霍夫曼和库尔修斯重组

这是事情的报道”胺“在组织2:没有叙述。

与大多数章节,它不会开始的一组概念,然后建立一系列的例子你可以应用这些概念。

不。一个典型的一章胺在一篇介绍性教科书基本上只是一个看似随机的大杂烩,话题扔在一起,不适合其他地方。唯一的统一的线程是含有氮。

例子:今天是随机的胺文章是关于霍夫曼和库尔修斯重组。

这提示什么,你可能会问?没有好的答案。大部分课程都有着它们在某种程度上,他们必须适应。所以到底。为什么不是现在呢?

表的内容

1. 霍夫曼和库尔修斯重组
2. 霍夫曼和库尔修斯重组的机制,第一部分——设置重排
3. 第二部分:霍夫曼重排的关键一步,库尔修斯重组
4. 第三部分:异氰酸酯的形成
5. 把在一起的步骤
6. 异氰酸酯的命运:形成氨基甲酸盐、胺和尿素酶
7. 摘要:霍夫曼和库尔修斯重组
8. 笔记
9. (高级)引用和进一步阅读

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1。霍夫曼和库尔修斯重组

霍夫曼和库尔修斯重组是全家的重排反应的两个例子,共享一个共同的机械的步骤。(贝克曼和沃尔夫重组——看到了奖金问题2]

在霍夫曼重排酰胺用溴和基础处理(通常是氢氧化钠或KOH)。在加热时,一个中间异氰酸酯形成,这并不是孤立的。在水的存在,异氰酸酯失去二氧化碳(脱羧基)给出胺。

霍夫曼的关键形式的纽带是C₂- n键。要注意的是羰基组(C₁(CO)丢失,形成二氧化碳₂)。(注意:这不是IUPAC编号,编号,便于讨论)

在库尔修斯重排,酰基叠氮化是激烈的,和一个异氰酸酯就形成了。库尔修斯,异氰酸酯可以被孤立,但通常是进一步转变成其他物种氨基甲酸酯,一个尿素,或(通过脱羧、霍夫曼)到一个胺(下面)。

关键要注意观察在这两种情况下是C₁- c₂债券了,和一个新的C₂- n键形成了。

现在的问题是如何?

2。霍夫曼的机制和库尔修斯重组,第1部分:设置重排

有四个重要部分库尔修斯和霍夫曼重组的机制,我们会走过。

1. 前奏(直截了当的)
2. 迁移的关键一步(棘手的,但不那么棘手的如果你意识到你看过的一个变体Org 1 !)
3. 异氰酸酯的形成(直截了当的)

[插曲:第2步和第3步实际上发生在同一时间,我们将展示如何把它们放在一起)

4所示。后记:异氰酸酯的转换

第1部分:序曲

• 霍夫曼重排的发生酰胺。
• 库尔修斯重排的发生酰基叠氮化。

两者都是方便准备酰卤化物通过一个addition-elimination的反应。如果你覆盖胺现在,然后羰基反应可能熟悉的领土。的酰卤化物可以通过使用试剂准备从羧酸和亚硫酰氯(SOCl会吗₂)或五氯化磷(PCl₅)。

设置霍夫曼

在霍夫曼rearrangment酰胺处理溴(Br₂氢氧化钠等)和一个基地。这导致- h的破损和N-Br的形成,导致安装好离去基团在氮。我们称之为一个“N -溴酰胺”。

的库尔修斯不需要“设置”,作为酰基叠氮化已经有一个辉煌的内置离去基团:N_2。这就是为什么有机叠氮化应该小心对待,粗糙的治疗会导致爆炸。

3所示。关键的重排一步霍夫曼和库尔修斯

现在我们开始做正事。

霍夫曼和库尔修斯rearrangments中的关键一步迁移一个碳原子的取代离去基团在毗邻的氮。

这需要两个弯曲的箭头画,结构在最左边所示(下图)。

• 在第一弯箭头,碳碳键断裂,和一个新的碳氮键的形式。
• 在第二个弯曲的箭头,nlg (离去基团)键断裂。

然而,它并不总是很容易直接从结构在最左边的结构最右边(画整齐!)。

无数的点是不必要的损失每年考试的学生获得正确的弯曲的箭头但最终图纸错误的结构!这就是为什么我鼓励学生画一个“丑陋的版本“首先,看起来像废话,但至少已经在正确的地方所有的债券。总是有时间重新画一下,让它看起来漂亮。

起初这重排可能看起来…奇怪。但它实际上是一个反应你见过!(但在变相)。

谁记得机制的“氧化”一步hydroboration-oxidation吗?

