Friedel–Crafts 알킬화 반응과 아실화 반응은 강한 EWG가 있을 경우에는 왜 불가능한가요?

Question

안녕하세요. 방향족 화합물에서 Friedel–Crafts 알킬화 반응과 아실화 반응과 같은 EAS 반응을 진행할 때 NO2나 SO3H와 같은 강한 EWG가 있을 경우에는 왜 불가능한가요?

Answer 1

안녕하세요. 네, 질문해주신 것과 같이 Friedel–Crafts 알킬화 반응과 아실화 반응이 강한 전자 끌개(EWG)가 치환된 방향족 화합물에서 잘 일어나지 않습니다.

우선 Friedel–Crafts 알킬화나 아실화 반응은 친전자성 방향족 치환 반응(EAS)인데요, 반응 중간체로서 아레늄 이온이 생성되는데, 이는 방향족 고리의 전자 밀도가 충분히 높아야 안정적으로 형성될 수 있습니다. 즉, 방향족 고리가 친전자체를 공격할 수 있을 정도로 전자를 제공할 수 있어야 반응이 진행됩니다. 하지만 이때 NO₂, SO₃H, –CF₃와 같은 강력한 전자 끌개(EWG)는 고리 전체에서 전자 밀도를 크게 감소시키는 효과를 가집니다. 이들의 –I 효과(유도 효과)로 인하여 전기음성도가 큰 원자가 전자를 끌어당겨, 방향족 고리에 전자가 부족해지며 –M 효과(공명 효과)로 인해 NO₂, SO₃H 같은 치환기는 공명 구조를 통해 고리에서 전자를 더 뺏어가며, 특히 ortho/para 위치에 전자 밀도를 심하게 낮춥니다. 그 결과, 고리 자체가 친전자체를 공격할 힘이 부족해지고, Friedel–Crafts 반응이 거의 일어나지 않게 되는 것입니다. 감사합니다.