[알킬할라이드] Gilman 시약 제법과 반응

반응식

Gilman 시약은 위와 같이 주로 알킬할라이드에 반응하여 할로젠 원소를 날리고 알킬기를 붙이는 치환 반응을 하는데에 사용됩니다. 이 때 기존 알킬할라이드의 할로젠 원소에 접근하기 위한 steric이 너무 클 경우 치환 반응이 잘 일어나지 않습니다.

 

Gilman 시약은 위와 같은 반응식을 통해 제조할 수 있습니다. 무수용매가 사용되는 이유는 Grignard 시약과 마찬가지로 H2O 분자가 있을시 반응해버려서 시약의 형태가 깨지기 때문입니다. 따라서 에터와 같은 무수용매를 사용해줍니다. 또한 Gilman 시약의 경우 2당량의 알킬기가 필요하다는 점을 주의해야합니다.

 

예시

위와 같은 반응식의 예시가 있습니다. 브로민이 붙어있는 탄소에 접근하기 위한 steric이 크지 않으며 따라서 반응이 일어날 수 있고, 반응을 통해 알킬할라이드에 메틸기가 알킬기로 붙어있는 Gilman 시약을 사용하여 브로민을 떼어버리고 메틸기를 붙여줄 수 있습니다.

 

메커니즘

치환 반응은 위와 같은 메커니즘으로 일어납니다. CuLi는 양전하를 띠는 성향이 강하기 때문에 알킬기와 복합체를 형성하여 알킬기의 탄소를 음이온으로 만들어줍니다. 이 음이온은 leaving group(주로 할로젠 원소)이 붙어있는 탄소에 접근하여 결합하고 leaving group을 날려버립니다. 따라서 오른쪽 위와 같은 알케인을 합성할 수 있습니다.

 

예제

위와 같은 반응식을 수행할 경우 얻어지는 생성물을 예상해봅시다.

 

처음의 Halogenation 반응을 통해서 Br이 치환기로 붙게되며 이후 Gilman 시약을 사용한 반응을 통해 브로민을 알킬기로 치환시켜줄 수 있습니다. 따라서 오른쪽과 같은 생성물이 얻어지게 됩니다.

 

오른쪽과 같은 생성물을 얻기 위한 반응물 A와 B2CuLi를 예상하여 반응을 설계해봅시다.

 

길만 시약의 알킬기를 페닐기로 하면 오른쪽과 같은 생성물의 설계가 가능하므로 정답은 위와 같습니다.

 

위와 같은 반응의 생성물을 예상해봅시다. 이 경우 할로젠 원소가 치환기로 있지는 않지만 Grignard 시약에서 다루었던 문제와 아주 비슷합니다.

 

정답은 위와 같습니다. 에폭사이드 역시 친핵체를 접근시켜 SN2 반응을 만들 수 있으므로 산소와 연결된 둘 중 하나의 결합을 끊어줄 수 있으며, 이 때 SN2는 steric이 작은 쪽의 반응이 major이므로 오른쪽 위와 같은 생성물이 얻어짐을 예상할 수 있습니다.

 

마지막으로 위와 같은 반응식의 생성물을 예상해봅시다.

 

케톤보다도 할로젠 쪽이 leaving group으로써 더 적합하므로 Cl이 떨어지게 되고 결론적으로 오른쪽 위와 같은 생성물이 얻어지게 됨을 예상할 수 있습니다.