「NR」Curtius rearrangement——异氰酸酯的制备

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定义

叠氮酰基化合物的热分解(热解)得到相应的异氰酸酯，称为 Curtius rearrangement（库尔修斯 重排）

反应通式

起源与发展

重排可由质子酸或路易斯酸催化，与未催化的反应相比，分解温度显著降低。

在无亲核溶剂的情况下进行热解，产物异氰酸酯可以被分离出来。如果在有水、胺(R-NH2)或醇(R-OH)存在的情况下进行反应，就会生成相应的胺、尿素和碳甲酸盐。

库尔修斯重排反应是一种非常普遍的反应，可应用于含多种官能团的羧酸。在光化学条件下也可以诱导库尔修斯重排，但这一途径除了所需的异氰酸酯外，还会产生几种副产物。亚磷酸叠氮的光化学库尔修斯重排也称为Harger reaction (哈格反应)

反应的一般特征

烷基-、乙烯基-和芳基取代的酰基叠氮化物，在加热条件下，进行1,2-碳至氮的迁移，同时释放出氮气， 经历Curtius重排生成异氰酸酯 。 异氰酸酯产物与亲核试剂的反应，通常是原位反应，生成氨基甲酸酯、尿素和其他N-酰基衍生物。 另外，异氰酸酯的水解会生成伯胺 。

酰基叠氮可以用几种不同的方法制备:

1)酸性氯化物或混合酸酐与碱性叠氮或三甲基硅酰叠氮反应;

2)用亚硝酸或四氟硼酸亚硝基铵处理酰肼;

3)用二苯磷酰叠氮(DPPA)处理羧酸

机理

大多数烷基叠氮化合物、芳基叠氮化合物、磺酰叠氮化合物和叠氮甲酸盐在热解过程中形成了氮烯中间体。然而，热条件下的库尔修斯重排机制很可能是一个协同的过程。这一假设的基础是缺乏任何证据表明形成的自由酰基硝基物种。例如，在热库尔修斯重排过程中，无论是插入物、加成物还是酰胺产物都没有被分离出来，如果涉及到硝基中间体，就会出现这种情况。激活熵值与同步机制也有较好的一致性。另一方面，光化学的库尔修斯重排是通过形成氮烯而进行的。这并不奇怪，因为光子的能量足够高，可以在没有烷基或芳基参与的情况下打破N-N2键。

反应实例

1) Synthesis of 3-Aryl-2-arylamidobenzofurans Based on the Curtius Rearrangement

DOI: 10.1021/jo102265b

2) The Curtius Rearrangement of Cyclopropyl and Cyclopropenoyl Azides. A Combined Theoretical and Experimental Mechanistic Study

DOI: 10.1021/jo801104t

3) Pyridone Annulation via Tandem Curtius Rearrangement/6π-Electrocyclization: Total Synthesis of (−)-Lyconadin C

DOI: 10.1021/ol401954f

4) Contrasting Photolytic and Thermal Decomposition of Phenyl Azidoformate: The Curtius Rearrangement Versus Intramolecular C–H Amination

DOI: 10.1021/acs.jpca.7b07969

5) Use of a Curtius Rearrangement as Part of the Multikilogram Manufacture of a Pyrazine Building Block

DOI: 10.1021/acs.oprd.7b00340

6) The Curtius Rearrangement: Applications in Modern Drug Discovery and Medicinal Chemistry

https://doi.org/10.1002/cmdc.201800518

7) Photoinduced, Copper-Catalyzed Decarboxylative C–N Coupling to Generate Protected Amines: An Alternative to the Curtius Rearrangement

DOI: 10.1021/jacs.7b07546

评述

Curtius rearrangement——异氰酸酯的制备。这个反应在有机合成上也有着重要的作用。羧酸经过酰基叠氮制备异氰酸酯后，进一步可以发生多种变化，制备出各种具有重要意义的化合物。