[알켄] 산촉매수화반응 (Hydration)

알켄에 산을 가해 알코올로 반응시킬 수 있습니다. 이 때 산의 농도가 낮고, 저온이어야 생성물이 잘 얻어집니다. 그 이유인즉슨 SN1(첨가 반응)이 묽은 산과 저온의 환경에서 잘 발생하기 때문입니다. 따라서 산의 농도가 진하고 고온일 경우 다시 알켄으로 돌아가는 비율이 높아집니다. 참고로 알켄 제법 중 산촉매탈수반응(dehydration)이 이 산촉매수화반응의 역반응에 해당하고, 말 그대로 산촉매탈수반응을 거꾸로하여 알코올을 얻어내는 것이 위의 반응입니다.

 

반응은 대략 위처럼 나타납니다. 산으로 사용될 수 있는 물질에는 황산, 인산과 같은 산을 비롯하여 MsOH, TsOH, AcOH와 같은 양성자를 잘 내놓는 산이면 무엇이든 사용 가능합니다. 생성물에 Racemic mix를 표시하지 않은 이유는 위의 생성물은 카이랄 탄소가 존재하지 않으므로 입체 중심이 없기 때문입니다.

 

메커니즘은 위와 같습니다. 산촉매탈수반응의 역반응이기 때문에 아주 단순하며 입체 중심이 있을 경우 입체 구조만 조심해주면 아주 간단한 메커니즘입니다.

 

위 반응식의 생성물을 예상해보세요. shift를 고려해야 합니다.

 

반응 메커니즘은 위와 같이 일어납니다. 먼저 알켄의 이중결합이 끊어지면서 수소 양성자와 결합하고, 여기에 바로 친핵체의 SN1이 일어나는 것이 아닌 Markovnikov's rule에 의해 중간체가 2차 탄소 양이온에서 더욱 안정한 3차 탄소 양이온으로 hydride shift가 일어나며 변화한 이후 H2O 친핵체의 공격이 일어납니다. 따라서 오른쪽과 같은 생성물이 얻어지는 것을 확인할 수 있습니다.

 

만약 위와 같은 생성물이 아닌, shift가 일어나지 않은 생성물을 얻고 싶다면 어떻게 해야 할까요? 바로 옥시수은화 환원반응을 이용하는 것입니다. 해당 반응은 다음 포스트에서 다루도록 하겠습니다.