isocyanate가 열에의해 분해되어 oxazolidone이 되는 메커니즘

Isocyanates are known to undergo thermal decomposition to produce various products, including oxazolidones. The mechanism for this reaction can be complex and dependent on the specific isocyanate and reaction conditions, but one proposed mechanism involves the following steps:

1. Homolytic cleavage of the N-C bond: The isocyanate molecule is heated, and the N-C bond is broken by homolytic cleavage, forming two free radicals, an isocyanate radical and a nitrogen radical.

 R-N=C=O   →   R-N• + •C=O

위의 반응에서 R은 이소시안산염 분자 내의 유기기로 인해 다양하게 변할 수 있는 유기기입니다. 이 화학구조에서 분자 내의 N-C 결합이 홈올리틱 가소 분리되어 N• 라디칼과 •C=O 라디칼이 생성됩니다.

근데 일반적으로 isocyanate는 NCO에서 NC가 double bond가 아니니?

맞습니다. 제가 이전에 설명한 것과 같이, 이소시안산염의 화학식은 일반적으로 NCO입니다. NCO는 C와 O 사이에 이중결합을 갖는 구조이며, 이중결합은 홈올리틱 가소 분리 과정에서 일어나지 않습니다.

따라서, 이중결합이 아닌 단일결합이 있는 N-C 결합을 홈올리틱 가소 분리로 인해 라디칼이 생성되는 것이 아니라, N-C 결합은 더 안정적인 형태를 유지하며, NCO 결합 내의 C와 N의 전자들이 양성자로부터 떨어져 자유로운 라디칼이 형성될 수 있습니다. 따라서, 이소시안산염 분자에서 이중결합이 있는 NCO 결합이 홈올리틱 가소 분리되어 자유 라디칼이 생성됩니다:

R-N=C=O   →   R-N+• + •C=O-

위의 반응에서 R은 이소시안산염 분자 내의 유기기입니다. 이러한 자유 라디칼은 다양한 반응을 촉매하는데 이용될 수 있습니다.

2. Radical recombination: The isocyanate radical and nitrogen radical combine to form a new molecule, which can undergo further reactions.

3. Intramolecular cyclization: The newly formed molecule can undergo an intramolecular cyclization reaction to form an intermediate species, which subsequently undergoes further reactions to form the oxazolidone product.

Overall, the mechanism involves the breaking of the N-C bond in the isocyanate molecule, followed by radical recombination and intramolecular cyclization reactions to form the oxazolidone product. However, it's important to note that the specific mechanism may vary depending on the isocyanate and reaction conditions.

 

이소시안산염(Isocyanate)은 열분해에 의해 산출물 중 하나인 옥사졸리돈(Oxazolidone)을 형성하는데, 이에 대한 메커니즘은 복잡하며 반응 조건과 구체적인 이소시안산염의 종류에 따라 달라질 수 있습니다. 그러나 일반적인 메커니즘은 다음과 같습니다.

1. N-C 결합의 홈올리틱 가소 분리: 이소시안산염 분자를 가열하면 N-C 결합이 홈올리틱 가소 분리를 일으켜 이소시안산염 라디칼과 질소 라디칼 두 개의 자유 라디칼이 생성됩니다. 

R-N=C=O   →   R-N• + •C=O 

2. 라디칼 재결합: 이소시안산염 라디칼과 질소 라디칼이 재결합하여 새로운 분자가 생성됩니다. 이 분자는 추가 반응을 일으킬 수 있습니다. 새로운 분자의 구조는 다양할 수 있지만, 일반적으로 아래와 같은 구조를 가집니다:

R-N=C=NNC=O

위 구조에서 R은 이소시안산염 분자 내의 유기기입니다. 이 구조에서 이소시안산염과 질소 라디칼이 결합하여 새로운 분자가 생성되었으며, 이 분자는 다양한 반응을 경험할 수 있습니다.

