윌리엄슨 에터 합성: SN2 메커니즘, 반응 짝 고르기, 시험 대비 문제
짧은 답: 알콕사이드나 페녹사이드가 메틸 또는 1차 할로젠화 알킬을 한 단계 SN2로 공격해 에터를 만듭니다: R–O− + R′–X → R–O–R′ + X−. 부피가 큰 기는 알콕사이드 쪽에 두세요. 3차 할로젠화물은 대신 알켄(E2)을 줍니다.
윌리엄슨 에터 합성이란 무엇인가요?
윌리엄슨 합성은 비대칭 에터를 만드는 가장 일반적인 방법입니다. 시험 문제는 거의 언제나 한 가지를 묻습니다: 알콕사이드와 할로젠화물의 어떤 조합이 되고, 어떤 조합이 대신 알켄을 주는가.
템플릿은 페놀 → 아니솔을 두 단계로 그립니다. MolDraw에서 열어 에톡사이드나 다른 할로젠화물로 바꿔 보세요.
반응 한눈에 보기
| 친핵체 | 알콕사이드(ROH + Na 또는 NaH에서) 또는 페녹사이드(ArOH + NaOH에서) |
|---|---|
| 친전자체 | 메틸 또는 1차 할로젠화 알킬 / 토실레이트 |
| 메커니즘 | SN2 (뒤쪽 공격, 반전) |
| 예 | 페놀 + NaOH, 이후 CH3I → 아니솔 |
| 실패하는 경우 | 3차 할로젠화물(E2), 할로젠화 아릴(SN2 불가) |
단계별 메커니즘
- 알콕사이드 만들기. 페놀(pKa ≈ 10)은 NaOH로 탈양성자화됩니다. 알코올(pKa ≈ 16)은 금속 소듐이나 NaH가 필요합니다.
- SN2 공격. 음전하를 띤 산소가 할로젠과 결합한 탄소를 반대쪽에서 공격하고, 같은 단계에서 할로젠화 이온이 떠납니다. 그 탄소의 입체 중심은 반전됩니다.
템플릿의 모든 단계는 전자 하나하나까지 확인했습니다. 굽은 화살표대로 움직이면 정확히 그려진 구조가 나옵니다. MolDraw에서 열어 화살표를 한 단계씩 따라가 보세요.
풀이 예제
- 페놀 → 아니솔. NaOH, 이후 CH3I(또는 황산 다이메틸).
- 에탄올 → 다이에틸 에터. Na, 이후 C2H5Br.
- tert-뷰틸 메틸 에터(MTBE). (CH3)3CO−Na+ + CH3Br은 되지만, CH3O− + (CH3)3CBr은 대신 2-메틸프로펜을 줍니다.
- 분자 내 반응: 에폭사이드와 THF. 할로하이드린은 염기에서 고리가 닫혀 에폭사이드가 되고, 4-클로로뷰탄올은 테트라하이드로퓨란이 됩니다.
시험 대비 연습 문제
Q1. tert-뷰틸 메틸 에터를 만드는 가장 좋은 방법은?
정답 보기
(CH3)3CONa + CH3Br — SN2에는 입체 장애가 없는 할로젠화 메틸이 필요합니다. 3차 할로젠화물은 E2를 합니다.
Q2. 소듐 메톡사이드 + tert-뷰틸 브로마이드의 주생성물은?
정답 보기
2-메틸프로펜 — 강염기가 β-H를 떼어 냅니다(E2).
Q3. 아니솔을 만들 수 있는 조합은?
정답 보기
소듐 페녹사이드 + CH3I — 할로젠화 아릴은 SN2를 하지 않으므로 아릴기는 산소 친핵체 쪽에 있어야 합니다.
Q4. (R)-2-브로모뷰테인을 에톡사이드와 윌리엄슨 반응시키면 배열은 어떻게 되나요?
정답 보기
반전됩니다: (S)-2-에톡시뷰테인(일부 제거 반응 동반). — SN2 뒤쪽 공격.
흔한 실수
- 부피가 큰 기를 할로젠화물 쪽에 두는 것 — 알콕사이드 쪽에 있어야 합니다.
- 할로젠화 아릴을 친전자체로 쓰는 것.
- 2차 할로젠화물은 에터와 알켄의 혼합물을 준다는 것을 잊는 것.
- 보통의 알코올을 NaOH로 탈양성자화하려는 것(충분히 강하지 않음).
MolDraw에서 이 메커니즘 편집하기
- Open in MolDraw를 클릭하세요. 편집기가 열리면 전체 반응, 번호가 매겨진 각 단계, 핵심 정리 등 그림 전체가 캔버스에 나타납니다.
- 모든 요소가 일반 구조입니다. 치환기를 바꾸거나, 원자 색을 바꾸거나, 화살표를 옮겨도 화살표는 원자에 붙은 채로 유지됩니다.
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- 같은 그림은 편집기의 Templates → Schemes → Name reactions에도 있습니다.
질문과 답변
다이-tert-뷰틸 에터는 왜 윌리엄슨 합성으로 만들 수 없나요?
어떤 조합이든 3차 할로젠화물이 필요한데, 이것은 강염기인 알콕사이드와 만나 제거 반응(E2)을 합니다.
윌리엄슨 합성은 SN1인가요, SN2인가요?
SN2입니다: 한 단계, 뒤쪽 공격, 공격받는 탄소의 배열 반전.
어떤 용매가 가장 좋나요?
DMF, DMSO, 아세톤 같은 극성 비양성자성 용매가 SN2 단계를 빠르게 합니다.