羧酸衍生物
重氮甲烷(CH2N2)
最后更新:2023年5月25日|
重氮甲烷的反应(CH2N2)及其机制
- 重氮甲烷是一个有用的(尽管高毒性和潜在的爆炸性)羧酸转换成甲基试剂吗酯类。
- 它也可以用于一个碳扩展(羧酸通过“同系化反应”)Arndt-Eistert合成。
- 优秀的离去基团(N2)使它的一个潜在来源碳烯,可用于摘要总结的烯烃。
- 重氮甲烷(CH2N2)是最简单的重氮化合物。气体在室温下(沸点-23°C)一般准备和用作稀溶液与专用设备(如flame-polished关节),最大限度地减少爆炸的可能性。一个相关的(安全)试剂,trimethylsilyldiazomethane (TMSCHN2)越来越多地用于重氮甲烷的地方。
表的内容
1。重氮甲烷的路易斯结构(CH2N2)
重氮甲烷是最简单的重氮组成的化合物,亚甲基碳(CH2)连着二氮(N2)。
只是为了好玩,在我们继续下去之前,看看你能不能画一个适当的重氮甲烷的路易斯结构,CH2N2。
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注意两个重氮甲烷的重要共振形式。关键共振对我们来说是一个形式左(测验)另一方面,碳熊孤对,负形式电荷。右边显示的其他两个化合物也有效CH2N2但不重氮甲烷的路易斯结构。(注1]
这提供了一个重要的线索可能重氮甲烷的反应性;它是亲核碳,也是相当好的基础。(的pK一个它的共轭酸是大约10,类似的NH吗4(+),所以重氮甲烷是基本的北半球3。)
另一线索重氮甲烷的化学行为中发现,氮与氮之间的三键,这是重氮甲烷的终极原因是很多实验室恐怖故事的来源。
(例如,看到这篇文章:重氮甲烷——如何不做)
好离开组织软弱基地- - -二氮(N2)是最弱的基地之一。正如你可能知道,在生活中每一个氮原子的目标是恢复自由曾经二氮(N的一个分子2)在地球大气层,在重氮甲烷,这可以达到仅仅通过单个碳氮键的断裂。
这使重氮甲烷很活泼,和高度不稳定对我们通常分类为无害的,像毛玻璃关节和金属注射器技巧。
此外,如果抢,震惊,加热,甚至足够强紫外线处理,重氮甲烷将迅速和猛烈释放氮气。
由于这些原因(并且它是一个黄色的气体在室温下(沸点-23°C)一般准备和处理稀释解决方案溶剂等醚使用特殊设备(即flame-polished吸量管,没有磨砂玻璃接头)。(注2]
哦,顺便说一下,这也是剧毒。(看到注3对于一些细节处理重氮甲烷)。
为什么要使用它呢?(因为它是最棒的!注意4)
2。转换的羧酸与重氮甲烷甲基酯
羧酸可以制成甲基酯类通过治疗试剂重氮甲烷,CH2N2。
这是一个非常温和的方式将羧酸转化为酯类。由于上述的重氮甲烷的毒性和爆炸危险,这样做通常是规模小。
另一个(和更安全)试剂,trimethylsilyldiazomethane (TMSCHN2)越来越多地用于CH的地方2N2。(注5)
3所示。羧酸与重氮甲烷甲基酯-机制
对甲基羧酸的转换酯类是一个两步的过程。
在第一步中,重氮甲烷,弱碱,质子化了的碳给H3碳氮2(+)。这是一个例子重氮复合,你可能遇到如果你覆盖了桑德迈尔和相关反应。
像大多数重氮的化合物,CH3- n2(+)不会逗留太久。它与产生的快速重组羧酸盐阴离子在一个年代N2给甲基的反应酯和释放的分子N2大气中加入它的弟兄。
有趣的是,虽然重氮甲烷与羧酸反应容易,它不发生反应烷基乙醇和丙醇等醇类。
你能找出原因吗?(提示:pK一个H3碳氮2(+)大约是10)。(注6)
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4所示。“打造”使用“Arndt-Eistert合成羧酸与重氮甲烷
重氮甲烷也用于这一过程被称为同系化反应的羧酸的术语“使他们一个碳长”。
通过这种方式,我们可以首先,醋酸(CH3羧基),并把它转换成丙酸(CH3CH2羧基)。
一个方便的技巧!(如果你喜欢呕吐物的味道——但我跑题了)
“额外的”碳的来源是CH2重氮甲烷。这个过程是大约一百年前开发的,通常被称为Arndt-Eistert合成。
- 这个过程始于一种酸氯(可由羧酸通过用亚硫酰氯、乙二酰氯、PCl5或类似的试剂)。(见文章:亚硫酰氯)
- 然后,重氮甲烷添加(通常至少两个等价物,尽管现代程序需要一个)。
