ホフマン転位

ホフマン転位について

ホフマン転位（Hofmann rearrangement）は、カルボン酸アミドを臭素を含むアルカリ水溶液で処理することにより、炭素数が1つ減少したアミンを生成する反応です。この反応は1871年にアウグスト・ヴィルヘルム・フォン・ホフマンによって初めて報告されました。

ホフマン転位の反応機構

この反応は以下の段階で進行します。

1. プロトンの置換：カルボン酸アミドの窒素原子に結合している水素の1つが臭素に置き換わります。
2. N-ブロモアミダートの生成：置き換わった後、窒素に残っているプロトンが脱離し、N-ブロモアミダートが生成されます。
3. 転位と臭素の脱離：カルボニル基に結合している替わりの基が窒素に転位する際、臭素が脱離し、イソシアン酸エステルが形成されます。
4. カルバミン酸の生成：イソシアン酸エステルに水が付加してカルバミン酸になります。
5. アミンの生成：カルバミン酸は脱炭酸反応を経て、最終的にアミンが得られます。

また、アルカリ水溶液の代わりにナトリウムメトキシドを用いたメタノール溶液を使用すると、反応の中間体となるイソシアン酸エステルにメタノールが加わり、ウレタンが合成されることになります。

立体配置と反応メカニズムの再考

この反応における置換基の転位は、立体配置が保持される形で進行します。従来は、先ず臭素が脱離し、ニトレンと呼ばれる1価の窒素を含む化合物が生成され、その後に置換基が転位するプロセスが提唱されていました。しかし、最新の知見や副生成物の研究によって、臭素の脱離と置換基の転位が同時に進行する協奏的反応であることが広く認められています。

ホフマン転位の他の類似反応

ホフマン転位に似た反応には、カルボン酸誘導体を炭素数が1つ少ないアミンに変える「クルチウス転位」や「シュミット転位」、および「ロッセン転位」が存在します。一般的に、ホフマン転位は強アルカリ条件が必要なため、合成手法としてはクルチウス転位がより広く用いられ、収率が高いことが多いです。このように、ホフマン転位は重要な反応であるものの、実際の合成では他の選択肢が好まれることが多いのです。

このように、ホフマン転位はその独自のメカニズムと反応条件により、化学合成の分野で重要な役割を果たしています。

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