হফম্যান-লোফলার বিক্রিয়া

হফম্যান-লোফলার বিক্রিয়া

জৈব রসায়নে, হফম্যান-লোফলার বিক্রিয়া (যাকে হফম্যান-লোফলার-ফ্রেট্যাগ বিক্রিয়া, লফলার-ফ্রেট্যাগ বিক্রিয়া, লফলার-হফম্যান বিক্রিয়া, সেইসাথে লফলারের পদ্ধতি নামেও পরিচিত) হল একটি চক্রাকার বিক্রিয়া যার দূরবর্তী C–H কার্যকারিতা রয়েছে।বিক্রিয়ায়, একটি শক্তিশালী অ্যাসিডের (ঘনীভূত সালফিউরিক অ্যাসিড বা ঘনীভূত CF3CO2H) উপস্থিতিতে N-হ্যালোজেনেটেড অ্যামাইন ১ এর তাপীয় বা আলোক-রাসায়নিক পচন একটি নাইট্রোজেন র‍্যাডিকেল মধ্যবর্তী উৎপন্ন করে। এরপর র্যাডিকালটি একটি আন্তঃআণবিক হাইড্রোজেন পরমাণুকে বিমূর্ত করে একটি চক্রাকার অ্যামাইন ২ (পাইরোলিডিন বা, কিছু ক্ষেত্রে, পাইপেরিডিন) তৈরি করে।

ইতিহাস 

১৮৭৮ সালে, পাইপেরিডিনের গঠন এখনও অজানা ছিল এবং এ. ডব্লিউ. হফম্যান বিশ্বাস করতেন যে এটি অসম্পৃক্ত। স্ট্যান্ডার্ড বিশ্লেষণাত্মক কৌশল অনুসরণ করে, হফম্যান হাইড্রোহ্যালোজেনেশন প্ররোচিত করার জন্য এতে হাইড্রোজেন ক্লোরাইড বা ব্রোমিন যোগ করেন। পরিবর্তে, তিনি এন-হ্যালোমিন এবং এন-হ্যালোএমাইড তৈরি করেন, যার প্রতিক্রিয়া তিনি অ্যাসিডিক এবং মৌলিক অবস্থার অধীনে তদন্ত করেন।

১‑ব্রোমো-২‑প্রোপাইলপাইপেরিডিন (৩) এবং গরম সালফিউরিক অ্যাসিড, মৌলিক কাজ-আপের পরে, একটি টারশিয়ারি অ্যামিন তৈরি করে, যা পরবর্তীতে δ-কোনেসিন (৪) হিসাবে চিহ্নিত করা হয়।

প্রায় ২৫ বছর ধরে বিক্রিয়ার আর কোনও উদাহরণ রিপোর্ট করা হয়নি। কিন্তু ১৯০৯ সালে, কে. লফলার এবং সি. ফ্রেইট্যাগ রূপান্তরটিকে সরল গৌণ অ্যামিনে প্রসারিত করেন এবং N-ব্রোমো-এন-মিথাইল-৪-(পাইরিডিন-৩-ইএল)বুটান-১-অ্যামিন (৫) থেকে নিকোটিন (৬) এর তাদের মার্জিত সংশ্লেষণে প্রক্রিয়াটি প্রয়োগ করেন। 

বিক্রিয়ার প্রক্রিয়া

১৯৫০ সালের দিকে এস. ওয়াজোনেক বিভিন্ন এন-হ্যালোমিন চক্রাকারেকরণ তদন্ত করার সময় বিক্রিয়ার প্রক্রিয়াটি স্পষ্ট হয়ে ওঠে। হাইড্রোজেন পারক্সাইড বা অতিবেগুনী রশ্মি উৎপাদনকে ব্যাপকভাবে উন্নত করে উল্লেখ করে, ওয়াজোনেক এবং থেলান একটি মুক্ত-র‌্যাডিক্যাল প্রক্রিয়ার পরামর্শ দেন। ই. জে. কোরি এবং অন্যান্যরা বিক্রিয়ার বেশ কয়েকটি বৈশিষ্ট্য পরীক্ষা করেন: স্টেরিওকেমিস্ট্রি, হাইড্রোজেন আইসোটোপ প্রভাব, সূচনা, বাধা, অনুঘটক, মধ্যবর্তী পদার্থ এবং হাইড্রোজেন স্থানান্তরের নির্বাচনীতা। নীচে উপস্থাপিত ফলাফলগুলি চূড়ান্তভাবে ওয়াজোনেক এবং থেলানের অনুমানকে সমর্থন করে।