- 加热(或者更常见,除了银盐Ag)等2O)导致的损失氮气伴随着骨架重排称为沃尔夫重排,称为一个中间产品烯酮。
- 乙烯酮给出了添加水羧酸。
5。Arndt-Eistert合成机制(和沃尔夫重排)
有三个主要阶段Arndt-Eistert合成。
第一个是重氮甲烷的反应与酸卤给一个新物种称为diazoketone。
所以前两个步骤是相对简单的addition-elimination过程,给出一个新的重氮化合物。
我们不做。
在附近羰基(和N2)α碳是合理的酸性和可以通过重氮甲烷过剩deprotonated (或外部基地如氧化钙,明白了在这里)给一个烯醇化物。
的烯醇化物只是这三个主要的共振形式之一分子,通常被称为一个“diazoketone”。
留意,“烯醇化物然而,“共振形式(左一)。
下一步是事情变得有点奇怪。
如果你开始通过共振形成在最左端,你可以想象一个过程
- 切断的π键形式,而
- 碳碳键的休息时间,迁移到邻近的碳(类似于1,2-hydride和1,2 -烷基变化),
- 碳氮键断裂,解放N2
(这种重排的库尔修斯有很多的相似之处和霍夫曼重组——看到文章)
它可以有利于画一个丑陋的寻找这种产品版本的第一个获得正确的连接。
这种反应被称为的产物烯酮,这是外来物种的介绍有机化学。
烯酮是优秀的亲电试剂。的C = O碳烯酮与不同的亲核试剂进行反应羧酸衍生品。
他们甚至会与弱的亲核试剂反应像水一样,给了一个羧酸。
6。摘要与重氮甲烷
最后一个应用程序介绍有机化学的重氮甲烷的来源碳烯。
碳烯二阶碳原子(即连着两个原子)和拥有两个非键电子。像碳正离子,他们有6个价电子,缺电子的物种。
加热后,处理光,甚至在某些金属的存在,重氮甲烷将失去N2给“亚甲基碳烯”:CH2
的存在烯烃,碳烯将形成环丙烷。
而不是光或热(可unselective),钯和铜催化剂通常用于这些反应。(一个代表性的例子看到在这里)。
7所示。总结
重氮甲烷有它的用途。在介绍有机化学,这些主要是:
- 形成甲基酯类从羧酸
- 在重氮酮的形成,以及随后沃尔夫重排
- 摘要总结
至少可以说,这是极不可能的,本科实验室将使用重氮甲烷为任何原因,因为它是剧毒和潜在的爆炸性。如果你在的位置进行过程与CH2N2,就应该尽最大的努力完成了,只有通过适当的训练和装备。
笔记
- HN = C = NH是最简单的例子碳化二亚胺,最显著的例子是dicyclohexylcyclodiimide (DCC)。
- 循环分子diazirine。重氮甲烷一样,它也可以失去N2给亚甲基碳烯。虽然它看起来非常不稳定,合成——看到在这里(j。化学。Soc。1962、84、1063)。
注2。一个共同前体准备重氮甲烷是通过基本的分解p-tolylsulfonylmethylnitrosamide,奥尔德里奇在销售的贸易名称,DIAZALD®。他们还卖特殊工具准备的重氮甲烷flame-polished玻璃关节。一个代表性的过程使重氮甲烷在这里。
注3:建议使用重氮甲烷。人,有很多。这里有一个:别,永远与重氮甲烷,除非你已经训练有素的人与自己合作。尽管通常从未使用过的(它的沸点是-23°C),通常的稀溶液处理醚时,重氮甲烷的爆炸在high-surface-area材料(如毛玻璃关节,或者,上帝保佑,金属注射器)。如果摒弃移液管,关键是flame-polish安全的边缘。工作在爆炸的盾牌。
这文章对重氮甲烷的安全处理有用的技巧。
此外,重氮甲烷是强烈毒性:人死于吸入。如果它不杀了你在短期内,总有。重氮甲烷,作为烷化剂,倾向于反应(如烷基化物)你的DNA,导致碱基对不匹配,突变,癌症-最终。
注4:为什么要用重氮甲烷?因为它是最好的。甲基的形成酯类从羧酸与重氮甲烷的反应是我最喜欢的一个反应。你让你的解决方案羧酸在醚由移液管,分发明亮的黄色重氮甲烷的解决方案——慢慢地,直到黄色持续下去,等待5分钟,以确保所有的N2沸腾了,杀死多余的重氮甲烷和几滴醋酸和集中。不需要列。最简单的反应。
注5。如何使用,diazoethane乙酯类,或者diazopropane丙酯类吗?这是可以做到的——看在这里的问题是得到良好的收益率diazoalkanes(30%是典型的老程序)。一个最近的一篇论文有更好的收益。(见参考10)
注6。反应更有效更酸性醇如酚类(pK一个10)。反应可以烷基如果男朋友这样的路易斯酸醇3是补充道。
测试你自己!
