Arndt-Eistert Synthesis & Wolff Rearrangement

 반응의 본질
유기 산, Organic acid은 Acid chloride(RCOCl)과 diazomethane(CH₂N₂)의 반응을 통해 diazoketone의 Wolff rearrangement를 거쳐 ester(RCOOR') 나 amide(RCONHR') 등의 유도체로 변한다.

 

 개발의 역사
1912년 독일의 화학자 Ludwig Wolff가 암모니아성 용액에 녹인 α-diazo-ketone이 silver oxide(Ag₂O)와의 반응을 통해 재배열의 결과로 amide 또는 ketene을 만드는 것을 처음으로 보고했다.

[α-diazo-ketone에서 질소가 빠져나가고 Wolff rearrangement를 통해 ketene을 만드는 mechanism] 

 
  체인을 길게 하기 위한 재배열의 일반적인 응용은 diazomethane을 이용하여 diazoketone을 만든 독일의 화학자 Fritz Arndt와 Bernd Eistert에 의해 만들어졌다.

이런 방법의 사용은 발표된 이후 많이 보고가 되었다. 그리고 Bechmann과 Struve는 Arndt–Eistert Synthesis의 초기 작업부터 다시 보았고 Wolff Rearrangement를 분리해서 다시 보았다.

 이 반응의 최종 산물은 diazoketone이 무엇으로 처리되느냐에 따라 달라진다. 물로 처리하면 carboxylic acid가 형성되고, alcohol은 ester를, ammonia는 amide를 만든다.

 

3 스텝을 거치는 동안 총 수율은 상당히 좋아 보통 50~80% 정도이다.


 Mechanism
Wolff Rearrangement를 연구한 여러 논문들에 따르면 Wolff Rearrangement는 다음의 mechanism을 따른다.

 Smith는 Wolff Rearrangement의 mechanism에 대해 전자가 부족한 질소와 산소의 재배열이라고 했다. 이러한 설명은 Curtius, Hofmann, Lossen, Schmidt rearrangement를 포함하는 것이다.


 일반적인 반응 조건
 이 합성법은 aliphatic과 aromatic system 모두 적용할 수 있다.

 Carboxylic acid를 acid chloride를 최대한 순수한 생성물로 얻을 수 있는 한번의 표준과정을 사용하는 것으로 시작한다. Acid chloride (1mol)를 녹인 benzene 용액에 stirring을 하면서 diazomethane (3mol)을 benzene에 녹인 용액을 첨가한다. 용액의 온도는 5℃ 이하로 몇시간동안 유지해야하고, 용매를 25℃, 낮은 압력에서 제거한다.

 Diazoketone의 재배열 반응은 필요한 생성물에 따라 결정된다. Ester를 얻고싶을 때는 적절한 무수 alcohol에 녹이고, silver oxide를 넣고 질소기체가 더이상 발생하지 않을 때 까지 가열한다.
 
 Carboxylic acid를 얻고 싶을 때는 diazoketone이 반응하지 않는 dioxane과 같은 용매에 녹이고, 희석된 Sodium thiosulfate(Na₂S₂O₃)와 silver oxide의 suspension을 첨가한다.

 Amide는 diazoketone을 dioxane 용매에 녹이고 따듯한 액체 ammonia와 silver nitrate를 첨가하면 얻어진다.