트로폰
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1. 개요
트로폰은 1945년 듀워가 방향족성을 처음 제안한 화합물로, 카보닐기의 분극으로 인해 휘켈 규칙을 만족하여 방향족성을 띤다. 트로폰은 다양한 유기 합성 방법을 통해 얻을 수 있으며, 고리 축소 반응, 친전자성 및 친핵성 치환 반응, 고리화 반응 등 다양한 화학 반응에 참여한다. 트로폰 유도체인 트로폴론, 히노키티올, 스티피타트산, 트로포디티에트산, 콜히친 등은 의약품, 화장품, 농약 등 다양한 분야에서 응용될 수 있다.
트로폰은 카보닐기의 산소 원자 쪽으로 음전하가 쏠리는 분극 현상으로 인해 독특한 구조와 성질을 가진다. 이러한 분극은 트로폰이 방향족성을 획득하고, 쌍극자 모멘트가 증가하며, 염기성을 나타내는 주요 원인이다.[1][2]
트로폰을 합성하는 방법에는 여러 가지가 있다. 시클로헵타트라이엔을 셀레늄 이산화물로 산화시키는 방법[24]과 시클로헵테논을 브로민화해 트리브로모트로폰을 합성한 후 수소를 제거하는 방법[24] 등이 있다.
2. 구조 및 성질
2. 1. 방향족성
카보닐기는 산소 원자 쪽으로 음전하가 쏠려 중심 탄소 고리에 6개의 파이 전자가 있게 되어 휘켈 규칙에 따라 방향족성을 띤다.
방향족이 되기 위해 음전하가 더 쏠려 사이클로헵타논(3.04 D)보다 더 큰 쌍극자 모멘트(4.17 D)를 가진다. 1945년 듀어는 트로폰이 방향족성을 가질 수 있다고 제안했다. 카르보닐기는 고리의 결과로 더 분극되어 탄소 원자(A)에 부분적인 양전하, 산소에 부분적인 음전하를 띤다. 극단적인 경우, 탄소 원자는 완전한 양전하(B)를 띠어 6전자 방향족 시스템인 트로필륨 이온 고리를 형성한다(C).
트로폰은 또한 방향족 안정화의 결과로 염기성(D)을 띤다. 이러한 성질은 산과의 염 형성이 용이하다는 점에서 관찰할 수 있다. 트로폰의 분자 쌍극자 모멘트는 4.17 D로, 사이클로헵타논의 3.04 D와 비교된다. 이러한 차이는 쌍극자 공명 구조의 안정화와 일치한다.
트로폴론(E)은 산성이며, 는 7(페놀 [10]과 벤조산 [4] 사이)이다. 페놀과 비교하여 산성도가 높아진 것은 일반적인 공명 안정화 때문이다. 트로폰류와 그 정도는 아니지만 트로폴론류는 염기성(D)도 나타내며, 이는 방향족 안정화가 이유이다. 이 성질은 산과 쉽게 염을 형성하는 것으로 관찰할 수 있다. 시클로헵타논의 쌍극자 모멘트가 3.04 D(데바이)인 것에 비해, 트로폰의 쌍극자 모멘트는 4.17 데바이이며, 이것 또한 방향족성의 증거로 볼 수 있다.
2. 2. 분극
카보닐기는 산소 원자 쪽으로 음전하가 쏠리는 분극 현상 때문에 탄소 원자에 부분적인 양전하, 산소 원자에 부분적인 음전하를 띤다. 극단적인 경우, 탄소 원자는 완전한 양전하를 띠어 6전자 방향족 시스템인 트로필륨 이온 고리를 형성한다.
트로폰의 분자 쌍극자 모멘트는 4.17 D로, 사이클로헵타논의 3.04 D보다 크다. 이러한 차이는 트로폰이 방향족성을 띠기 때문이며, 카보닐기의 분극이 더 크게 일어난다. 1945년 듀어는 트로폰이 방향족성을 가질 수 있다고 제안했다.
2. 3. 염기성
트로폰은 방향족 안정화의 결과로 염기성(D)을 띤다. 이러한 성질은 산과 염 형성이 용이하다는 점에서 관찰할 수 있다. 트로폰의 분자 쌍극자 모멘트는 4.17 D로, 사이클로헵타논의 3.04 D와 비교된다. 이러한 차이는 쌍극자 공명 구조의 안정화와 일치한다.[1] 트로폴론도 트로폰만큼은 아니지만 염기성을 나타내며, 이는 방향족 안정화 때문이다. 이 성질은 산과 쉽게 염을 형성하는 것으로 관찰할 수 있다.[2]
3. 합성
3. 1. 시클로헵타트라이엔 산화
셀레늄 이산화물을 이용해 시클로헵타트라이엔을 산화시켜 트로폰을 합성할 수 있다.[24][4][21]
3. 2. 트로피논으로부터의 합성
트로피논으로부터 트로폰을 합성하는 방법에는 호프만 제거 반응 및 브롬화 반응을 거치는 과정이 있다.[2]
4. 반응
트로폰은 수산화 칼륨과 고온에서 반응하여 벤조산을 생성하는 고리 축소 반응, 브로민과 반응하는 친전자성 치환 반응, 친핵성 치환 반응, 계피 알데히드와 [8+3] 고리화 반응, 다이엔으로서 무수 말레산과 딜스-알더 반응 등 다양한 화학 반응에 참여한다.[2][5][22]
4. 1. 고리 축소 반응
트로폰은 고온에서 수산화 칼륨과 함께 고리 축소 반응을 거쳐 벤조산을 생성한다.[2] 많은 유도체 또한 해당 아렌으로 축소된다.[2]4. 2. 친전자성 치환 반응
트로폰은 브로민과 친전자성 치환 반응을 하지만, 반응은 1,2-부가 생성물을 통해 진행되며 친전자성 방향족 치환 반응은 아니다.[2]4. 3. 친핵성 치환 반응
트로폰 유도체는 친핵성 방향족 치환 반응과 매우 유사하게 친핵성 치환 반응을 한다.[2]4. 4. 고리화 반응
트로폰은 계피 알데히드와 [8+3] 고리화 반응을 일으킨다.[5]트로폰은 디엔처럼 디엘스-알더 반응에 참여하며, 말레산 무수물과 반응한다.[2] (부타디엔)철 트리카보닐과 유사한 철 트리카보닐 부가물을 형성하기도 한다.[6]
5. 유도체
트로폰은 다른 화합물 합성에 사용되는 물질이다. 주요 유도체로는 트로폴론, 히노키티올, 스티피타트산, 트로포디티에트산, 콜히친 등이 있으며, 그 외에도 푸베룰론산, 푸베룰산, 로제오박티사이드, 페르남부콘, 크로토트로폰, 오로바논 등이 있다.[13][14][15][16][17] 각 유도체의 상세 정보는 다음과 같다.
