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施密特反應

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施密特反應Schmidt反應)是一個有機重排反應,原料在疊氮酸作用下,放出氮氣,發生烷基遷移生成新的C-N鍵。[1]羧酸作原料時,經由異氰酸酯中間體,產物為少一個碳的

羧酸發生Schmidt反應
羧酸發生Schmidt反應

作原料時,產物為相同碳數的酰胺

酮發生Schmidt反應
酮發生Schmidt反應

也可發生反應,反應後得到同碳數的,不放出二氧化碳

反應由卡爾·弗里德里希·施密特(1887-1971)在1924年發現,[2]一般採用質子酸(如硫酸多聚磷酸三氯乙酸)或路易斯酸催化,用於合成新的有機化合物,如2-奎寧環酮

如果原料在酸中穩定,則這個反應產率很高,高於同類型的霍夫曼重排反應Lossen重排反應Curtius重排反應。使用的羧酸可以是一元或二元直鏈脂肪羧酸、脂環族羧酸或芳香族羧酸。疊氮酸及酰基疊氮均是易爆且有毒的化合物,使用時需注意安全。

反應機理

羧酸作原料時,首先羥基質子化,水離去,生成酰基陽離子11疊氮酸加成,生成質子化的酰基疊氮22發生重排,烷基R遷移至C-N鍵另一端,氮氣離去。水進攻質子化的異氰酸酯生成氨基甲酸酯4去質子化及失二氧化碳得到產物

Schmidt反應生成胺的機理
Schmidt反應生成胺的機理

若原碳原子有手性,則反應後構型保持不變。除反應中間體疊氮化物帶有質子外,該反應與Curtius重排反應頗為類似,可看作對Curtius反應的改進。

作原料時的反應機理為:羰基加質子得到2,再與疊氮酸親核加成生成疊氮化物中間體3,使羰基活化。3發生消除反應失水生成亞胺4,而後兩個烷基之一遷移至氮端,氮氣離去。水進攻正電性碳,消除質子得到7,最後經互變異構生成產物酰胺

Schmidt反應生成酰胺的機理
Schmidt反應生成酰胺的機理

烷基疊氮化物作原料

1955年,J.H. Boyer將該反應原料延伸至烷基疊氮化物R-N3[3]此類反應也稱Boyer反應。例子包括間硝基苯甲醛與β-疊氮乙醇的反應:

Boyer反應
Boyer反應

分子內Schmidt反應的研究開始於1991年,[4]一個例子是雙環內酰胺的合成:[5]

分子內Schmidt反應
分子內Schmidt反應

參考資料

  1. ^ Named Organic Reactions, 2nd Edition, Thomas Laue and Andreas Plagens, John Wiley & Sons: Chichester, England, New York, 2005. 320 pp. ISBN 0-470-01041-X
  2. ^ Über den Imin-Rest; Karl Friedrich Schmidt Ber., 1924, 57, 704, doi:10.1002/cber.19240570423.
  3. ^ The Acid-catalyzed Reaction of Alkyl Azides upon Carbonyl Compounds J. H. Boyer and J. Hamer J. Am. Chem. Soc.; 1955; 77(4) pp 951 - 954; doi: 10.1021/ja01609a045
  4. ^ Intramolecular Schmidt reaction of alkyl azides Jeffrey Aube and Gregory L. Milligan J. Am. Chem. Soc.; 1991; 113(23) pp 8965 - 8966; doi:10.1021/ja00023a065
  5. ^ Cation-pi Control of Regiochemistry of Intramolecular Schmidt Reactions en Route to Bridged Bicyclic Lactams Lei Yao and Jeffrey Aubé J. Am. Chem. Soc.; 2007; 129(10) pp 2766 - 2767; (Communication) doi:10.1021/ja068919r

外部連結

Organic Syntheses中涉及Schmidt反應的文獻:

參見