3. 분자 내순환: 새로 생성된 분자는 분자 내순환 반응을 일으켜 중간체를 형성합니다. 이 중간체는 이후 반응을 거쳐 옥사졸리돈 산출물을 형성합니다. 이러한 반응은 분자 내부의 원자들이 재배열되어 새로운 분자가 생성되는 반응입니다. 아래 그림은 이러한 반응을 설명하는 화학구조식입니다:

R-N=C=NNC=O → R-N=C-O-NC=NNH

위 반응에서 분자 내부의 질소 원자와 카본 원자가 재배열되어 환기화 반응이 일어나며, 새로운 분자가 생성됩니다. 이 새로운 분자는 oxazolidone 중간체로 알려져 있으며, 이후 더 많은 화학 반응을 경험하여 최종적으로 oxazolidone 제품이 생성됩니다.

이와 같이 이소시안산염 분자 내의 N-C 결합이 가소 분리되어 라디칼이 생성되고, 이를 기반으로 라디칼 재결합과 분자 내순환 반응이 일어나 옥사졸리돈 산출물이 형성되는 것이 일반적인 메커니즘입니다. 하지만 구체적인 반응 메커니즘은 이소시안산염의 종류와 반응 조건에 따라 달라질 수 있습니다.

분자 내부의 질소 원자와 카본 원자가 재배열되어 환기화 반응이 일어난다고하는데 화학구조식으로 좀더 자세하게 알려줘

 

분자 내부의 질소 원자와 카본 원자가 재배열되어 환기화 반응이 일어나는 과정에서, 분자 내부에서 카본과 질소 원자가 결합 형태를 변경합니다. 아래의 화학구조식은 이러한 과정을 보다 자세하게 보여줍니다.

R-N=C=NNC=O → R-N=C(-O-)-NC=N-H

이 화학구조식에서, 이소시안산염 분자에서 질소와 카본이 결합한 N-C 결합이 N-H와 C=N 결합으로 재배열되어 oxazolidone 중간체가 생성됩니다. 이러한 반응은 분자 내부에서 일어나는 분자 간 환기화 반응으로, 카본-질소 결합이 끊어지고 질소-질소 결합이 형성됩니다. 이후 이 중간체는 다양한 반응을 경험하여 oxazolidone 최종 생성물이 형성됩니다.

 

*carboxyl group 카르복실기 -COOH

 

Oxazolidone 중간체가 oxazolidone으로 변환되는 과정은 크게 두 단계로 나눌 수 있습니다. 첫 번째 단계는 N-알킬화 과정이고, 두 번째 단계는 순환 폐쇄 과정입니다.

1. N-알킬화 과정

Oxazolidone 중간체에서 질소(N) 원자에 이성체를 가해 N-알킬화 반응을 일으킵니다. 이성체는 주로 알킬 화합물, 즉 카르복시알킬 또는 아릴알킬인 경우가 많습니다. 이러한 알킬화 반응으로 인해, oxazolidone 중간체에서 질소(N) 원자는 새로운 알킬기(R)로 치환되게 됩니다.

1. 순환 폐쇄 과정

N-알킬화된 중간체 분자는 다시 카르복실기와 반응하여 새로운 카르복실기-알코올 반지를 형성합니다. 이 과정은 새로운 카르복실기와 oxazolidone 중간체 분자 사이의 산-염기 반응으로 진행됩니다. 이후, 분자 내부의 카르복실기와 알코올기가 반응하여 수소와 물 분자를 방출하면서, 다시 순환 폐쇄된 oxazolidone 최종 생성물이 형성됩니다.

이러한 과정을 화학 구조식으로 나타내면 다음과 같습니다:

1. N-알킬화 과정: R-N=C(-O-)-NC=N-H + R'X → R-N=C(-O-)-NC(R')-X
2. 순환 폐쇄 과정: R-N=C(-O-)-NC(R')-X + H2O → R-N=C(-O-)-O-R' + NH4X

위 구조식에서, R은 이소시안산염 분자 내의 유기기를 나타내고, R'은 새롭게 결합된 알킬기를 나타냅니다. X는 반응에 참여하는 이온 또는 분자입니다. 알킬화 반응에서는 X가 알킬화합물을 나타내고, 순환 폐쇄 반응에서는 X가 물 분자와 알칼리 금속 이온(NH4+) 등을 나타낼 수 있습니다.