[알코올] TsCl/MsCl을 이용한 leaving group의 형성과 치환반응 문제 (2019학년도 19번 풀이)

문제

알코올(하이드록시기)에 TsCl 또는 MsCl을 처리하여 SN2 반응을 유도하는 문제에 대하여 보기의 옳고 그름을 확인해보며 메커니즘들을 살펴봅시다.

 

풀이

하이드록시기에 위와 같이 TsCl, MsCl, TfCl 등을 처리하면 수소 대신 끼어들어가며 아주 반응성이 좋은 leaving group이 형성되게 됩니다. 이 때 pyridine은 같이 처리되어 수소를 제거하는데에 사용됩니다. 어쨌든 결론은, 위와 같은 처리를 해주었다는 것은 이어서 SN2 반응이 일어난다는 의미와 같습니다.

 

 

먼저 보기 ㄱ에 있는 반응식의 메커니즘을 규명해봅시다. 먼저 TsCl과 pyridine이 작용하여 OTs라는 leaving group을 만들게 됩니다. 이후 NaI를 처리해주었는데 사실상 I-가 처리된 것과 같습니다. 이 I-는 SN2 반응을 일으켜 끼어들어가게 되고 이 때 중심 탄소는 카이랄 탄소가 아니기 때문에 입체표현을 해줄 필요는 없습니다.

 

이 때 중요한 점은 I-는 OTs보다는 아니지만 역시 좋은 leaving group이기 때문에 이후 들어오는 PPh3에 의해 역시 SN2 반응을 일으키며 떨어져 나가게 됩니다. 따라서 위와 같이 SN2 반응이 2번 연속하여 일어나고 최종 생성물이 일치하는 것을 확인할 수 있습니다. 따라서 보기 ㄱ은 맞습니다.

 

 

그 다음 보기 ㄴ의 반응식을 살펴보면 2당량의 MsCl을 처리해주었기 때문에 한 분자 내에 OH기가 두 개 있는데 이 두 개가 모두 leaving group으로 바뀔 것을 예상할 수 있습니다. 그 다음 BnNH2가 처리되는데, 어차피 SN2 반응이 일어날 것이 예상되기 때문에 OMs 한 쪽이 떨어져 나가고 BnN이 붙을 것을 예상할 수 있습니다.

 

그런데 여기서 주의할 점은 NBnH2는 2당량이 처리된 것이 아니기 때문에 한 쪽에만 붙게 됩니다. 따라서 이후에는 분자 내 SN2 반응이 일어나야 합니다. 결론적으로는 위와 같은 고리형 분자를 형성하게 되고, 이는 보기 ㄴ에서 보이는 최종 생성물과 일치하므로 보기 ㄴ 또한 맞음을 알 수 있습니다.

 

 

마지막으로 보기 ㄷ을 보면, hydroboration 반응 시약임을 확인할 수 있습니다. 따라서 알켄의 steric이 적은 쪽으로 OH기가 생성되게 됩니다. 그 다음에는 역시 TsCl을 처리하여 leaving group을 만들어주고, 그 다음에는 처리된 시약이 딱히 없기 때문에 분자 내 SN2 반응을 예상할 수 있습니다. 따라서 분자 내 산소가 SN2 반응을 일으켜 고리를 형성함을 확인할 수 있습니다. 이는 보기 ㄷ에서 보여주고 있는 생성물과 같으므로 보기 ㄷ 또한 맞습니다.

 

따라서 맞는 보기는 ㄱ, ㄴ, ㄷ 전부이고 정답은 7번이 됩니다.