이름 | 화학 구조 | 자연 발생원 |
---|---|---|
트로폴론 | ![]() | Pseudomonas lindbergii, Pseudomonas plantarii[7] |
히노키티올 | ![]() | Cupressaceae 나무[8] |
스티피타트산 | Talaromyces stipitatus[9] | |
트로포디티에트산 | Phaeobacter piscinae, Phaeobacter inhibens, Phaeobacter gallaeciensis[10][11] | |
콜히친 | Colchicum autumnale, Gloriosa superba[12] |
5. 1. 트로폴론
트로폰의 유도체인 트로폴론은 화장품에 사용되는 방부제로 주로 사용된다.이름 | 화학 구조 | 자연 발생원 |
---|---|---|
트로폴론 | Pseudomonas lindbergii, Pseudomonas plantarii[7] | |
히노키티올 | Cupressaceae 나무[8] | |
스티피타트산 | Talaromyces stipitatus[9] | |
트로포디티에트산 | Phaeobacter piscinae, Phaeobacter inhibens, Phaeobacter gallaeciensis[10][11] | |
콜히친 | Colchicum autumnale, Gloriosa superba[12] |
다른 트로폰 유도체에는 푸베룰론산, 푸베룰산, 로제오박티사이드, 페르남부콘, 크로토트로폰, 오로바논 등이 있다.[13][14][15][16][17]
5. 2. 히노키티올
히노키티올은 트로폴론의 유도체이며, Cupressaceae 나무에서 발견된다.[8]
5. 3. 스티피타트산
스티피타트산은 Talaromyces stipitatus에서 발견되는 물질이다.[9]
5. 4. 트로포디티에트산
5. 5. 콜히친
콜히친은 ''Colchicum autumnale'', ''Gloriosa superba''에서 발견되는 트로폰 유도체이다.[12]
참조
[1]
웹사이트
ALDRICH
http://www.sigmaaldr[...]
[2]
논문
Tropones and Tropolones
1955
[3]
논문
Structure of Stipitatic Acid
[4]
논문
Inverse Electron-Demand Diels-Alder Cycloaddition of a Ketene Dithioacetal. Copper Hydride-Promoted Reduction of a Conjugated Enone. 9-Dithiolanobicyclo[3.2.2]non-6-en-2-one
http://www.orgsyn.or[...]
[5]
논문
An N-Heterocyclic Carbene-Catalyzed [8 + 3] Annulation of Tropone and Enals via Homoenolate
[6]
논문
The Crystal and Molecular Structure of Tropone Iron Tricarbonyl
[7]
논문
Synthesis of naturally occurring tropones and tropolones
2014-12
[8]
논문
The Biological Activities of Troponoids and Their Use in Agriculture A Review
2014-09-10
[9]
논문
Genetic, molecular, and biochemical basis of fungal tropolone biosynthesis
2012-05-15
[10]
논문
Synthesis and bioactivity of analogues of the marine antibiotic tropodithietic acid
2014-08-06
[11]
논문
Dual function of tropodithietic acid as antibiotic and signaling molecule in global gene regulation of the probiotic bacterium Phaeobacter inhibens
2017-12
[12]
논문
GOUT
2009
[13]
논문
Identification and biosynthesis of tropone derivatives and sulfur volatiles produced by bacteria of the marine Roseobacter clade
2009-12-10
[14]
논문
Bacterial Tropone Natural Products and Derivatives: Overview of their Biosynthesis, Bioactivities, Ecological Role and Biotechnological Potential
2020-09
[15]
논문
Pernambucone, a new tropone derivative from Croton argyroglossum
2009-05-01
[16]
논문
Crototropone, a new tropone derivative from Croton zehntneri
2008-04-01
[17]
논문
A tropone derivative from orobanche rapum-genistae
1981-01-01
[18]
웹사이트
Tropone
https://www.sigmaald[...]
[19]
논문
Tropones and Tropolones
[20]
논문
Structure of Stipitatic Acid
[21]
서적
INVERSE ELECTRON-DEMAND DIELS-ALDER CYCLOADDITION OF A KETENE DITHIOACETAL. COPPER HYDRIDE-PROMOTED REDUCTION OF A CONJUGATED ENONE. 9-DITHIOLANOBICYCLO
[22]
논문
An N-Heterocyclic Carbene-Catalyzed [8 + 3] Annulation of Tropone and Enals via Homoenolate
[23]
웹사이트
ALDRICH
http://www.sigmaaldr[...]
[24]
논문
Synthesis of Naturally Occurring Tropones and Tropolones
https://www.ncbi.nlm[...]
2014-12-09
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