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常見(jiàn)活性中間體----氮烯

氮賓,也叫氮卡賓,氮烯或者乃春(Nitrene),是缺電子的一價(jià)氮活性中間體,與碳烯類似??梢园l(fā)生多種反應(yīng),在有機(jī)合成里廣泛存在。

氮烯的N原子具有6個(gè)價(jià)電子,只有一個(gè) 鍵與其他原子或集團(tuán)相連,也有單線態(tài)和三線態(tài)兩種結(jié)構(gòu)。單線態(tài)氮賓比三線態(tài)氮賓能量高154.9KJ/mol。

單線態(tài)氮賓具有親電性,而三線態(tài)氮賓的行為象雙自由基。多數(shù)氮賓屬于三線態(tài)。通過(guò)電子自旋共振譜觀測(cè)得知,在烷基氮賓中,有92~95%的未成對(duì)電子集中在氮原子上,芳基氮烯N原子上的一個(gè)電子可以離域到芳環(huán)上。只有少數(shù)氮賓如 :是單線態(tài)的,原因是氮原子上電子對(duì)可填充在空軌道里得到穩(wěn)定。


氮烯的形成
生成氮烯的方法和碳烯類似。
一、熱和光分解
疊氮化合物,異氰酸酯等進(jìn)行熱解或光解,是形成單線態(tài)氮賓的最普通方法。

二、α-消去反應(yīng)
以堿處理芳磺酰羥胺則生成氮賓:

一般認(rèn)為Hofmann重排和Lossen重排也屬于經(jīng)氮賓中間體進(jìn)行重排的α消去反應(yīng)。

三、氧化反應(yīng)
原則上,伯胺氧化可以生成氮賓,肼的衍生物以氧化汞或乙酸鉛氧化可以形成氨基氮賓:

四、脫氧還原反應(yīng)
硝基或亞硝基化合物用三苯基膦或亞磷酸酯等脫氧還原,可以生成氮賓并進(jìn)一步反應(yīng)?!綜adogan–Sundberg吲哚合成】



相關(guān)反應(yīng)

一、與烯烴加成

與碳烯加成反應(yīng)的立體化學(xué)特性相同。氮烯的基態(tài)也是三線態(tài),通常由氮賓生成后,由單線態(tài)逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)槟芰枯^低的三線態(tài)。


二、插入碳?xì)鋯捂I

氮賓可以插入脂肪族化合物的碳?xì)鋯捂I,通常認(rèn)為是單線態(tài)氮賓的典型反應(yīng),反應(yīng)前后碳原子的構(gòu)型不變。特別是羰基氮賓和磺?;e易插入脂肪族化合物的碳?xì)滏I。
氮賓插入碳?xì)滏I的活性也是:。且氮賓也可以發(fā)生分子內(nèi)插入。




三、重排反應(yīng)


Hofmann重排

伯胺的酰胺通過(guò)次鹵化物處理(或氧化)經(jīng)過(guò)異氰酸酯中間體生成相應(yīng)的伯胺的反應(yīng)。最早期的Hofmann降解是使用KOH水溶液和Br2來(lái)實(shí)施的。這個(gè)條件比較劇烈,后續(xù)有許多改進(jìn)的方法,主要是通過(guò)氧化劑和堿來(lái)實(shí)現(xiàn)的。如Keillor等人1997年報(bào)道了用NBS做氧化劑,DBU做堿,甲醇中回流25分鐘就得到了甲氧羰基保護(hù)的胺(JOC1997, 62, 7495-7496)。


Lossen重排


堿處理 O-?;u肟酸重排得到異氰酸酯的反應(yīng)。


Curtius 重排


?;B氮加熱進(jìn)行1,2-C-N遷移并放出氮?dú)?,生成異氰酸酯的反?yīng)被稱為Curtius重排。反應(yīng)中原位生成的異氰酸酯和各種親核試劑反應(yīng),可以得到氨基甲酸酯,脲等各種N-?;苌铩R部梢灾苯铀獾玫讲贰?/p>

酰氯被轉(zhuǎn)化為?;B氮,其加熱重排脫去一分子氮?dú)夂蟮玫较鄳?yīng)的異氰酸酯,異氰酸酯水解或和其他親核試劑反應(yīng)得到胺及相應(yīng)的衍生物。 早期的合成方法都是將酸轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)的酰氯,再生成酰基疊氮。 后來(lái)Shiori(JACS,1972,94,6203)等人報(bào)道了DPPA和羧酸在室溫下很溫和的生成?;B氮,可一鍋法合成胺。若直接用過(guò)量的醇或直接用醇做溶劑可得到相應(yīng)的胺的衍生物。如用芐醇可一步得到Cbz保護(hù)的胺; 用叔丁醇可一步得到Boc保護(hù)的胺。


Schmidt重排

在酸催化下疊氮酸和親電試劑(如羰基化合物,叔醇或烯烴)作用,重排,放出氮?dú)獾玫桨?,腈類,酰胺或亞胺的反?yīng)。其中以羧酸和疊氮酸作用直接得到胺的反應(yīng)最為重要。羧酸可以是直鏈脂肪族的一元或二元羧酸,脂肪酸,芳香酸等,與霍夫曼重排相比,本反應(yīng)胺的收率較高。


四、二聚反應(yīng)


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