정답
중간체(C\(_7\)H\(_6\))는 p-메틸벤자인(para-methylbenzyne)이고, A는 p-메틸아닐린(4-methylaniline, p-toluidine), B는 p-메틸벤젠디아조늄 염(4-methylbenzenediazonium chloride), C는 p-메틸벤조니트릴(4-methylbenzonitrile, p-tolunitrile)이다.
출제 의도
아릴 할라이드에 대한 KNH\(_2\)/NH\(_3\) 조건에서의 벤자인(benzyne) 기구, 아닐린의 디아조화 및 Sandmeyer 반응을 연속적으로 이해하여, 각 단계의 중간체와 생성물의 구조를 추론할 수 있는지를 평가하는 문제이다.
풀이 과정
출발 물질은 p-bromotoluene(4-bromotoluene, 벤젠 고리에 para 위치로 Br와 CH\(_3\)가 치환된 구조)이다.
KNH\(_2\)/액체 NH\(_3\) 조건에서는 아릴 브로마이드가 이탈기 Br과 그 인접 탄소의 H가 제거되면서, 고리 내에 삼중결합을 갖는 벤자인 중간체가 생성된다. p-bromotoluene의 경우, Br가 붙어 있던 탄소와 그 ortho 위치의 수소가 제거되므로, 벤젠 고리 상에 인접 두 탄소 사이에 삼중결합이 있고, 그로부터 para 위치에 CH\(_3\)기가 치환된 p-메틸벤자인이 된다. 이 중간체의 분자식이 C\(_7\)H\(_6\)이다.
이 벤자인에 NH\(_2^-\)가 첨가·재배열되어 결국 para 위치에 CH\(_3\), 다른 위치에 NH\(_2\)가 있는 아닐린 유도체가 된다. 문제에서 A의 분자식이 C\(_7\)H\(_9\)N이고, 방향족 수소가 \(^1\)H NMR에서 2개 화학적 이동만 보인다고 했으므로, A는 고리의 두 치환기가 서로 para 관계인 p-메틸아닐린(4-methylaniline, p-toluidine)임을 알 수 있다.
다음 단계에서 A를 NaNO\(_2\)/HCl과 반응시키면 아닐린의 아미노기가 디아조늄기로 변하는 디아조화가 일어난다. 따라서 B는 p-메틸벤젠디아조늄 염, 즉 고리에 para-CH\(_3\)와 para-상대 위치에 N≡N\(^+\)가 붙어 있고 음이온으로 Cl\(^-\)를 가지는 4-methylbenzenediazonium chloride이다.
마지막으로 B를 CuCN과 반응시키면 Sandmeyer 반응에 의해 디아조늄기가 시아노기로 치환된다. 따라서 최종 생성물 C는 방향족 고리에 para 위치로 CH\(_3\)와 CN이 치환된 p-메틸벤조니트릴(4-methylbenzonitrile, p-tolunitrile)이다.
<풀이가 부정확할 수 있으니 반드시 교차검증 확인 바랍니다.>