它基本上是一样的!

这里有一个复习:

只是一个例子,如何在早期学习有机化学的一部分可以在后面的课程的一部分回来!

让我们访问特定的霍夫曼重排一步和库尔修斯重组与具体的例子。

这是霍夫曼的关键一步,加热导致破损的碳碳,氮的形成,和N-Br破损。

如果你遵循所有的箭头,你应该得到一只长相怪异的碳正离子(上图右),我们马上就会处理。

在库尔修斯,加热酰基叠氮化导致重排。的离去基团氮气(N₂)。

库尔修斯和霍夫曼(一种微妙的区别是没有氢与N库尔修斯,我们最终得到一个负电荷的氮物种重新安排。)

4所示。异氰酸酯的形成

下一步是要从我们重新安排物种异氰酸酯。对于任何习惯画共振形式,这不会太困难。

(我们将在下面讨论,研究决定,异氰酸酯的形成同时发生迁移。但对于我们的教学目的,我认为这有助于孤立地对待这一步。我们可以把它在一分钟)。

你可能记得从waayyyy回到Org 1,一种共振与完整的八位位组优于一个没有(快速回顾一下)。我们怪异的产品从重排碳正离子毗邻一个包含一个孤对氮。所以第一步是要画一个新的氮π键的形成。这是本质上只是一种共振。

霍夫曼重排的发生在基地的存在。画共振表单之后,下一步是去质子化的氮氢键给予中性的异氰酸酯。

没有氢,氮库尔修斯。异氰酸酯的形成是实现仅仅通过捐赠的孤对氮碳正离子。你可以看看它画一个共振的形式。

5。把在一起的步骤

霍夫曼和库尔修斯重组的机制研究已经确定,这两个步骤顺序不发生;他们实际上发生在同一时间!(我们怎么知道呢?看到注1)

也就是说,迁移发生的同时,异氰酸酯的形成。

我们需要重绘霍夫曼和库尔修斯以反映的机制,将这两个步骤。

这是霍夫曼(注意,去质子化事件是实际上单独)。

库尔修斯:

6。异氰酸酯的命运

霍夫曼和库尔修斯给上升到一个异氰酸酯。您可能以前没有遇到异氰酸酯。乍一看,他们是非常奇怪的物种,但他们的化学并非如此不同于其他羰基物种如酯类、酰胺和酰卤化物。

异氰酸酯结构相似的二氧化碳,有限公司₂。碳pi-bonded两个强烈的电负性原子。这使得碳极好亲电试剂。

通过添加不同的亲核试剂,异氰酸酯可以转化成其他有用的物种。

•添加一个酒精结果形成的氨基甲酸酯
•添加一个胺结果在一个尿素
•加水的结果氨基甲酸,这是不稳定的。给一个氨基甲酸的酸很快失去二氧化碳胺。

特别是,脱酸途径提出了一个极好的方法胺。我们学过吨让羧酸的方法,但没有太多的方法胺(除了亲核取代和还原胺化反应)。霍夫曼是好欺骗的情况下在你的口袋里没有这些情况可能应用——如取代苯胺类,例如。

机制?看到注2。

7所示。摘要:霍夫曼和库尔修斯重组

乍一看这些rearrangments的机制是一个棘手的问题,但是是相当容易一旦你意识到你之前看过迁移反应的一种变体(即hydroboration-oxidation)。

我强烈建议画丑陋的第一个版本,因为它会帮助你专注于看到债券形式和决裂,之前试图重绘成更多的美学结构。这也适用于贝克曼和沃尔夫重组,类似的步骤。(见下文)

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笔记

注1。共同或单独的步骤?

如果库尔修斯是逐步的,将导致氮的损失氮烯。氮烯经历许多有趣的反应,如插入碳氢键(!)。一个可以设计一个实验来测试这个:如果一个尝试以下库尔修斯重排,可以寻找证据的五元环的形成。

没有这类产品,以及其他证据,指出协同机制。

注2。异氰酸酯

异氰酸酯的最重要机制是亲电加成(即添加一个亲核试剂中央,亲电子碳)。下面我展示的机制亲核试剂增加了碳,以形成一个氮阴离子,尽管这可能不是最好的共振形成的氧是在稳定负电荷比氮)。质子转移从氧氮结果在一个中立的物种。(我用了质子转移的魔杖在这里,因为它是更快)。

注意,脱羧步骤1)之前不需要驱逐出境的氧气,尽管它无疑需要发生期间,氮是质子化了的一步(你不想形成强碱性氨基离子,例如)。

注3。沃尔夫,贝克曼和其他重组共享一个相似的一步

别急,还有更多!

