Перегруппировка Шмидта заключается в присоединении азотистоводородной кислоты к различным классам органических соединений - к карбоновым кислотам, к карбонильным соединениям, а также к спиртам различного строения и алкенам.
Рисунок 1. Перегруппировка Шмидта. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Карбоновые кислоты в результате реакции дают амины:
Рисунок 2. Перегруппировка Шмидта. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Данная перегруппировка названа в честь Карла Фридриха Шмидта (1887-1971), который первым сообщил о ней в 1924 году как об успешном преобразовании бензофенона с азотистоводородной кислотой в бензанилид. Удивительно, но внутримолекулярный подвид данной реакции не был обнаружен до 1991 года, и теперь он стал крайне важным в синтезе природных соединений.
Особенности перегруппировки Шмидта
Катализаторами перегруппировки Шмидта чаще всего являются минеральныекислоты, в частности серная кислота, кроме того иногда используют и кислоты Льюиса типа хлорида алюминия. Самые высокие выходы аминов достигают, когда в качестве группы $R$ выступают алкильные группы, особенно когда они имеют длинную цепь. Если же $R$ - арил, то выходы могут быть различными в зависимости от заместителей в арильной группе. Промежуточно образующиеся в ходе реакций изоцианаты в кислых средах выделить крайне трудно, т.к. они быстро гидролизуются до аминов, как и в прочих подобных перегруппировках.
Реакции с кетонами приводят к продуктам внедрения $NH$-групп по положению между кето- группой $CO$ и остальной частью молекулы $R$; в результате этого внедрения образуются амиды.
Рисунок 3. Особенности перегруппировки Шмидта. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
В алкиларилкетонах преимущественно мигрируют арильные группы. В циклических же кетонах также происходит внедрение, и они превращаются в лактамы:
Рисунок 4. Особенности перегруппировки Шмидта. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Спирты и алкены с $NH_3$ образуют алкилазиды, которые перегруппировываются в имины - т.е. в данном случае перегруппировка Шмидта становится аналогичной перегруппировке Курциуса.
Механизм перегруппировки Шмидта
Механизм данной перегруппировки зависит от того соединения какого класса в нее вступают.
Механизм перегруппировки Шмидта в случае карбоновых кислот в целом аналогичен механизму перегруппировки Курциуса, однако в данном случае перегруппировывается протонированный азид:
Рисунок 5. Механизм перегруппировки Шмидта в случае карбоновых кислот. Автор24 — интернет-биржа студенческих работВ случае карбоновых кислот реакция перегруппировки Шмидта начинается с иона ацилия 1, полученного из протонирования и отщепления воды. Взаимодействие с азотистоводородной кислотой дает протонированные азидокетоны 2, которые проходят через реакции перегруппировки с алкильной группой, $R$, мигрирующей через $C-N$ связи с отщеплением азота. Протонированный изоцианат воздействует с водой, образуя карбамат 4, который после депротонации теряет углекислый газ и образует амин.
Рисунок 6. Механизм перегруппировки Шмидта в случае карбоновых кислот. Автор24 — интернет-биржа студенческих работРеакция связана с перегруппировкой Курциуса за исключением того, что в этой реакции азид протонируется и, следовательно, перегрупировки имеют различные интермедиаты.
Механизм реакции с кетонами похож на механизм гомологизации альдегидов и кетонов, а также на механизм перегруппировки Байера-Виллигера.
Рисунок 7. Механизм реакции с кетонами. Автор24 — интернет-биржа студенческих работВ случае реакций с кетонами карбонильная группа в них активируется протонированием для нуклеофильного присоединения азида, образуя промежуточное соединение 3, которое теряет воду в реакции элиминирования с образованием промежуточного имина 4, после чего одна из алкильных групп, мигрирует от углерода одновременно с процессом с потери азота. Подобная миграция встречается при перегруппировке Бекмана. Атака с потерей воды и протонов преобразует соединение 5 до соединения 7, которое представляет собой таутомер конечного амида.
Рисунок 8. Механизм реакции с кетонами. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Реакции с участием алкилазидов и внутримолекулярные перегруппировки
Методика перегруппировки Шмидта была распространена на реакции карбонилов с алкильными азидами $R-N3$. Такое расширение было впервые сообщено Дж.Х. Бойером в 1955 году (отсюда название реакции Бойера), например, реакция м-нитробензальдегида с бета-азидо-этанолом:
Рисунок 9. Реакция м-нитробензальдегида с бета-азидо-этанолом. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Вариации реакции Шмидта были известны с 1991 года. Такие реакции имеют некоторое применение в синтезе природных продуктов таких как лактамы и алкалоиды:
Рисунок 10. Вариации реакции Шмидта. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