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(高级)引用和进一步阅读
对于一些铆接,张大着嘴可怕的故事,是关于重氮甲烷在实验室里,看看这个线程的管道:重氮甲烷:如何不做。
重氮甲烷是一种有机化学试剂常用于各种转换。太被动销售作为一个纯化合物;它从前体生成解决方案和立即使用。
- Ueber Diazomethan
诉Pechmann
化学。的误码率。1894年,27(2),1888 - 1891
DOI:10.1002 / cber.189402702141 - Ueber Diazomethan
诉Pechmann
化学。的误码率。1895年,28(1),855 - 861
DOI:10.1002 / cber.189502801189
前两个文件由汉斯·冯·Pechmann重氮甲烷的合成和发现。 - 重氮甲烷
j . de Boer和h . j .支持者
Org。Synth。1956年,36、16
DOI:10.15227 / orgsyn.036.0016
这个过程,base-catalyzed分解的p-tolylsulfonylmethylnitrosamide,今天准备重氮甲烷是最常见的方法。生成重氮甲烷作为一个飘渺的应该使用解决方案和迅速。奥尔德里奇卖包的制备重氮甲烷在此基础上,前身是商用,通常被称为“DIAZALD®”。 - 改善阿恩特−Eistertα-Diazoketones要求最小的重氮甲烷的合成的钙氧化物酸食腐动物
维速度,Guido Verniest Josep-Vicent Sinisterra,安德烈斯·r·阿尔坎塔拉,诺伯特•德Kimpe《有机化学》杂志上 2010年 75年(16),5760 - 5763
DOI:10.1021 / jo101105g
这个2010年过程期间使用氧化钙作为基础来清除HCl diazoketones的形成。 - DIDEUTERIODIAZOMETHANE
g . Gassman和w·j·Greenlee
Org。Synth。1973年,5338岁
DOI:10.15227 / orgsyn.053.0038
注1在这个过程有详细的笔记关于重氮甲烷的使用安全。应该使用聚四氟乙烯stirbars,金属应避免、解决远离光,玻璃器皿和毛玻璃关节不应使用。 - Iron-Catalyzed摘要在6米KOH原位生成重氮甲烷
比尔莫兰迪和埃里克·m·Carreira
科学3月23日2012年:卷。335年,发行6075,页1471 - 1474
DOI:1126 / science.1218781
介绍了苯乙烯的“锅”的摘要和相关化合物没有重氮甲烷的前隔离,从而使这个化学更安全、更实用。 - Trimethylsilyl-substituted diazoalkanes: i Trimethylsilyldiazomethane
迪特马尔Seyferth霍斯特门泽尔,托马斯·c·艾伦•w•道
有机金属化学杂志1972年,44(2),279 - 290
DOI:1016 / s0022 - 328 x (00) 82916 - 2
Trimethylsilyldiazomethane(又名“TMS-diazomethane”)是一个更容易处理重氮甲烷的替代品。商用,可用于重氮甲烷产生同样的反应。 - 快速和方便的隔离和甲基酯化的水溶性酸用重氮甲烷
j . Eisenbraun r·n·莫里斯,g . Adolphen
《化学教育1970年,47(10),710年
DOI:10.1021 / ed047p710
这是一个短的注意,描述了一个修改通常与重氮甲烷酯化过程,促进水溶性羧酸的酯化。 - Trimethylsilyldiazomethane甲基羧酸的酯化反应的机制
Erik Kuhnel大卫·d·P。之际,人C。劳埃德琼斯》,特蕾莎修女马丁内斯del Campo,伊恩·R。Shepperson珍妮弗•L。屠杀
Angew。化学。Int。。2007年,46(37),7075 - 7078
DOI:10.1002 / anie.200702131
