Hofmann網羅的メチル化および分解反応
この反応は、Hofmann elimination反応とも呼ばれます。 それはアミノ窒素原子を含んでいる有機化合物の構造の決定でかなり使用されました。 その有用性が評価された後、アルカロイドのような多くの複雑な天然アミンの構造の研究に適用された。
反応順序は、ほとんどの第四級水酸化アンモニウムが加熱すると分解して第三級アミン、オレフィンおよび水を与えるという事実を利用する。 もちろん、テトラメチルアンモニウム水酸化物のような化合物は、窒素に結合した基の構造的性質のためにオレフィンを与えることができない。 このような水酸化物は、オレフィンと水ではなくアルコールを与えるために分解しなければならない。しかし、窒素原子に2つの炭素原子の少なくとも1つの鎖が結合しており、少なくとも1つの水素原子が存在する場合は、窒素原子に少なくとも1つβ-炭素（窒素に関して）、オレフィンおよび水は、第四級水酸化アンモニウムが加熱によって分解されるときに第三級アミンに付随する。
ホフマン分解反応のメカニズムの徹底的な調査は、これが水素のβ脱離の一例であること 攻撃種は確かに第四級水酸化アンモニウムで利用可能であるヒドロキシルイオンです; これにより、第四級窒素原子に対してβ位にある炭素上の水素原子が除去される。 窒素上の正電荷が反応の駆動力である。 見られるように、電子は正に帯電した窒素原子の方向に移動する。
β-炭素に水素原子がない場合、反応は上記の異なる過程を取らなければならず、アルコール反応生成物としてのアミン。分解は、多くの化合物の構造解明の最初のステップに過ぎない。
最初のステップは、構造を決定したいアミン中の窒素のメチル化であり、このメチル化は可能な最終段階、すなわち第四級ハロゲン化アンモニウムの段階に行われる。 これが、網羅的メチル化という用語の使用の理由である。 ハロゲン化物は、その後、第四級水酸化アンモニウムに変換され、これは我々がちょうど議論してきたホフマン脱離工程で（構造的に可能な場合）分解されヨウ化メチルは、配列の完全なメチル化段階で選択される試薬である。
ヨウ化メチルは、配列の完全なメチル化段階で選択される試薬である。
必要に応じて、反応は分析精度で行うことができ、これが行われると、一級アミン、二級アミンまたは三級アミンを扱っているかどうかを区別するこ
一次アミンは、第四級ハロゲン化アンモニウム段階に達する前に、ヨウ化メチルの三モルを”消費”します:
二次アミンはヨウ化メチルの二モルを必要とし、三次アミンは四次塩の段階に到達するためにヨウ化メチルの一モルのみを必要とする。
異なるタイプのアミンがホフマン網羅的メチル化および脱離反応を受けるいくつかの例を見てみましょう。 第一段階はメチル化であり、第二段階は第四級ヨウ化物の第四級水酸化物への変換であり、続いて水酸化物の熱分解である。
最後の例では、窒素に対して二つのβ炭素原子があることがわかります。…..
メチル炭素からの水素原子の除去を書くことが可能である:div>
これは異性体2-ブテンではなく1-ブテンにつながります。 Ｈｏｆｍａｎｎ除去において，最も置換されていないエチレンが優勢な生成物として得られることを経験から知っている。 上記の生成物の収率は、全体的な反応で示されている:div>
このタイプの一般的な結果は、四元イオンが主に除去時に与えることを述べているホフマンの規則に記載されている。可能な最も少なく置換されたエチレン。 2つ以上のアルケンが形成されると混合物が得られるが、ホフマンの法則は一般に第四級イオンが関与する消去に当てはまる。 スルホニウムイオンは同様の結果を与える:P>
ホフマンルールは、除去に関連して制定された別のルール、Saytzeffルールを連想させます。 これは、ハロゲン化アルキルの脱水素ハロゲン化やアルコールの脱水などの中性化合物からの排除に関係する。 Saytzeffの規則は除去に中立混合物が可能な最も非常に代わりにされたエチレンの優勢を与えることを示す。
ホフマン則による一般的な予後にもかかわらず、ホフマン除去の経過を予測することは常に可能 しかし、いくつかのケースでは、他のケースよりも予測する方が簡単です。 例えば、芳香環に隣接するβ-炭素上の水素が、芳香環からさらに除去されたβ-炭素上の水素原子と脱離過程で競合する以下の結果に驚くことはあり:
