Hofmann和Curtius重排

这是关于"胺Org 2:没有叙述。

与大多数章节不同的是，它不是以一组概念开始，然后建立一系列的例子，然后你可以应用这些概念。

不。一个典型的章节胺在一本入门教材中，它本质上就是一个大杂烩，看似随机的主题被扔在一起，不适合其他地方。唯一统一的线索是它们以某种方式含有氮。

举个例子:今天的随机胺这篇文章是关于Hofmann和Curtius的重排。

你可能会问，是什么促使你这么做的?没有好的答案。大多数课程在某些方面都涉及到它们，它们必须在某个地方适应。管他呢。为什么现在不呢?

目录

1. Hofmann和Curtius重排
2. Hofmann和Curtius重排的机制，第一部分-重排的设置
3. 第二部分:Hofmann和Curtius重排中的关键重排步骤
4. 第三部分:异氰酸酯的形成
5. 把步骤放在一起
6. 异氰酸酯的命运:氨基甲酸酯、胺和尿素的形成
7. 概述:Hofmann和Curtius重排
8. 笔记
9. (高级)参考资料和进一步阅读

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1.Hofmann和Curtius重排

Hofmann和Curtius重排反应是整个重排反应家族的两个例子，它们有一个共同的机械步骤。[正如贝克曼和沃尔夫的重排一样-见附加话题2］

在霍夫曼重排中，一个酰胺用溴和碱(通常是NaOH或KOH)处理。加热后，是中间体异氰酸酯是形成的，不是孤立的。在水的存在下，异氰酸酯失去二氧化碳(“脱羧”)胺．

霍夫曼式中形成的关键键是C₂- n键。注意羰基组(C₁)流失，形成二氧化碳(CO₂)．（注:这不是IUPAC编号，只是为了方便讨论而编号)

在Curtius重排中，an酰基叠氮化是加热的，而异氰酸酯就形成了。在Curtius中，异氰酸酯可以被分离出来，但通常会进一步转化为其他物种氨基甲酸酯,一个尿素,或(通过脱羧作用，如Hofmann)到一个胺(详情如下)．

在这两种情况下需要注意的关键观察是C₁- c₂一个新的C₂-N键形成。

问题是如何?

2.Hofmann和Curtius重排的机制，第一部分:重排的设置

Curtius和Hofmann重排的机制有四个重要部分，我们将一一讲解。

1. 前奏（直截了当的）
2. 关键的迁移步骤（很棘手，但如果你意识到你在Org 1中见过它的变体，就不那么棘手了!）
3. 异氰酸酯的形成（直截了当的）

[插曲:步骤2和步骤3实际上是同时发生的，所以我们将展示如何将它们放在一起。

4.结语:异氰酸酯的转化

第一部分:前奏

• Hofmann重排发生在酰胺。
• Curtius重排发生在酰基叠氮化。

两者都可以方便地从酰卤化物通过一个addition-elimination的反应。如果你在掩盖胺现在,然后羰基反应可能是熟悉的领域。的酰卤化物可以通过使用氯化亚硫酰(SOCl₂)或五氯化磷(PCl₅)．

准备好霍夫曼

在Hofmann重排法中，用溴(Br)处理酰胺₂)和碱，如NaOH。这就导致N-H的断裂而形成N-Br，导致安装不好离去基团在氮上。我们称之为"N -溴酰胺”。

的库尔修斯不需要“设置”，因为酰基叠氮化物已经有一个出色的内置离去基团: N_2.这就是为什么有机叠氮化物应该小心处理，因为粗暴的处理会导致爆炸。

3.按键重排Hofmann和Curtius

现在我们开始谈正事。

Hofmann和Curtius重排的关键步骤是一个碳原子的迁移以取代一个碳原子离去基团在相邻的氮上．

这需要绘制两个曲线箭头，如最左边(下图)的结构所示。

• 在第一个曲线箭头中，碳碳键断裂，形成一个新的碳氮键。
• 在第二个曲线箭头中，N-LG (离去基团)债券断裂。

然而，从最左边的结构直接到最右边的结构并不总是那么容易(画得很漂亮很整洁!)．

每年的考试中，学生们因为画对了曲线箭头，却画错了结构，白白丢了无数分!这就是为什么我鼓励学生们画一个丑陋的版本首先，它看起来像垃圾，但至少所有的键都在正确的位置。总有时间重画，让它看起来更漂亮。