羧酸的酯化diazoalkanes是一种常见的反应,特别是重氮甲烷。TMS-diazomethane这个反应也可以用来作为一个更安全的替代重氮甲烷 - 环烷酮催化同系化反应与重氮甲烷代替。温和、高效的单步访问α-Tertiaryα-Quaternary羰基化合物
David c .莫比乌斯和杰森·s .金斯伯里美国化学学会杂志》上 2009年 131年(3),878 - 879
DOI:10.1021 / ja809220j
本文包含程序做出各种各样的代替重氮甲烷衍生品。它也有非常有用的笔记的安全处理和制备重氮甲烷及其衍生品。
但重氮甲烷甲基醚也存在hbf4或bf3你能分享其机制在什么特殊hbf4或bf3这样反应所得
正确的。所以的问题在正常醇是醇酸性不足以使质子化重氮甲烷的CH2。解决方案是使用一个质子酸如HBF4你提到。这给CH3-N2(+)这是一个优秀的烷化剂。
我认为你臭
好吧
需要帮助与丙烷和CH2N2反应
在正常情况下,没有反应,但是如果CH2N2激动光化学地可能有碳烯的形成和碳氢键插入颈- 1或丙烷的c - 2。不是我推荐的。
在1980年代末,一直到1990年代中期,作为一个老的实验室技术我设置有机合成用Diazald®工具通过奥尔德里奇。
我200年到300年每年除草剂分析通过m 8150 SW 846。3版本和我自己提取样品。
我是训练有素,精通安全隐患非常谨慎,在有机合成和处理。
没有磨砂玻璃关节! !冰浴在接受瓶。背后的反应发生在一个通风橱和回火爆炸安全盾牌。
一切都是光滑的玻璃关节,三用石油醚洗净生产至少100到200毫升的重氮甲烷在最后的合成被放入4或5 40 mil琥珀-布朗聚四氟乙烯密封限制在实验室然后储存在4摄氏度冰箱。直到需要的第二部分提取过程中试剂8150 m。
严格的提取后每天至少10到15个样品这两天。或2/8小时轮班工作。,一个fter the extraction of samples with diethyl ether was almost complete post Nordstrom blowdown throughs volume Zymark turbovap nitrogen blowdown. I would use the diazomethane 1 mil into each vial let it react for at least 2 to 3 minutes until bubbling stopped or I add silicic acid to stop the reaction. Transferred to GC vial be via pipette, capped, transferred to the GC /MS . For years, I never gave any thought about being injured on the job.
伟大的评论。谢谢你！你将羧酸转化为酯类吗?是羧酸在大多数除草剂呢?
为什么使用这个当你可以用费舍尔酯化试剂?
埃里克很好的问题。这取决于规模。对于大规模的反应(比如一克或更多)费舍尔可能是你最好的选择出于成本和安全。“用过就扔”,在几小时后或第二天早上回来做。
然而很多探索有机化学是在50 - 100毫克的材料(或更少),在这些情况下,设置一个费舍尔Dean-Stark陷阱并不是很有效。有一个试剂重氮甲烷等可以快速、轻松地(20分钟)安装在羧酸甲酯是一个巨大的节省时间。
谢谢你创造不仅最好的有机化学网站但真正唯一的任何帮助。我现在在有机化学二世,该站点是一个救命稻草!这是一个比我更好的资源教科书到目前为止,从信息的数量你解释一切的方式。只是想让你知道我真的很感谢你的工作!
如果我们向cyclopentanal添加这种化合物(重氮甲烷),我们会得到cyclohexanal。如果是,这种类型的反应被称为科勒合成?
我不知道科勒合成。你描述的是类似于毕希纳反应:https://en.wikipedia.org/wiki/B%C3%BCchner%E2%80%93Curtius%E2%80%93Schlotterbeck_reaction
CH2N2也与酒精反应(存在HBF4)对吗?