エチレンの1％未満の収率とスチレンの93％の収率が得られます。 さて、これはホフマン則の明らかな無視です。 明らかに、スチレンはエチレン自体と比較してより置換されたエチレンである。
β-炭素原子上の水素の酸性度を考慮する必要があり、明らかにベンジル炭素原子上のものは、隣接するベンゼン環の共鳴効果のためにより酸 これは、アルキル基で作用する誘導効果よりも優勢である。 また、特定の場合に得られる立体的な状況も考慮する必要があります。 例えば、フェニルジヒドロテバインは、追加のホフマン配列の後に同じ窒素を含まない生成物を与える二つの異性体分解生成物を与える。div>
これまで脂肪族アミンについて議論してきました。 窒素原子が環の一部を形成する複素環アミンではわずかに異なる画像が得られるが、網羅的なメチル化および脱離ステップは原理的には同じである。 アミノ窒素原子が環内にある場合、その結合の少なくとも2つが炭素に結合しているので、多くても1つの結合のみが水素に結合することができるので、一次アミンであることはできない。 私たちは、二次アミンピペリジンで何が起こるかを例示してみましょう:
ピペリジンと同じ数の炭素原子を含む脂肪族二次アミンの反応と上記の反応シーケンスを比較してみましょう例えば、P>
C5二次アミンの両方の反応において（必要な環化合物は二つの水素原子を持たなければならないため、実際には異性体であることはできない）。脂肪族化合物よりも）、ヨウ化メチルの二つのモルは、第四級ヨウ化段階に達する前に消費される。 両方の系列において、ヨウ化物は第四級水酸化物に変換され、これらは分解される。 しかし、無窒素の脂肪族シリーズaでは、C4オレフィンが得られ、トリメチルアミンと水が前駆体分子から押出されることに注意してください。 しかし、複素環系では、窒素に関してβ-炭素原子上の水素原子の除去によって水のみが形成されるが、窒素は依然として分子中に残る。
窒素を含まない化合物を得るためには、網羅的なメチル化および除去の両方のステップを繰り返さなければならない。 この段階では、第三級アミンを有するので、四級ハロゲン化物の調製にはヨウ化メチルの一モルで十分であり、最後に1,4-ペンタジエンが窒素を含まない生成物として得られ、今度はトリメチルアミンと水が伴う。
したがって、アミノ窒素原子が有機構造の環の一部を形成するかどうかを判断するのは非常に簡単です。
三級アミノ窒素が環の一部を形成する場合、ピペリジンの場合と同様のケースがあります。 アミンは第三級であるが、生成物はまだ窒素を含むので、一つのホフマン配列は、ヨウ化メチルの唯一のモルの使用を含みます：
生成物から窒素を除去することが望まれる場合は、ホフマン配列を繰り返す必要がある。 ここでもヨウ化メチルの唯一のモルが必要です。
ホフマン網羅的メチル化分解反応は、窒素が還元環（ピペリジンなど）または部分的に還元環の一部を形成するアルカロイドの構造研究で広く使用されているが、窒素がより高い酸化レベルで環の一部を形成するアルカロイドの研究では役に立たない。 これは、例えば、ピリジン、キノリンおよびイソキノリンおよびこれらのそれぞれの核を含むアルカロイドにおいて、そのような核からの窒素の押出しに関して失敗する。div>
これらの親物質はすべて三級アミンであり、ピリジニウム、キノリニウム、イソキノリニウムを与える。第四級塩、これらはそれらの水酸化物に変換可能であるが、明らかな構造上の理由から、ホフマン脱離は起こり得ない。
四級アンモニウム化合物は、様々な有機反応における塩基性触媒として使用されることがある。 例えば、ベンジルトリメチル-水酸化アンモニウムは、マイケル縮合における強力な塩基性触媒としてしばしば使用されている。
このような化合物は、アルキル化剤としても使用されている。 例えば、フェニルトリメチルアンモニウム-エトキシドを用いることにより、モルヒネのフェノール基をアルキル化して高収率でコデインを与えることが可能である。 同じアルキル化のために使用される場合、塩基と組み合わせて硫酸ジメチルまたはヨウ化メチルのような他の試薬は、モルヒネ中の第三級窒素原子の四級化を引き起こし、コデインの収率を低下させる。div>
