При действии оснований, а иногда просто при нагревании $O$-ацил-производные гидроксамовых кислот ($RCONHOH$) превращаются в изоцианаты по реакции, которая называется перегруппировкой Лоссеня.
Особенность перегруппировки Лоссеня
Перегруппировка Лоссеня заключается в превращении гидроксамовой кислоты (1) в изоцианат (3) через образование $O$-ацил-, сульфонил- или фосфорильного промежуточного $O$-производного гидроксамовой кислоты(2), а затем преобразование в его сопряженного основания.
Рисунок 1. Перегруппировка Лоссеня . Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Хлорид 4-толуолсульфонил здесь, используется для формирования сульфонильного орто-производного гидроксамовой кислоты.
Изоцианат может быть использован в дальнейшем для генерации мочевин в присутствии аминов (4) или для генерирации аминов в присутствии $H_2O$:
Рисунок 2. Особенность перегруппировки Лоссеня. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Эти реакции в синтезе используются довольно редко, т.к. гидроксамовые кислоты труднодоступны.
При проведении реакции в присутствии обезвоживающих реагентов ($P_2O_5$, $SOCl_2$, нагрев, полифосфорная кислота) также образуют амины.
Рисунок 3. Особенность перегруппировки Лоссеня. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Механизм перегруппировки Лоссеня
Механизм перегруппировки Лоссеня аналогичен механизму перегруппировок Гофмана и Курциуса:
Рисунок 4. Механизм перегруппировки Лоссеня. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Процесс перегруппировки начинается с $O$-ацилированного производного гидроксамовой кислоты, которое обрабатывают основанием с образованием изоцианата, который генерирует амин и газообразный $CO_2$ в присутствии $H_2O$. Производное гидроксамовой кислоты сначала превращают в его сопряженное основания путем абстракции водорода основанием. Спонтанная перегруппировка замещает карбоксилат-анион с получением промежуточного изоцианата. Изоцианат в присутствии воды затем гидролизуется и декарбоксилируется и с помощью отщепления водорода основанием генерируется амин и газообразный $CO_2$.
Рисунок 5. Механизм перегруппировки Лоссеня. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Гидроксамовые кислоты обычно синтезируют из их соответствующих сложных эфиров.
Примеры синтезов с использованием перегруппировки Лоссеня
Хотя перегруппировка Лоссеня не является широко применимым методом синтеза в некоторых случаях ее все же используют для получения ряда вещест как правило содержащих арильные заместители.
Так перегруппировка Лоссеня имеет место в сложном синтезе пара-замещенных фенильных производных гидроксамовой кислоты.
Рисунок 6. Синтез пара-замещенных фенильных производных гидроксамовой кислоты. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
В качестве группы $X$ здесь могут выступать любые заместители из ряда $X= H$, $Me$, $OMe$, $NMe_2$, $Cl$, $F$, $NO_2$
Эту перегруппировку также проводят с использованием незамещенных алкильных и арильных производных гидроксамовой кислоты, но с применением аминов самого различного строения:
Рисунок 7. Синтез с использованием перегруппировки Лоссеня. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Кроме того, перегруппировку Лоссеня используют для получения $N$- (бензилоксикарбонил) циклопент-3-ениламина:
Рисунок 8. Синтез с использованием перегруппировки Лоссеня. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Для этого применяют следующую лабораторную методику: к раствору 610 мг $N$-($I$-бутилоксикарбонил)-$N$-(метансульфонилокси)циклопент-3- енил карбоксамида (2,0 ммоль) в 10 мл $CH_3CN$ добавляют 238 мг бензилового спирта (2,2 ммоль), 382 мг 2,6-ди-1-бутилпиридина (2,0 ммоль) и 72 мг цинка трифлата (0,2 ммоль). Смесь нагревают при перемешивании до 85$^\circ$С в течение 16 ч и затем охлаждают до комнатной температуры. Затем ее разбавляют 50 мл $EtOAc$, промывают водой, 1 $М$ $H_3PO_4$ и насыщенным раствором соли (50 мл каждого). Объединенные водные слои снова экстрагируют этилацетатом (2 х 50 мл); объединенные органические слои сушат над $MgSO_4$, фильтруют и концентрируют в вакууме. Остаток подвергают флэш-хроматографии (4: 1, гексан / $EtOAc$) с получением 352 мг $N$-(бензилоксикарбонил)циклопент-3-амина в виде бесцветного твердого вещества, с выходом 81%, т.пл. 50-52$^\circ$С.
