Curtius Rearrangement

반응의 본질

Carboxylic acid를 acyl azide로 바꾼 후에, acyl azide는 isocyanate로 만들 수 있다. 그 후 알코올로 처리하면 urethane(carbamate)이, NaOH로 처리하면 amine이, amine으로 처리하면 urea를 얻을 수 있다.

 개발의 역사
Curtius는 일찍이 organic azide(R-N₃)의 알코올과 다른 화합물과의 반응을 연구했다. 그가 개발한 amine을 형성하는 이 반응은 그의 이름을 따 Curtius Rearrangement, Curtius Reaction 이라고 한다. 위의 반응식에서 보여줬듯이, 이 반응은 치환된 urea나 urethane을 준비하는데에 중요하다.

 Benzoylazide는 이러한 방식으로 urethane을 통해 anilin으로 전환시키는 출발 물질 중의 하나이다.

 반응의 여러 단계에 대한 수득률은 Smith에 의해 검토되었다. Isocuanate의 형성은 50% 이상의 수득률을 보이고, 70% 이상이 amine으로 전환된다.


  Mechanism
 Isocuanate의 형성은 이 반응과 Hofmann 또는 Lossen 반응에서 일반적으로 일어나는 일이며, 때문에 이 반응들은 종종 함께 논의가 된다. Curtius Rearrangement의 경우에, 질소 원자가 오직 6개의 전자를 가지는 intermediate가 존재한다.

 하지만 위의 반응식과는 달리 Hauser와 Kantor는 질소 분자의 제거와 R기의 재배열은 두 개의 단계에 걸쳐서 일어난다기보다는 동시에 일어난다고 결론지었다.


 일반적인 반응 조건
 재배열 반응을 위해 필요한 acid azide의 형성 방법은 일반적으로 두개가 있다.
(a) Ester와 hydrazine(N₂H₄)을 reflux하여 아질산(nitrous acid)으로 처리될 acid azide를 얻는다.
(b) Acid chloride와 benzene에 녹인 sodium azide(NaN₃)를 reflux한다
많은 경우에 후자의 방법이 더 선호된다.

RCOCl + NaN₃ → RCON₃ + NaCl

 반응은 azide를 dry benzene에 녹이고 질소 방출이 끝날 때까지 reflux을 함으로써 진행된다. 생성물은 benzene을 증류하여 날려버림으로써 얻을 수 있다.
 Undecyl isocyanate(n-C₁₁H₂₃NCO)는 lauroyl chloride(n-C₁₁H₂₃Cl)를 sodium azide(NaN₃)와 반응시키면 81~86%의 수득률로 얻을 수 있다.

n-C₁₁H₂₃Cl + NaN₃ → n-C₁₁H₂₃CON₃ → n-C₁₁H₂₃NCO + N₂

 Isocyanate는 따뜻한 KOH 50% 수용액에 의해 가수분해되어 1차 amine으로 된다.
 Urethane은 40~70%의 수득률이 얻어지고 isocyanate를 과량의 alcohol과 reflux를 하면 얻어진다. 때때로 높은 끓는점을 가지는 xylene과 같은 용매를 사용하기도 한다.