乍一看，这种重新排列可能看起来……很奇怪。但这其实是你以前见过的反应!（但是以变相的形式)。

有人记得硼氢氧化中“氧化”步骤的机制吗?

基本上是一样的!

这里有一个复习:

这只是另一个例子，说明你在有机化学前面部分学到的东西可以在课程后面的部分用到!

让我们用具体的例子来看看Hofmann和Curtius重排中的具体重排步骤。

这是霍夫曼反应的关键步骤，加热导致C-C断裂，形成C-N, N-Br断裂。

如果你沿着箭头的方向走，你会得到一个看起来很奇怪的碳正离子(右上方)我们一会儿会讲到。

在Curtius中，加热酰基叠氮化物导致重排。的离去基团是氮气(N₂)．

(柯提乌斯模型和霍夫曼模型之间的一个微妙区别是，柯提乌斯模型中N上没有氢，所以在重新排列的物种中，氮上带负电荷。)

4.异氰酸酯的形成

下一步是从重新排列的物种到异氰酸酯。对于任何习惯画共振形式的人来说，这应该不会太难。

(正如我们将在下面讨论的那样，研究已经确定异氰酸酯的形成与迁移同时发生。但是为了我们的教学目的，我认为单独处理这一步会有帮助。我们可以在一分钟内把它们放在一起)。

正如你可能还记得在Org 1的waayyyy中，具有完整八字节的共振形式优于没有(快速回顾一下)．我们重新排列的奇怪产物有一个碳正离子和一个含孤对的氮相邻。第一步是画出一个新的碳氮键的形成。这本质上只是一个共振形式。

霍夫曼重排发生在碱存在的情况下。画出共振形式后，下一步是N-H键的去质子化得到中性异氰酸酯。

柯提乌斯的氮原子上没有氢。因此，异氰酸酯的形成仅仅是通过氮向碳正离子的孤对贡献来实现的。你可以把它看成是一个共振形式。

5.把步骤放在一起

对Hofmann和Curtius重排机制的研究已经确定，这两个步骤不是依次发生的;它们实际上是同时发生的!（我们是怎么知道的?看到注1）

也就是迁移发生在异氰酸酯形成的同时。

我们需要重新绘制Hofmann和Curtius的机制来反映这一点，将这两个步骤结合起来。

这是Hofmann(注意去质子化事件是实际上单独)。

Curtius:

6.异氰酸酯的命运

Hofmann和Curtius都能产生异氰酸酯。你以前可能没见过异氰酸酯。乍一看，它们是非常奇怪的物种，但它们的化学成分与其他物种并没有太大不同羰基比如酯类酰胺和酰卤化物．

异氰酸酯的结构与二氧化碳(CO)的结构非常相似₂．碳与两个电负性很强的原子成键。这使得碳成为极好的亲电试剂．

通过添加各种亲核试剂，异氰酸酯可以转化为其他有用的物质。

•添加酒精结果形成一种氨基甲酸酯
•添加胺结果为尿素
•加水会导致氨基甲酸，是不稳定的。氨基甲酸迅速失去二氧化碳给一个胺．

特别是脱羧途径提供了一种很好的方法胺．我们已经学了很多制造羧酸的方法，但还没有太多的方法胺(除了亲核取代而且还原胺化反应)．在这两种情况都不适用的情况下，霍夫曼是一个很好的技巧，比如制造取代苯胺。

机制?看到注2．

7.概述:Hofmann和Curtius重排

这些重排的机制乍一看很棘手，但一旦你意识到你以前见过迁移反应的变体(即硼氢化氧化)，就会变得容易得多。

我强烈建议你画首先是丑陋的版本因为它可以帮助你在尝试将其重新绘制成更美观的结构之前，专注于观察形成和断开的键。这也适用于贝克曼和沃尔夫的重排，它们有类似的步骤。(见下文)

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笔记

注1。协同还是单独的步骤?