1,2-shift的损失离去基团贝克曼重排。关键步骤基本上是一样的我们看到霍夫曼和库尔修斯。

沃尔夫重排,也通常被覆盖,您可能还认识相同的关键一步。

这还不是全部!有一个叫做反应施密特重排就像库尔修斯,但来自添加环₃一个酰氯(或羧酸)。还有另一个叫做洛森重排发生与hydroxyamic酸。不用猜这两个过程的关键一步。我们还没有提到Baeyer-Villiger不涉及氮,但几乎相同类型的过程。

当我学会了hydroboration-oxidation Org 1步,前有很多空闲的时间,我也从没想到过会看到相同的反应模式重演在许多不同的形式。

底线是,有很多反应,通过不同的名称相同的机械过程。这突出的重要性学习的关键模式在有机化学中,因为他们确实重复自己。

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(高级)引用和进一步阅读

1. Ueber死Einwirkung des布朗在alkalischer酰胺Losung再见
   w·霍夫曼
   化学。的误码率。1881年,14,2725 - 2736
   DOI:10.1002 / cber.188101402242
   原始论文a·w·霍夫曼(他是一个非常多产的化学家,他的名字归因于其他转换)酰胺的降解主要胺。
2. 霍夫曼重排温和有效的修改
   Mehran Seid Xicai黄,杰弗里·w··凯勒
   《有机化学》杂志上1997年,62年(21),7495 - 7496
   DOI:10.1021 / jo9708553
   这是一个修改霍夫曼重排进行甲醇——在这种情况下,中间氨基甲酸甲醇溶剂的反应生成甲基氨基甲酸盐产量良好。
3. 甲基氨基甲酸酯通过修改霍夫曼重排反应形成:甲基N - (p-METHOXYPHENYL)氨基甲酸酯
   杰弗里·w·凯勒和Xicai黄
   Org。Synth。2002年,78,234年
   DOI:10.15227 / orgsyn.078.0234
   一个可靠和独立测试程序修改后的霍夫曼重排在裁判# 2。
4. 霍夫曼反应
   沃利斯,埃弗雷特l .;巷,约翰F。
   Org。反应。1946年,3,267 - 306
   DOI:10.1002/0471264180. or003.07
   老但综合(的时间)评估霍夫曼反应(酰胺胺反应,不与他的其他反应混淆)。
5. 笔记——霍夫曼反应复审的局限性
   欧内斯特Magnien和理查德Baltzly
   《有机化学》杂志上1958年,23(12),2029 - 2032
   DOI:10.1021 / jo01106a630
   这是一篇有趣的论文,作者试图延长霍夫曼重排的范围超出了原论文仔细调整反应条件。
6. 20.酰肼和叠氮化organischer Sauren
   库尔修斯,t . i Abhandlung。
   杂志毛皮Praktische化学(1),50 - 275 - 294。(1894)。
   DOI:1002 / prac.18940500125
7. Ueber Stickstoffwasserstoffsaure (Azoimid) N₃H。
   库尔修斯,T。
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   DOI:1002 / cber.189002302232
   首先论文西奥多·库尔修斯描述酰基hyrazides和酰基叠氮化反应。
8. 库尔修斯的反应
   史密斯,p . a S。
   Org。反应。1946年,3,336年
   DOI:10.1002/0471264180. or003.09
   老库尔修斯反应但全面审查,其中包括发现的历史重排,底物范围,限制,相比其他类似的反应,和实验过程。
9. 十一烷基异氰酸酯
   f·h·艾伦,艾伦·贝尔
   Org。Synth。1944年,24,94年
   DOI:10.15227 / orgsyn.024.0094
   一个古老但可再生的和测试程序通过库尔修斯重排合成异氰酸酯。
10. 一个权宜之计Protecting-Group-Free总合成-Dievodiamine (±)
    威廉·p·山区Christiana Kitsiou,理查德·j·k·泰勒
    有机的信2013年15(13),3302 - 3305
    DOI:1021 / ol4013469
    这总合成的第一步使用库尔修斯重排效应的分子内环合indole-substituted羧酸。
11. 合成方法和反应。121年。碘化锌催化制备芳酰基叠氮化与芳酰基叠氮化氯化物和三甲基硅烷基
    k·苏利耶普拉卡什,Pradeep s艾耶马苏德Arvanaghi,和乔治·a . Olah
    《有机化学》杂志上1983年48(19),3358 - 3359
    DOI:10.1021 / jo00167a051
    一个方便的程序准备芳香从诺贝尔奖得主乔治·A·Olah教授芳基叠氮化。这些可以用于库尔修斯重组。