每周一个人名反应(三)

Willgerodt-Kindler重排反应是一类很特殊的反应,一个含有长链烷基的芳基酮,和多硫化铵共热,可以转变为相同碳原子数目的酰胺。没有接触过这种反应的读者可能会觉得不可思议,不妨用下面这个例子练习一下机理。
这一反应最初由Willgerodt发现,在多硫化铵溶液中和芳香酮共沸,得到反常的酰胺类化合物,使用更长的烷基取代,甚至出现了羰基的移位。反应当然没这么简单,后续研究发现,使用氧化铅(氧化性并不强),可以在苯环的α位引入一个羰基。

下面给出一种可能的苯丙酮重排的机理。首先胺和硫磺反应,断开硫硫单键,注意,此时产生的N-S键比S-S键强,因此在下一步的氧化过程中,是二硫键断裂(其实这里也有可能是更长的硫链,但是下一步必须形成S-C键,拘泥于硫的个数未免舍本逐末)。注意,此时苯丙酮的碳链上有两个吗啉分子,一个是活化羰基,另一个活化硫原子。硫原子具有相当好的亲核性,分子内进攻羰基,形成硫杂环丙烷。进一步发生消除反应,得到硫杂环丙烯,这一步相当于是玛琳的内返,结果是羰基移动了一个原子。以此类推,直到形成最稳定的酰胺。(下图来自于Jack Li,Name Reaction)
关于胺和硫的反应,已经有很多种产物可以观测到,并且伴随着相应的多硫离子的生成。在40-50℃时,聚硫代二胺的形成表明,在仲胺中,硫化氢是由与氮原子结合的氢原子反应形成的,而不是由胺亚甲基基团的氢原子反应形成的。
有趣的是,当使用不同的溶剂时,有时会得到截然不同的产物,包括一些二聚物种。不过,这些化合物大多具有相当可观的产率。产物56在后续的研究中给出了反应机理。
由于胺 的亲核性较强,因此当使用更多剂量的胺,可以使得多硫化合物进一步重排,从而产生开环的酰胺,这也是减少中间产物的一种方法。
如果底物是不饱和酮,并且有α位的亚甲基或双键,则很有可能发生环化与芳构化,由于硫磺具有一定的氧化性,从而得到噻吩反而在热力学上有利一些。
科研人员还研究了很多硫代亚胺在相同条件下的转换,这些中间体一部分会和前面的反应一样,形成三元环中间体,并进行氮原子的转移,另一部分则能够消去酰胺,产生硫代烯酮类化合物。和常见的烯酮不同,硫代产物具有更强的电荷分离,甚至发生氢原子的迁移,进而经历[1,3]偶极环加成反应。由于产物具有芳香性,在特定反应条件下这些化合物是主要产物。
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