유기화학, 그 여덟 번째 이야기 | 알켄의 친전자성 첨가 반응 - 개요

지난 포스팅에서는 알켄의 E, Z 명명 체계에 대해서 다루었다. 이번 포스팅에서는 알켄을 가지고 진행할 수 있는 반응에 대해서 알아볼 것이며, 특히 알켄의 이중 결합을 형성하는 파이 전자가 친전자체를 공격하여 첨가 반응을 하는 친전자성 첨가 반응에 초점을 맞출 것이다.

 

본격적으로 반응을 알아보기에 앞서서, 극성 유기 반응에서의 친전자체와 친핵체가 무엇인지 설명할 필요가 있다. 친핵체(Nucleophile)는 쉽게 말하면 "핵을 좋아하는" 물질이다. 음전하로 대전되어 있거나, 분자나 이온의 어떤 부분이 부분적인 음전하를 띄고 있는 경우를 말한다. 반대로 친전자체(Electrophile)는 쉽게 말하면 "전자를 좋아하는" 물질이다. 양전하로 대전되어 있거나, 분자나 이온의 어떤 부분이 부분적인 양전하를 띄고 있는 경우를 말한다. 이 포스팅에서 다룰 반응은 친전자체가 알켄의 이중 결합의 파이 전자에 의해서 공격당하는 메커니즘을 가지고 진행되는 반응이다.

 

우선 다음의 반응 메커니즘을 살펴보자.

그림 1. propene에 HCl의 친전자성 첨가 반응 메커니즘.

위 메커니즘에서, 두 탄소 간 형성된 이중 결합이 HCl의 수소를 공격하여 양성자 상태로 만들어서 새로운 C-H 결합을 형성한 후, 나머지 Cl- 음이온을 양전하를 가진 탄소에 새롭게 결합을 형성하면서 생성물을 형성하게 된다. 이러한 친전자성 첨가 반응의 몇 가지 예는 다음과 같다.

그림2. 몇 가지 친전자성 첨가 반응

여기서 한 가지 의문을 가져볼 수 있다: "상식적으로 HBr과 같은 할로젠화 수소의 첨가 반응에서 이중 결합을 이루는 탄소에 할로젠 음이온이 붙을 수 있는 가지수가 2가지인데, 왜 한 가지 생성물만 생기는가?" 이에 대한 해답은 바로 "Markovnikov 규칙" 이다. Markovnikov 규칙이란, "알켄에 HX 첨가 시 수소는 알킬 치환기 수가 적은 탄소에 결합하고 할로젠은 알킬 치환기 수가 더 많은 탄소에 결합한다"라는 규칙이다. 이 규칙은 대부분의 HX 첨가 시 잘 들어맞는 규칙이며, 탄소 양이온의 안정성에서 기인한 규칙이다. 

알켄의 친전자성 첨가 반응 과정에서 등장하는 중간체인 탄소 양이온의 안정성에 대해서는 다음 포스팅에서 다룰 것이다.