如果柯提乌斯是阶梯式的，氮的损失将导致a氮烯．硝烯会发生一系列有趣的反应，比如插入C-H键(!)因此，人们可以设计一个实验来验证这一点:如果有人尝试下面的Curtius重排，就可以寻找五元环形成的证据。

这类产品的缺失，以及其他证据，指向了一种协调一致的机制。

注2。异氰酸酯

异氰酸酯最重要的作用机制是亲电加成(即添加a亲核试剂到中心的亲电碳)。在下面的机制中，我展示了亲核试剂加到碳上形成氮上的阴离子，尽管这可能不是最好的共振形式(氧比氮更能稳定负电荷)。质子从氧转移到氮会产生中性物质。(我用了质子转移魔棒这里，因为它更快)。

请注意，1)中的脱羧步骤不需要在氧气被驱逐之前进行，尽管它肯定需要在该步骤中发生氮气被质子化(例如，你不想形成强碱性酰胺离子)。

注3。贝克曼、沃尔夫等人的重排也有相似之处一步

但是等等，还有更多!

这是一个失去了一个离去基团贝克曼重排。关键步骤本质上和我们在Hofmann和Curtius中看到的一样。

在沃尔夫重排法中，通常也会讲到，你可能也会发现同样的关键步骤。

这还不是全部!有一种反应叫做施密特重排，类似于Curtius，但来自于加上HN_3.变成酰氯(或羧酸)．还有一个叫做洛森重排这发生在羟肟酸身上。猜出这两个过程中的关键步骤是毫无意义的。我们还没有提到Baeyer-Villiger这个过程不涉及氮，但基本上是相同类型的过程。

许多个月前，当我在组织1中学习硼氢化氧化步骤时，我当然从未预料到我会以如此多不同的形式重复相同的反应模式。

最重要的是，有很多不同名称的反应都经历了相同的机械过程。这就突出了…的重要性学习关键模式在有机化学中，因为它们确实经常重复。

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(高级)参考资料和进一步阅读

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   w·霍夫曼
   化学。的误码率。1881，14, 2725 - 2736
   DOI:10.1002 / cber.188101402242
   a·w·霍夫曼(a . W. Hofmann)(他是一位非常多产的化学家，他的名字被归因于许多其他的转化)关于酰胺降解为初级的原始论文胺．
2. 一种温和高效的改进Hofmann重排
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3. 甲基氨基甲酸酯改良HOFMANN重排反应生成:N-甲基(对甲氧基苯基)氨基甲酸酯
   杰弗里·w·凯勒和黄西才
   Org。Synth。2002, 78,234
   DOI：10.15227 / orgsyn.078.0234
   参考文献2中修改的霍夫曼重排的可靠和独立测试程序。
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   DOI:10.1002/0471264180. or003.07
   一个古老但全面的(在当时)霍夫曼反应(酰胺到胺反应，不要与他的其他反应混淆)。
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   这是一篇有趣的论文，作者试图通过仔细调整反应条件来扩展霍夫曼重排的范围，超出原始论文中所描述的范围。
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   一篇古老但全面的Curtius反应回顾，包括发现这种重排的历史，底物范围，局限性，与其他类似反应的比较，以及实验程序。
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   通过柯提斯重排法合成异氰酸酯的一种旧的但可重复的和经过测试的程序。
10. (±)-二沃二胺无保护基团的权宜之计全合成
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    有机的信201315(13), 3302 - 3305
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    诺贝尔奖获得者George A. Olah教授的一种制备芳芳叠氮化物的简便方法。这些可以用于Curtius重排。