[유기화학] 18-4. 에테르의 반응: 클라이젠 재배열 (Reactions of Ethers: Claisen Rearrangement)

 

1. 반응 개요

• 반응 정의
  • 알릴 아릴 에테르(Allyl aryl ethers)나 알릴 비닐 에테르(Allyl vinyl ethers)에 특이적으로 일어나는 재배열 반응임.
  • 알릴 아릴 에테르를 200~250도 정도로 가열하면 o-알릴페놀(o-allylphenol)로 전환됨.
  • 결과적으로 페놀의 ortho 위치에 알릴기가 도입되는 효과를 가짐.

• 합성 경로
  • 페녹시드 이온(Phenoxide ion)과 3-bromopropene(allyl bromide)의 Williamson 에테르 합성을 통해 알릴 아릴 에테르를 먼저 형성한 후 가열하여 재배열함.

 

2. Claisen Rearrangement 반응 메커니즘

• 고리형 협동 반응 (Pericyclic mechanism)
  • Diels-Alder 반응과 유사하게 단일 단계로 일어남.
  • 6원환 고리 모양의 전이 상태(Six-membered, cyclic transition state)를 거쳐 결합 전자들이 재배치됨.
  • C-O 결합의 끊어짐과 C-C 결합의 형성이 동시에 일어남.

• 반응 단계 (Allyl phenyl ether 기준)
  • 가열 시 알릴기의 말단 탄소가 페닐 고리의 ortho 탄소를 공격하며 전이 상태 형성.
  • 중간체인 6-allyl-2,4-cyclohexadienone이 생성됨.
  • 이 중간체가 신속하게 에놀화(Enolization)되어 향기성(Aromaticity)을 회복하며 o-allylphenol이 됨.
• 알릴기의 반전 (Inversion of the allyl group)
  • 알릴기의 말단 탄소가 고리와 결합하므로, 알릴기의 구조가 반전됨.
  • 14C 표지 실험을 통해 원래 에테르 산소에 붙어 있던 탄소가 아닌, 알릴기 반대편 말단 탄소가 고리에 결합함을 확인 가능함.

 

3. 생물학적 클라이젠 재배열

• 생물학적 경로에서는 흔하지 않지만, 아미노산인 페닐알라닌(Phenylalanine)과 티로신(Tyrosine)의 생합성 과정에서 나타남.
• Chorismate가 Claisen 재배열을 통해 Prephenate로 전환되며, 이후 Phenylpyruvate를 거쳐 Phenylalanine이 생성됨.

 

Problem 18-10. What product would you expect from Claisen rearrangement of 2-butenyl phenyl ether?

Answer.

o-(1-Methylallyl)phenol (알릴기의 구조가 반전되어 2-butenyl기의 3번 탄소가 페닐 고리의 ortho 위치에 결합함.)