problem 17-17. Show the mechanism for the reaction of p-methylphenol with 2-methylpropene and H3PO4 catalyst to yield the food additive BHT.

Answer.

1. 2-메틸프로펜이 H3PO4에 의해 양성자화되어 tert-butyl 탄소 양이온을 형성함.
2. p-메틸페놀의 -OH기에 대해 오쏘(ortho) 위치에서 탄소 양이온이 친전자성 방향족 치환 반응(EAS)을 일으킴.
3. 이 반응이 두 군데의 오쏘 위치에서 모두 일어나 2,6-di-tert-butyl-4-methylphenol(BHT)이 생성됨.