유기화학, 그 열한 번째 이야기 | 알켄의 반응 - (2)

지난 포스팅에서는 알켄에 대해서 진행될 수 있는 몇 가지 반응들에 대해서 살펴보았다. 이번 포스팅에서는 그 연장선으로, 수화의 2가지 방법과 산화에 대해서 자세히 살펴볼 것이다.

우선 알켄의 수화는 지난 포스팅에서 이야기했던 H2O의 직접 첨가 이외에도, 2가지의 방법이 존재한다: 옥시수은 첨가 반응에 따른 수화와 수소붕소 첨가 반응에 따른 수화가 바로 그것이다. 우선 옥시수은 첨가 반응을 통해서 수화를 진행하는 방법은 (CH3CO2)2Hg (Hg(OAc)2)를 첨가함으로써 할로하이드린 첨가 반응과 비슷한 과정으로 H2O를 첨가하게 된다. 이 반응의 경우 Markovnikov 입체화학을 따르게 되고, 반응물로는 알켄, Hg(OAc)2, H2O, THF(Tetrahydrofuran: 용매로 사용됨), NaBH4가 있으며, 반응의 전체적인 과정은 다음 그림을 통해서 살펴볼 수 있다.

그림 1. 옥시수은 첨가 반응의 간단한 메커니즘.

다음으로는 수소붕소 첨가에 의한 물의 첨가 반응이다. 이 반응의 경우 Markovnikov 입체화학을 따르지 않으며, 신 입체화학(syn stereochemistry)을 따른다. 반응물로는 알켄과 BH3과 H2O2, OH-를 이용하며, THF 용매에서 반응이 진행된다. 크게 2가지 이유로 신 입체화학을 따르게 되는데, 첫 번째는 입체 장애이고, 두 번째는 치환기에 의한 안정화 효과 때문이다. 반응 메커니즘은 총 3단계로 구성되어 있으며, 이를 통해서 왜 이 반응이 신 입체화학을 따르는지를 조금 더 명확하게 알 수 있다.

그림 2. 수소화 붕소 첨가 반응의 메커니즘(1단계).

그림 3. 과산화수소에 의한 산화 메커니즘(2단계).

그림 4. 가수분해 메커니즘(3단계).

다음으로, 오존에 의한 알켄의 산화 반응에 대해 알아보겠다. 이 반응은 알켄, 오존, 환원제(주로 아연)을 사용하며,  오존의 첨가로 인해서 알켄은 분자오존화물로 바뀌고 이것이 다시 재배열 반응을 통해서 오존화물로 바뀌게 된다. 마지막으로 환원제를 가해서 최종적으로는 카보닐 화합물을 생성하게 된다. 메커니즘은 다음과 같다.

그림 5. 가오존 분해 메커니즘. 이 반응에서는 환원제로 Me2S를 사용하였다.

또한, 알켄을 산화시키는 방법에는 가오존 분해 뿐만 아니라 강산화제를 이용한 방법도 존재한다. 보통 KMnO4를 이용하며, 전체 메커니즘은 복잡하나 대략적으로 다음과 같은 과정으로 반응이 진행된다. 주의할 점은, 반응은 산성 조건에서 이루어져야 하며 만약 염기성 조건이라면 카보닐 화합물이 아닌 다이올이 생성된다.

그림 6. MnO4-에 의한 산화 반응. 산성 조건과 염기성 조건에서의 생성물이 다르다.

이것으로 알켄의 반응에 대해서는 모두 알아보았다. 다음 포스팅에서는 알카인의 반응에 대해서 다룰 것이다.