[알켄] Cyclepropane 합성반응 (+ Carbene 합성법)

반응식

알켄에 CHX3, 또는 그 외에 카벤이 생성될 수 있는 물질 + 강염기를 처리하면 사이클로프로페인을 생성하는 반응을 구성할 수 있습니다. 이 때 카벤이란 중심의 중성 탄소가 한 쌍의 비공유 전자쌍을 포함하고 있는 물질을 말합니다. 카벤을 생성하는 방법은 여러가지가 있지만, 대표적으로 CHX3 물질에 강염기를 처리하는 것입니다.

 

예시

예시로 위와 같은 반응이 있습니다. 알켄의 이중결합이 깨지면서 카벤과 결합하여 오른쪽 생성물과 같은 탄소 삼각고리, 사이클로프로페인(Cyclopropane)을 생성하는 것을 확인할 수 있습니다.

 

메커니즘

카벤 생성과정을 설명하기 위해 CHBr3으로 예시를 들겠습니다. 왼쪽 위와 같은 CHBr3에 강염기를 처리하면 OH-가 수소를 떼어감과 동시에 탄소에 비공유 전자쌍이 생기게 됩니다. 왼쪽의 전자쌍이 중심으로 이동하면서 Br 한 개가 떨어져 나갑니다. 이후 만들어진 카벤이 알켄과 반응하면, 알켄도 공유전자쌍을 제공하고 카벤도 비공유전자쌍을 제공함으로써 삼각형의 탄소고리가 형성됩니다.

 

예제

위의 반응식은 어떤 생성물을 생성할지 예측해봅시다.

반드시 CHX3 형태가 아니라 CH2X2 형태여도 마찬가지로 카벤이 생성될 수 있습니다. 이 경우에는 H가 한 개 더 붙어잇으므로 오른쪽과 같이 카이랄 중심이 발생하게 되고 따라서 라세미 혼합물이 만들어집니다.

 

위의 반응식은 어떤 생성물을 생성할까요.

 

바로 오른쪽과 같은 생성물을 생성합니다. 입체구조를 어떻게 표현할지가 관건입니다만, steric이 적은 윗 방향으로 사이클로프로페인이 형성되게 될 것이므로 위처럼 그려주면 될 것입니다.

 

+ 이건 카벤을 생성하는 여러가지 반응식 중 또 다른 한 가지의 예시인데, 위처럼 COONa를 가지고 있어도 가열을 통해 카벤을 형성해줄 수 있으니 분자의 대략적인 형태를 기억해두어야 합니다.