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호프만 재배열

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호프만 재배열
이름이 붙여진 대상 아우구스트 빌헬름 폰 호프만
반응 유형 재배열 반응
식별자
RSC ontology ID RXNO:0000410

호프만 재배열(영어: Hofmann rearrangement, 또는 호프만 분해(영어: Hofmann degradation))은 1차 아마이드가 탄소 원자 하나가 적은 1차 아민으로 변환되는 유기화학 반응이다.[1][2][3] 이 반응은 질소의 산화가 뒤따르고 카보닐기와 질소의 재배열 반응을 통해 아이소시아네이트 중간체를 형성한다. 이 반응은 알킬 및 아릴 아민을 포함한 광범위한 생성물을 형성할 수 있다.

호프만 재배열

이 반응은 발견자인 아우구스트 빌헬름 폰 호프만의 이름을 따서 명명되었으며, 그가 동명인 다른 명명 반응인 호프만 제거와 혼동해서는 안 된다.

메커니즘

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브로민과 수산화 나트륨의 반응은 차아브롬산 나트륨을 in situ에서 형성하며, 이는 1차 아마이드를 중간체 아이소시아네이트로 변환한다. 중간체 나이트렌의 형성은 불가능한데, 이는 부산물로 하이드록삼산의 형성도 의미하기 때문이다. 이는 한 번도 관찰된 적이 없다. 중간체 아이소시아네이트는 가수분해되어 1차 아민을 생성하고, 이산화 탄소를 방출한다.[2]

  1. 염기는 산성 N-H 양성자를 제거하여 음이온을 생성한다.
  2. 이 음이온은 브로민과 α-치환 반응을 하여 N-브로모아마이드를 생성한다.
  3. 남아있는 아마이드 양성자를 염기로 제거하면 브로모아마이드 음이온이 생성된다.
  4. 브로모아마이드 음이온은 카보닐 탄소에 붙은 R기가 질소로 이동함과 동시에 브로민화물 이온이 떨어져나가면서 재배열되어 아이소시아네이트를 생성한다.
  5. 아이소시아네이트는 친핵성 첨가 반응 단계에서 물과 결합하여 카르바믹산(일명 우레탄)을 생성한다.
  6. 카르바믹산은 자발적으로 CO2를 잃고 아민 생성물을 생성한다.

변형

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브로민 대신 여러 시약을 사용할 수 있다. 하이포아염소산 나트륨,[4] 아세트산 납(IV),[5] N-브로모석신이미드, 그리고 (비스(트라이플루오로아세톡시)아이오도)벤젠[6] 모두 호프만 재배열에 사용되었다.

중간체 아이소시아네이트는 다양한 친핵체와 결합하여 탈카복실화 대신 안정적인 카바메이트 또는 다른 생성물을 형성할 수 있다. 다음 예시에서 중간체 아이소시아네이트는 메탄올에 의해 포획된다.[7]

NBS를 이용한 호프만 재배열을 통한 카바메이트 에스터 형성

유사한 방식으로 중간체 아이소시아네이트는 tert-뷰틸 알코올에 의해 포획되어 tert-뷰톡시카보닐(Boc) 보호된 아민을 생성한다.

호프만 재배열은 α,β-불포화 또는 α-하이드록시 아마이드로부터 카바메이트를 생성하거나[2][8] α,β-알키닐 아마이드로부터 나이트릴을 생성하는 데에도 사용될 수 있으며[2][9] 좋은 수율(≈70%)을 보인다.

