시약 조건에 따라서 알카인의 수소화 반응 진행 시 생성물이 달라지는 이유는 무엇인가요?
안녕하세요. 알카인에 대해 수소화 반응을 진행할 때, Lindlar 촉매를 사용하면 시스-알켄이, Na/NH₃ 조건에서는 트랜스-알켄이 주로 생성되는 이유는 무엇인가요?
안녕하세요. 질문해주신 것과 같이 알카인의 수소화 반응에서 생성물이 시약 조건에 따라 달라지는 이유는 반응이 진행되는 메커니즘의 차이 때문입니다.
먼저 Lindlar 촉매 조건에서는 팔라듐(Pd)에 탄소나 CaCO₃를 담지한 촉매에 Pb(OAc)₂나 퀴놀린 같은 억제제를 첨가하는데요, 이 경우 알카인의 삼중 결합에 수소가 촉매 표면에서 동시에 두 개의 원자 형태(H·)로 흡착된 후 같은 면으로 syn 첨가되기 때문에, 두 수소가 같은 방향으로 붙어 시스-알켄이 형성됩니다. 또한 이 촉매는 알켄까지 더 이상 수소화되지 않도록 반응 속도를 제한하여, 알켄 단계에서 반응이 멈추도록 조절합니다.
반대로 Na/NH₃조건에서는 금속 나트륨이 전자를 방출하여 알카인의 삼중 결합에 전자가 하나 들어가면서 라디칼 음이온을 형성하는데요, 이어서 액체 암모니아에서 제공되는 프로톤(H⁺)이 결합하고, 다시 전자 전달 및 프로톤화가 반복되면서 최종적으로 알켄이 만들어집니다. 이 과정은 단계적으로 일어나고, 전자와 양성자가 교대로 다른 탄소 원자에 붙기 때문에 반대쪽 면으로 첨가가 일어나고, 결과적으로 트랜스-알켄이 주생성물이 됩니다. 즉 Lindlar 촉매 조건에서는 촉매 표면에서의 동시 첨가 때문에 시스-알켄이 생기고, Na/NH₃ 조건에서는 전자 전달 후 단계적 프로톤화 때문에 트랜스-알켄이 생성됩니다. 감사합니다.