[알켄] 할로젠화반응 (Halogenation)

할로젠화반응은 할로젠 원소로 이루어진 화합물이 알켄에 가해져서 이웃자리이할로젠화물을 생성하는 반응입니다. 이 때 이웃자리이할로젠화물은 말 그대로 이웃한 탄소에 할로젠 원소가 각각 첨가된 형태로 생각하면 됩니다.

 

가장 대표적 예시로 위와 같은 반응물에 Br2를 반응시키면, 오른쪽과 같은 생성물 + 생성물에 대한 거울상이성질체가 생성됩니다. 이 때 같은 비율로 생성되기 때문에 라세미 혼합물 형태로 생성될 것을 예상할 수 있습니다.

 

메커니즘은 위와 같습니다. 먼저 알켄의 전자쌍이 할로젠 원소에 제공되면서 할로젠 원소를 붙이고, 음이온이 된 할로젠 원소의 전자쌍이 다시 양이온 탄소에 제공되며 양쪽으로 결합을 형성합니다. 이후 남은 할로젠 음이온이 SN2 반응을 일으켜 결합 하나를 분리시키고 anti 첨가가 완결됩니다. 만약 브로민이 cis로 첨가된다면, 생성물 자체에 steric이 워낙 커서 불안정한 생성물이 나오게 되므로 cis로는 첨가가 일어나지 않습니다. 물론 위의 메커니즘에서 Br이 반대로 붙고 같은 방향으로 SN2가 일어나면 거울상 이성질체가 생성물로 얻어질 것입니다.

 

위와 같은 반응의 생성물을 예상해봅시다.

 

바로 오른쪽 위와 같은 생성물이 얻어지는데, 핵심은 tert-butyl기에 있습니다. tBu는 steric이 아주 큰 치환기이기 때문에 axial에 위치하면 안됩니다. 따라서 equatorial이라고 가정하고 나머지 치환기들이 어떻게 해야 anti 첨가가 될지 생각해보면, 각각 위처럼 쐐기-대쉬로 표현할 수 있습니다. 사이클로핵세인을 아래처럼 그려서 확인해보면 steric 문제도 적게 발생하고, anti 첨가도 제대로 된 것을 확인할 수 있습니다.