是的,在强酸,CH2N2 CH3-N2是质子化了的(+)这是一个一流的烷化剂。这将与醇反应给甲基醚。
新的multiple-pesticide残留方法(MRM)指定为NIOSH 5605年和9204年。他们尚未发表。事实上NIOSH尚未甚至审查他们。(they had some cutbacks just after we finished the methods). We are in contact with them and sometime this month or next they want to talk to us about getting the final versions of the methods. So far 5602 and 9201 are the only methods we did that use diazomethane that have been published (can find them by searching “NIOSH 5602” or 9201 on line). Those published methods do not discuss the effects of diazomethane that we will report in 5605 and 9204. At this point the latter two methods are still NIOSH property and we are scheduled to work with NIOSH contacts later this month or next to get these method to them for final review. (It takes forever.)
这些后来NIOSH方法本身不能深入研究机制,它只是报道那些使用重氮甲烷的现象是一种警示,MRM涉及酸和中性色。
约翰•m•雷诺兹
詹姆斯,
喜欢你的公开”。我一直用重氮甲烷…我认为30 - 40年(我75,还在一块)。使用农药,并用gc - ms分析。爱它,因为它混入甲基位阻安息香酸,和酚类的同时,并不影响我non-acid杀虫剂…所以我可以分析他们在一起,当我想要。发现并报告说,在9201年和5602年NMAM NIOSH方法。在方法现在被写入了NIOSH我评估的影响重氮甲烷的数十个non-acid杀虫剂。它混入甲基胺(得一个质子,例如,乙酰甲胺磷),和一些keto-enol类型(如华法令阻凝剂)。它会导致alpha-cyano拟除虫菊酯在苄基的外消旋碳。没觉得。这些影响被报道在即将到来的NIOSH方法。 Couldn’t get it to methylate thio-acids. Have to resort to iodomethane.
约翰•m•雷诺兹
神奇的评论。很有趣。CH2N2甲基酯的形成无疑是我最喜欢的反应运行:添加、等待冒泡停下来,然后集中精神。你能分享的链接你的方法吗?
这就跟你问声好！
几分钟前我刚找到这个网站。我是一个来自匈牙利的女孩,与重氮甲烷上周我做了一个实验,但是我不知道,发生了什么,我很好奇你的意见。
所以我想让甲基氯醋酸盐,这就是为什么我解决1 g氯乙酸在10毫升四氢呋喃和增加重氮甲烷化合物。我等待30分钟并添加0,5毫升水。然后我蒸发四氢呋喃,我——在开始的时候是黄色的,然后很红的事情。我发现这很奇怪,因为我原以为以斯帖将清楚。女士我的老师检查,我们没有甲基氯醋酸盐的摩尔质量色谱图。你知道会发生什么?我很兴奋!
非常感谢你,
Veronika
非常感谢你这宝贵的支持。许多android用户我们也喜欢这类型的奥妙的支持对我们的手机,你打算relase android的软件还吗?。再次感谢!
重氮甲烷与醇反应,e。g n丙醇?
不,第一步是质子化作用,醇不够酸性来执行这一步骤。
我一直在思考这个问题在过去的几天里,做了一些阅读重氮甲烷,但仍然没能找出为什么它有爆炸的倾向在high-surface-area材料或锋利边缘的存在。它与相关的摩擦增加w /高表面区域和锐利的边缘?
我不是100%肯定,但是这是我的猜测。玻璃的表面可以在弱酸性由于颗粒组。在一个表面上有足够的氢键捐助者礼物你可以使质子化/稳定CH2和/或取代N2,这样做可能会进一步催化反应的放热曲线。
啊是的,重氮甲烷。我有一个朋友在研究生院,现在毕业,曾使用一次。他传奇的运营能力的实验室和重氮甲烷吓坏了的他!
值得注意的是,重氮甲烷也可能是最小的方面。我喜欢把内鎓盐作为亲核,亲电在c为什么摘要总结工作,因为烯烃都是亲核,亲电(尽管在不同的原子)。重氮甲烷、Simmons-Smith Corey-Chaykovsky,甚至铑carbenoids所有操作这一原则。
我从来没有把它看作一个方面!但是它很有道理。
使我更害怕的其实比使用它,但它绝对是一种two-hands-on-the-flask试剂当你把它从冰箱里。