Curtius重排反应

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酰基叠氮化物在光催化或加热条件下重排为异氰酸酯,再与亲核试剂反应生成相应的氨基衍生物;与水反应生成相应的伯胺,并释放出一分子二氧化碳。该反应在有机合成中经常会用到,其操作也比较简单。

Curtius重排反应  第1张

试剂

常用的叠氮试剂有叠氮化钠(CAS: 26628-22-8)、叠氮磷酸二苯酯(DPPA, CAS: 26386-88-9)、叠氮化钾(CAS: 244-013-1)。叠氮化钠(钾)一般与酰氯组合;而DPPA一般与酸组合。
查了一些资料,大概意思如下:叠氮化钠水溶液有剧毒(产生叠氮化氢);叠氮化钠遇到撞击易发生爆炸,因此称量时一定不要使用金属勺,尽量使用木勺塑料勺。介绍叠氮化钾的资料不是很多,部分资料显示其无毒(我不确定)。叠氮磷酸二苯酯的安全性应该是最高的,但是其价格较贵。安全起见,在称量叠氮化钠或叠氮化钾时,尽量使用木勺或塑料勺,避免发生爆炸的风险;其固体不要随意丢到水里,可能会产生毒性及爆炸性的气体—叠氮化氢,酸性体系会加剧叠氮化氢的产生及释放,后处理时不可遇酸液。使用这些试剂时,一定要做好防护,保护好自己的人身安全!
机理
以苯甲酸为例,其机理可简单表示为

Curtius重排反应  第2张

举例

Curtius重排反应  第3张

操作:酸(4.0 g,18.9 mmol)溶于混合溶剂[浓硫酸(6 ml)、30%硫酸(18 ml)和CHCl3(25 mL)]中,室温下向该体系内分批加入叠氮化钠(1.4 g, 21.7 mmol),将混合液加热到80度搅拌3h。反应物冷却至室温,倒入冰水中,过滤,滤饼干燥得到产物。

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操作:酸(1.70 g,5.75 mmol)溶于THF(23mL)中,加入TEA(1.84 mL,13.2 mmol)和DPPA(1.43 mL,6.61 mmol),氮气保护,室温搅拌1h,加热到70度,搅拌1h;向体系内加入水(6mL),70度下搅拌3h。反应物冷却至室温,加入EA和水,常规后处理,柱层析得到产物。

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操作:酸(200 mg,0.63 mmol)溶于甲苯(10 mL)中,加入DPPA(260 mg,0.95 mmol)和DIEA(243 mg,1.89 mmol),氮气氛围,100度下反应1h;加入胺的盐酸盐(383 mg,3.15 mmol),氮气氛围,100度下反应2h。反应物冷却至室温,加入EA和水,常规后处理,柱层析得到产物。

Curtius重排反应  第6张

可能出现的杂质

按照理想状态来讲,如果底物与叠氮试剂反应完全,底物全部转化为酰基叠氮化物,进而酰基叠氮化物重排为相应的异氰酸酯,然后异氰酸酯再与氨、醇及水进行后续反应得到相应的产物,整体来讲收率应该比较高。但是往往我们得到的收率其实并不太高,有时反应体系可能会比较杂。这里大致列举一些可能出现的副产物类型(以前做的部分底物出现过这些副产物)。

以苯甲酸为例,DPPA作为叠氮试剂。可能出现的副产物,具体问题还要根据不同底物的结构进行具体分析,这里只介绍最简单的杂质。

Curtius重排反应  第7张

可以通过控制反应体系水分或叠氮试剂用量等手段来控制杂质的含量。

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