유기화학II

대구가톨릭대학교 제약산업공학과

(4주차)

친전자성 방향족 치환반응

학습내용

① 친전자성 방향족 치환반응

② Alkene과 방향족 화합물의 반응을 비교

③ Bromination, fluorination, chlorination,

iodination

④ Aromatic nitration

⑤ Aromatic sulfonation

⑥ Aromatic hydroxylation

친전자성 방향족 치환

방향족 화합물의 가장 보편적인 반응은 친전자성 방향족 치환 반응

(electrophilic aromatic substitution)이다. 즉, 친전자체(E+)가 방향족

고리와 반응하여 한 개의 수소를 치환한다.

Alkene의 반응; 첨가반응

HCl이 알켄에 첨가될 때, 친전자성 수소가 이중 결합의 π 전자에 접근

하여 한 탄소와 결합을 형성하고, 다른 탄소에 양전하를 남겨놓는다.

이 탄소양이온 중간체는 친핵성 Cl- 이온과 반응하고 첨가 생성물을 생

성한다.

① 방향족 고리는 알켄보다 친전자체에 대해 훨씬 더 반응성이 작다.

② Benzene의 브로민화 반응이 일어나기 위해서는 FeBr3와 같은 촉매가

필요하다.

③ 촉매는 Br2 분자를 더욱 편극화시켜 마치 Br+인 것처럼 반응하는 화학

종을 만들어 더욱 친전자성으로 만들어 준다.

Benzene의 bromination

Benzene의 촉매를 이용한 친전자성 방향족 브로민화 반응의 메커니즘

친전자성 방향족 치환반응

Benzene의 반응에서 첨가 생성물은 방향족 화합물의 안정성을 갖지

못한다.

첨가 생성물은 상대적으로 에너지가 높고 불안정하다. (생성 ×)

Benzene의 반응에서 치환 생성물이 유일한 생성물이다.

문제) Toluene의 단일 브로민화 반응에서 세 가지의 bromotoluene이 얻

어진다. 생성물의 구조를 그리고 명명하여라.

Aromatic fluorination

플루오린(F2)은 너무 반응성이 크고, 직접적인 플루오린화 반응에 의

해 플루오린이 한 개 치환된 생성물의 수득률은 너무 낮다.

일반적으로 플루오린화 반응에 시약은 약어로 F-TEDA-BF4로 나타내

는 시약이고 Selectfluor라는 이름으로 판매된다.

Aromatic chlorinaton

염소화 반응은 브로민화 반응과 비슷한 조건에서 반응한다.

방향족 고리는 FeBr3 존재하에서 Br2와 반응하는 것처럼 FeCl3 촉매

존재하에서 Cl2와 반응하여 chlorobenzene을 생성한다.

Aromatic iodination

아이오딘(I2) 자체는 방향족 고리에 대한 반응성이 없다.

Hydrogen peroxide(H2O2) 또는 CuCl2와 같은 구리 염인 산화제를

첨가해야 한다.

이 화합물들은 I2를 산화시켜 I+(더 강력한 친전자성 화학종)를 생

성한다.

Aromatic nitration

방향족 고리는 질산 및 황산의 혼합물과 반응에 의해 나이트로화 될

수 있다.

방향족 나이트로화 반응

방향족 고리의 나이트로화 반응은 자연계에서 일어나지 않는다.

나이트로-치환된 생성물이 철, 주석 또는 SnCl2와 같은 시약에 의해

환원되어 arylamine (ArNH2)을 생성하기 때문에 중요한 반응이다.

Aromatic sulfonation

방향족 고리는 H2SO4와 SO3 혼합물인 발연 황산과 반응에 의해 설폰화

된다.

방향족 설폰화 반응

나이트로화, 설폰화와 같은 반응들은 자연적으로 일어나지 않는다.

염료와 의약품 제조에 널리 사용된다. 예를 들면, sulfanilamide와 같은

설파제는 최초의 임상적으로 유용한 항생제 중의 하나이다.

Aromatic hydroxylation

Hydroxybenzene(페놀류)을 생성하는 반응은 생물학적 경로에서 자주

일어난다.

다른 친전자성 방향족 치환 반응과 유사하게, 하이드록시화 반응에 필

요한 “OH+ 대등체”로서 작용하는 친전자성 화학종을 기대할 수 있다.

문제) o-Xylene, m-xylene, p-xylene의 chlorination에서 예상되는 생성

물을 쓰시오.

문제) Benzene을 D2SO4로 처리했을 때, 여섯 개의 중수소가 치환되는

과정을 설명하라.

왜 염기가 D에 전자쌍을 주지 않고, H에 전자쌍을 주는가?

- 그 이유는 중수소 동위원소 효과 때문이다.

- C-D의 결합이 C-H의 결합보다 강하다.

주요 용어

친전자성 방향족 치환 반응(electrophilic aromatic substitution), 친전

자체(electrophile), bromination, fluorination, chlorination, iodination,

nitration, sulfonation, hydroxylation