Schmidt Reaction

 반응의 본질
Carboxylic acid, aldehyde, ketone은 황산과 같은 무기산과 hydrazoic acid(HN₃)를 사용하면 반응이 일어난다. Carboxylic acid는 amine이 되고, aldehyde는 nitril, ketone은 amide가 된다.

RCOOH + HN₃ → RNH₂ + CO₂ + N₂
RCHO + HN₃  → RCN + RNHCHO
RCOR' + HN₃  → RCONHR' + N₂

 개발의 역사
Hydrazoic acid와 sulfuric acid의 혼합물을 조사하던 Schmidt는 자유 이미드 라디칼free imide radical(·NH)이 생성된다고 결론지었다. 이 결론에 따르면, benzophenone과 함께 반응시키면 benzailide가 생성된다.

이 반응의 특징은 carbonyl 화합물들과 반응을 할 수 있다는 것을 Schmidt가 알아냈다. 이 Schmidt Reaction은 Wolff가 review했는데, 대부분의 경우에 65~995%의 수득률을 보였다. 이 반응의 특징은 방향족 carboxylic acid나 지방족 carboxylic acid나 상관없이 모두 amine을 만들 수 있다는 것이다.

[Caprylic acid가 n-Heptylamine이 되는 반응,p-toluic acid가 p-toluidine이 되는 반응]

Schmidt Reaction의 효율을 비슷한 반응인 Curtius reaction이나 Hofmann reaction과 비교하면 Hydrazoic acid와 azide를 사용한데 있어 위험함이 가장 큰 한계이다.


 메커니즘Mechanism
여러 메커니즘들이 제안되었지만, Schmidt의 것이 가장 널리 받아들여진다. Carbonyl의 산소 원자가 양성자를 하나 얻은 conjugate acid가 되면 hydrogen azide와 반응을 한다고 생각한다. 이 메커니즘에서는 imide radical이 나타나지 않는다.

 비대칭 ketone의 경우, 두가지 isomer가 생성될 수 있다. 이것은 이동하는 작용기migrating group가 diazonium nitrogen에 대해 anti로 있다는 것을 짐작할 수 있다. Steric factor와 conjugation이 어떤 group이 옮겨갈지 정하는 것으로 생각된다.


 일반적인 반응 조건
Schmidt 반응은 hydrazoic acid 또는 sodium azide를 사용한다. 대부분의 경우 hydrazoic acid를 녹인 chloroform이나 benzene용액을 황산이 들어간 carbonyl 용액에 첨가한다. 약간 더 많은 양의 hydrazoic acid를 보통 사용하고 반응 속도는 질소가 나오는 양으로 알아본다. Sodium azide를 사용할 때는 acetic acid와 같은 유기산과 함께 황산에 녹인 carbonyl 화합물에 portionwise로 첨가한다. Stirring은 질소가 더이상 나오지 않을때까지 계속 해야하고 생성물은 용액을 중화시킨 후에 추출 또는 steam distilation으로 얻는다.

 아래의 반응인 3,5-dinitroanoiline의 제법의 자세한 방법은 Vogel이 1956년에 발표했다.

 McNamara와 Stothers는 진한황산이 있는 20% oleum을 사용하면 수득률이 증가한다는 것을 알아냈다.


 응용
Conley는 Schmidt Reaction이 Ketone과 sodium azide, polyphosphoric acid의 몰분율에 영향을 받는다는 것을 알아냈다. Cyclohexanone으로부터 ε-caprolactam을 89%의 수득률로 얻었다.

 이 반응은 aryl 또는 alkylacetoacetic ester로부터 amino acid를 얻는데도 쓰인다. Schmidt는 phenylalanine과 aspartic acid를 높은 수득률로 얻었다.