셰스타코프 재배열(Schestakov rearrangement)에서는 기질이 요소이고 생성물이 다이아실 하이드라자이드이다.[10]

응용

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같이 보기

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각주

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  1. ↑ Hofmann, A. W. (1881). 《Ueber die Einwirkung des Broms in alkalischer Lösung auf Amide》 [On the action of bromine in alkaline solution on amides]. 《Berichte der Deutschen Chemischen Gesellschaft》 14. 2725–2736쪽. doi:10.1002/cber.188101402242. 
  2. ↑ 가 나 다 라 Everett, Wallis; Lane, John (1946). 《The Hofmann Reaction》. 《Organic Reactions》 3. 267–306쪽. doi:10.1002/0471264180.or003.07. ISBN 9780471005285. 
  3. ↑ Shioiri, Takayuki (1991). 〈Degradation Reactions〉. 《Comprehensive Organic Synthesis》 6. 795–828쪽. doi:10.1016/B978-0-08-052349-1.00172-4. ISBN 9780080359298. 
  4. ↑ Mohan, Ram S.; Monk, Keith A. (1999). 《The Hofmann Rearrangement Using Household Bleach: Synthesis of 3-Nitroaniline》. 《Journal of Chemical Education》 76. 1717쪽. Bibcode:1999JChEd..76.1717M. doi:10.1021/ed076p1717. 
  5. ↑ Baumgarten, Henry; Smith, Howard; Staklis, Andris (1975). 《Reactions of amines. XVIII. Oxidative rearrangement of amides with lead tetraacetate》. 《The Journal of Organic Chemistry》 40. 3554–3561쪽. doi:10.1021/jo00912a019. 
  6. ↑ Almond, Merrick R.; Stimmel, Julie B.; Thompson, Alan; Loudon, Marc (1988). 《Hofmann Rearrangement under Mildly Acidic Conditions using [I,I-Bis(Trifluoroacetoxy)]iodobenzene: Cyclobutylamine Hydrochloride from Cyclobutanecarboxamide》. 《Organic Syntheses》 66. 132쪽. doi:10.15227/orgsyn.066.0132. 
  7. ↑ Keillor, Jeffrey W.; Huang, Xicai (2002). 《Methyl Carbamate Formation via Modified Hofmann Rearrangement Reactions: Methyl N-(p-Methoxyphenyl)carbamate》. 《Organic Syntheses》 78. 234쪽. doi:10.15227/orgsyn.078.0234. 
  8. ↑ Weerman, R.A. (1913). 《Einwirkung von Natriumhypochlorit auf Amide ungesättigter Säuren》. 《Justus Liebigs Annalen der Chemie》 401. 1–20쪽. doi:10.1002/jlac.19134010102. 
  9. ↑ Rinkes, I. J. (1920). 《De l'action de l'Hypochlorite de Sodium sur les Amides D'Acides》. 《Recueil des Travaux Chimiques des Pays-Bas》 39. 704–710쪽. doi:10.1002/recl.19200391204. 
  10. ↑ Paulsen, Hans; Stoye, Dieter (1970). 〈The chemistry of hydrazides〉. Zabicky, Jacob (편집). 《The Chemistry of Amides》. The Chemistry of Functional Groups. London: Interscience (Wiley). 537쪽. doi:10.1002/9780470771235. ISBN 0-471-98049-8. LCCN 76-116520. 
  11. ↑ Maki, Takao; Takeda, Kazuo (2000). 〈Benzoic Acid and Derivatives〉. 《Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry》. doi:10.1002/14356007.a03_555. ISBN 3527306730. .
  12. ↑ Allen, C. F. H.; Wolf, Calvin N. (1950). “3-Aminopyridine”. 《Organic Syntheses》 30: 3. doi:10.15227/orgsyn.030.0003. ; 《Collective Volume》 4, 45쪽 
  13. ↑ US 20080103334, "Process For Synthesis Of Gabapentin" 

참고 문헌

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  • Clayden, Jonathan (2007). 《Organic Chemistry》. Oxford University Press Inc. 1073쪽. ISBN 978-0-19-850346-0. 
  • Fieser, Louis F. (1962). 《Advanced Organic Chemistry》. Reinhold Publishing Corporation, Chapman & Hall, Ltd. 499–501쪽. 
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