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9.8 : 알킨에서 알데히드와 케톤으로: 산 촉매 수화

도입

알켄과 유사하게 알킨도 산 촉매 수화를 겪습니다. 알켄에 물을 첨가하면 알코올이 생성되지만 알킨의 수화는 알데히드 및 케톤과 같은 다양한 생성물을 생성합니다.

Figure1

알킨의 산 촉매 수화 속도는 알켄보다 훨씬 느리기 때문에 일반적으로 반응을 촉진하기 위해 황산수은(HgSO_4)과 같은 수은염을 첨가합니다. 말단 알킨의 수화는 마르코브니코브 법칙을 따릅니다. 그러나 내부 알킨의 경우 물을 첨가하면 지역선택성이 없습니다.

메커니즘

메커니즘은 Hg^2+ 이온에 대한 알킨 π 결합의 친핵성 공격으로 시작되어 고리형 수은 이온 중간체가 형성됩니다. 더 많이 치환된 탄소에 대한 물의 두 번째 친핵성 공격은 케토-에놀 호변 이성질체 현상을 통해 안정한 케토 형태로 빠르게 전환되는 유기수은 에놀을 형성합니다. 케토 중간체의 양성자화에 이어 Hg^2+ 이온이 손실되어 에놀 형태의 생성물이 생성됩니다. 마지막 단계는 에놀을 원하는 케톤으로 호변이성화하는 과정으로 진행됩니다.

Figure2

케토-에놀 호변이성화

알켄과 달리 알킨의 산촉매 수화는 되돌릴 수 없습니다. 이는 알킨의 수화 과정에서 형성된 에놀 중간체가 불안정하고 더 안정적인 케토 형태로 빠르게 이성질체화되기 때문입니다. 두 형태 사이에 존재하는 화학적 평형을 케토-에놀 호변이성체 현상이라고 합니다. C=O 결합은 C=C 결합보다 상당히 강하기 때문에 균형은 케토 이성질체에 유리합니다. 케토-에놀 호변이성체 현상은 양성자의 이동과 이중 결합 위치의 변화를 특징으로 합니다.

산촉매 호변이성화는 2단계 과정입니다.

1단계: 에놀 이중 결합 전체에 양성자 추가

Figure3

2단계: 양성자를 잃어 케토 형태를 생성함

Figure4

1-프로핀의 산 촉매 수화는 초기에 덜 안정한 에놀 이성질체인 프로펜-2-올을 형성하고, 이는 보다 안정적인 케토 생성물인 프로판-2-온으로 호변이성화됩니다.

Figure5

말단 및 내부 알킨의 수화

산 촉매 수화는 단 하나의 최종 생성물을 형성하기 때문에 말단 및 대칭 내부 알킨에 가장 효과적입니다. 대조적으로, 비대칭 내부 알킨은 분리가 필요한 생성물의 혼합물을 생성합니다. 이는 전체 수율을 낮추고 공정의 효율성을 떨어뜨립니다.

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AlkynesAldehydesKetonesAcid catalyzed HydrationMercuric SaltMarkovnikov s RuleNucleophilic AttackMercurinium Ion IntermediateOrganomercuric EnolKeto enol TautomerismIrreversible ReactionEnol IntermediateKeto FormChemical Equilibrium

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