[알킬할라이드] 이웃기 참여 반응 (NGP, Neighboring Group Participation)

반응식

이웃기참여반응(NGP)은 SN2 반응에 속하는 친핵성 치환반응이긴 하지만 친핵체와 leaving group이 모두 같은 분자 내에 있다는 차이점이 있습니다. 그 외 나머지 성질들은 대략적으로 SN2 반응과 같습니다. SN2 반응과 관련해서는 다음의 포스트를 참고해주세요.

 

[알킬할라이드] 이분자 친핵성 치환반응 SN2 (기질, 용매, 친핵체에 따른 반응성 비교)

 

예시

대표적으로 위와 같은 반응이 있습니다. 겨자씨 반응이라고 하기도 하는 위의 반응은 SN2 반응을 통해 황을 포함한 고리 중간체를 형성한 뒤 다시 SN2 반응이 일어나 hydroxy기를 가지게 됩니다.

 

메커니즘

메커니즘은 위와 같습니다. 먼저 Br은 좋은 leaving group에 해당하고 S 또한 비공유전자쌍을 가지고 있는데다 Br과 연결되어 있는 탄소는 1차 알킬할라이드이기 때문에 SN2 반응을 일으킬 수 있습니다. 그 다음 H2O 분자가 친핵체의 역할을 하여 다시 한 번 SN2 반응을 일으켜 OH기가 연결되는 것을 확인할 수 있습니다.

 

예제

아래 예제들은 메커니즘을 확인하는 문제들인데 메커니즘 자체가 조금 생소할 수 있습니다.

위와 같은 반응의 메커니즘을 확인해보세요. NH2는 OH기의 수소를 제거하는데에 사용되며, 위의 반응은 이웃기 참여 반응입니다.

 

정답은 위와 같습니다. 수소가 제거된 뒤 산소 음이온이 이탈기 Cl을 backside attack을 통해 날리고 SN2 반응을 하여 고리형 에스터를 형성하는 것을 확인할 수 있습니다.

 

위의 반응식의 반응물과 생성물을 참고하여 메커니즘을 나타내어봅시다.

 

정답은 위와 같습니다. 분자 내에서 아세틸기의 이중결합이 아이오딘을 내보내고 SN2 반응을 시켜 분자 내 고리를 형성하고, 이후 공명 구조 내에서 -OAc 음이온이 다시 SN2 반응을 일으켜 아래와 같은 두 종류의 이성질체를 형성하여 결과적으로는 라세미 혼합물을 생성하게 됩니다.

 

위와 같은 반응식의 생성물을 예상해봅시다. Br과 OH만 봐도 알 수 있듯 역시 이웃기참여(NGP) 반응입니다.

 

정답은 위와 같습니다. 우선 H-Br이 분리되면서 반응이 개시됩니다. +OH2는 아주 좋은 leaving group이므로 떨어져 나가고 Br이 붙어서 사각고리중간체를 형성하는 것을 확인할 수 있습니다. 이후 남은 Br-이 다시 SN2 반응을 일으키게 됩니다. 이 때 반응 중간마다 나타나는 입체 구조를 정확히 나타내어야 합니다. 특히 SN2 반응의 경우 입체구조가 반전되므로 주의해주어야 합니다.

 

마지막에 R, S형의 입체중심을 가지는 것을 확인할 수 있는데 이 경우 메조화합물이 형성됩니다. (R, R) 또는 (S, S)일 경우 반드시 부분입체이성질체가 되지만 (R, S)형이나 (S, R)형의 경우 메조화합물임을 외우고 있으면 좋습니다. (직접 확인해보아도 됨)

 

위와 같은 반응식의 생성물을 예상해보세요. 이 예제는 별로 어렵지 않습니다.

 

정답은 위와 같으며 오각형의 고리형 아민을 생성하는 것을 확인할 수 있습니다.