케톤 할로젠화
유기화학에서 알파-케토 할로젠화(영어: α-keto halogenation)는 특별한 유형의 할로젠화이다. 이 반응은 수용액 매질에서 해당 원소 할로젠과 함께 산성 또는 염기성 조건에서 수행될 수 있다. 이러한 방식으로 염화 이온, 브로민화물, 아이오딘화물(하지만 플루오린화물은 아님) 작용기는 케톤의 알파 위치에 선택적으로 삽입될 수 있다.
케톤의 카보닐 그룹(C=O)에 대한 알파 위치는 쉽게 할로젠화된다. 이는 염기성 용액에서 엔올레이트(C=C−O−
)를 형성하거나 산성 용액에서 엔올(C=C−OH)을 형성하는 능력 때문이다. 알파 할로젠화의 예로는 아세톤((CH
3)
2C=O)의 단일 브로민화가 있으며, 이는 산성 또는 염기성 조건에서 수행되어 브로모아세톤을 생성한다.
산성 (아세트산 내):
염기성 (수성 NaOH 내):
산성 용액에서는 보통 하나의 알파 수소만 할로젠으로 치환되는데, 이는 각 후속 할로젠화가 첫 번째보다 느리기 때문이다. 할로젠은 카보닐 산소의 염기성을 감소시켜 양성자화를 덜 유리하게 만든다. 그러나 염기성 용액에서는 할로젠의 유도 전자 끌기 때문에 후속 할로젠화가 더 빠르다. 이는 나머지 수소를 더 산성으로 만든다. 메틸 케톤의 경우, 이 반응은 종종 세 번째로 일어나 케톤 삼할로젠화물을 형성하며, 이는 물과 빠르게 치환되어 할로포름 반응으로 알려진 과정에서 카복실산염(−C(=O)O−
)을 형성할 수 있다.[1]
위치선택성 또한 다르다: 산성 조건에서 비대칭 케톤의 할로젠화는 더 치환된 알킬기가 할로젠화되는 결과를 낳는다. 두 번째 할로젠 당량은 다른 알킬 치환기(할로젠이 없는)의 할로젠화를 초래한다. 대조적으로, 염기성 용액에서는 비대칭 케톤이 덜 치환된 알킬기에서 할로젠화된다. 후속 할로젠화(보통 화학량론 제어로 멈출 수 없음)는 이미 할로젠 치환기를 가진 위치에서 발생하며, 모든 수소가 할로젠 원자로 대체될 때까지 계속된다. 메틸 알킬 케톤(2-알카논)의 경우, 할로포름 반응은 카복실산을 선택적으로 생성한다.[2]
α,β-불포화 케톤의 할로젠화
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α,β-불포화 케톤 또는 엔온에서는 불포화된 측면보다 케톤의 더 포화된 알파 위치에 아이오딘으로 선택적으로 할로젠화할 수 있다. 아이오딘은 알킬 브로민화물보다 반응성이 높아 이 반응에 매우 유용하기 때문에 선호된다.[3] I2와 함께 CuO를 사용하면 비교적 온화한 조건에서 이 반응을 달성할 수 있다. 이 반응은 CuO에 의해 촉진되는 매우 반응성 있는 엔올 메커니즘을 거치며, 이는 케톤의 포화된 알파 탄소에 I2를 선택적으로 첨가할 수 있게 한다.[4] 그러나 이 반응의 효율성은 아릴 작용기의 존재에 따라 달라진다.
녹색 화학에서의 응용
[편집]알파 할로젠화된 생성물은 반응성이 높아 반응하기 매우 쉽기 때문에 매우 유용한 화합물이다. 알파 할로젠화된 케톤은 친핵체와 반응하여 많은 귀중한 화합물을 생성한다. 그러나 현재 케톤 할로젠화 방법 중 다수는 유해한 화학 물질을 사용하고, 복잡한 절차를 가지며, 완료하는 데 오랜 시간이 걸린다. 또한, 주로 사용되는 극성 용매(DMF, DMSO 및 CH3CN)는 주요 환경 오염 물질이다.
2005년 Meshram 등은 녹색 화학의 원리에 따라 케톤 할로젠화를 더 친환경적인 반응으로 만드는 연구를 수행했다.[5][6] Meshram 등은 케톤 할로젠화에 주로 사용되는 유해 화학 물질의 대안을 조사하여 상온 이온성 액체가 유망한 옵션임을 발견했다.[6] 상온 이온성 액체는 독특한 화학적 및 물리적 특성을 가지며, 결합된 양이온을 변경하여 그 특성을 수정할 수 있다는 점에서 흥미로운 전망이다. 또한, 이러한 이온성 액체는 높은 극성을 가지며 유기 및 무기 분자를 용해하는 능력이 향상된 반응 속도로 이어져 더욱 바람직하다.
많은 실험에서 N-할로숙신이미드를 용매로 사용하는 이온성 액체가 기존 용매에 대한 효과적이고 친환경적인 대안임을 발견했다.[6] 이 과정은 또한 향상된 수율, 감소된 반응 시간, 간소화된 절차, 덜 유해한 화학 물질(강산 없음) 사용, 그리고 촉매 불필요 등 모든 면에서 과정을 더 친환경적으로 만들었다.
각주
[편집]- ↑ "Organic Chemistry" Fifth Edition, by Paula Yurkanis Bruice. Pearson Prentice Hall, Upper Saddle River, NJ, 2007
- ↑ Clayden, Jonathan. (2012). 《Organic chemistry》 2판. Greeves, Nick., Warren, Stuart G. Oxford: Oxford University Press. ISBN 9780199270293. OCLC 761379371.
- ↑ 가 나 Wang, Zihua; Yin, Guodong; Qin, Jing; Gao, Meng; Cao, Liping; Wu, Anxin (November 2008). 《An Efficient Method for the Selective Iodination of α,β-Unsaturated Ketones》 (영어). 《Synthesis》 2008. 3675–3681쪽. doi:10.1055/s-0028-1083200. ISSN 0039-7881.
- ↑ “Halogenation of Ketones via Enols” (미국 영어). 《Master Organic Chemistry》. 2022년 11월 13일에 확인함.
- ↑ “12 Principles of Green Chemistry” (영어). 《American Chemical Society》. 2022년 11월 13일에 확인함.
- ↑ 가 나 다 Meshram, H. M.; Reddy, P. N.; Vishnu, P.; Sadashiv, K.; Yadav, J. S. (2006년 2월 6일). 《A green approach for efficient α-halogenation of β-dicarbonyl compounds and cyclic ketones using N-halosuccinimides in ionic liquids》 (영어). 《Tetrahedron Letters》 47. 991–995쪽. doi:10.1016/j.tetlet.2005.11.141. ISSN 0040-4039.