ওয়াওজোনেক এবং থেলান-এর ১৯৪৯ সালের প্রস্তাব অনুসারে, একটি অ্যাসিড প্রথমে একটি N-ক্লোরোঅ্যামিন প্রোটোনেট করে, যা তাপ, আলো বা অন্যান্য সূচনার উপস্থিতিতে অ্যামোনিয়াম এবং ক্লোরাইড মুক্ত র‍্যাডিকেলগুলিতে সমজাতীয় হয়। অ্যামোনিয়াম র‍্যাডিকেল আন্তঃআণবিকভাবে একটি স্টেরিকভাবে পছন্দসই হাইড্রোজেন পরমাণুকে বিমূর্ত করে একটি অ্যালকাইল র‍্যাডিকেল তৈরি করে যা একটি শৃঙ্খল বিক্রিয়ার মাধ্যমে, অন্য একটি N-ক্লোরোঅ্যামোনিয়াম আয়ন থেকে ক্লোরিন বিমূর্ত করে একটি অ্যালকাইল ক্লোরাইড এবং একটি নতুন অ্যামোনিয়াম র‍্যাডিকেল তৈরি করে। অ্যালকাইল ক্লোরাইড পরবর্তীতে চক্রীয় টারশিয়ারি অ্যামিনের মৌলিক কাজের সময় চক্রাকারে পরিবর্তিত হয়।

হাইড্রোজেন র‍্যাডিকেল হওয়ায়, δ-কার্বনে যেকোনো কাইরাল কনফিগারেশন রেসমাইজ হয়।

এই বিক্রিয়ার একটি বেশ বড় হাইড্রোজেন আইসোটোপ প্রভাবও রয়েছে: 10 এর পচনে, 1,2-ডাইমিথাইলপাইরোলিডিন 11 এবং 1,2-ডাইমিথাইলপাইরোলিডিন-2-d 12 এর অনুপাত (দহন এবং IR বর্ণালী দ্বারা নির্ধারিত) kH⁄kD ≈ 3.42–3.54 নির্দেশ করে।

একটি প্রাথমিক কার্বনে তুলনামূলক বিক্রিয়ার ফলে kH⁄kD≫1ও পাওয়া যায়, যা দৃঢ়ভাবে ইঙ্গিত দেয় যে C-H বন্ধনের ভাঙন ট্রানজিশন অবস্থায় যথেষ্ট পরিমাণে এগিয়ে যায়।

বিক্রিয়ার সাধারণ বৈশিষ্ট্য 

• হফম্যান-লোফলার-ফ্রেট্যাগ বিক্রিয়ার শুরুর উপাদান হতে পারে N-ক্লোরো-, N-ব্রোমো- এবং N-আয়োডোমাইন। তাপীয় সূচনার ক্ষেত্রে, N-ক্লোরোমাইনগুলি পাইরোলিডিনের জন্য ভালো ফলন দেয় কারণ N-ব্রোমোমাইনগুলি সংশ্লিষ্ট N-ক্লোরোমাইনগুলির তুলনায় তাপীয়ভাবে কম স্থিতিশীল। বিপরীতে, যখন বিকিরণ দ্বারা সূচনা করা হয়, তখন N-ব্রোমোমাইনগুলি পাইরোলিডিনের জন্য বেশি ফলন দেয়।

• হফম্যান-লোফলার-ফ্রেট্যাগ বিক্রিয়ার মূলত অ্যাসিডিক পরিস্থিতিতে পরিচালিত হয়েছিল, তবে এটি প্রমাণিত হয়েছে যে নিরপেক্ষ বা এমনকি দুর্বল মৌলিক অবস্থাগুলিও সফলভাবে ব্যবহার করা যেতে পারে।

• প্রাথমিকভাবে গঠিত নাইট্রোজেন-কেন্দ্রিক র্যাডিকেলগুলি বেশিরভাগই δ-অবস্থান থেকে একটি H-পরমাণুকে বিমূর্ত করে এবং এইভাবে 5-সদস্যযুক্ত বলয়গুলি প্রধানত গঠিত হয়।

• ৬-সদস্যবিশিষ্ট বলয় গঠনও সম্ভব, তবে তুলনামূলকভাবে বিরল, এবং বেশিরভাগ ক্ষেত্রেই এটি অনমনীয় চক্রীয় ব্যবস্থায় পরিলক্ষিত হয়।

• বিক্রিয়াটি মৃদু পরিস্থিতিতে পরিচালিত হতে পারে যদি অ্যালকাইল র‍্যাডিকেল কিছু ধরণের অতিরিক্ত স্থিতিশীলতা অনুভব করে, যেমন একটি সংলগ্ন হেটেরোঅ্যাটম দ্বারা।

• উষ্ণতা, আলো দিয়ে বিকিরণ বা র‍্যাডিকেল ইনিশিয়েটর (যেমন পারক্সাইড, ধাতব লবণ) ব্যবহার করে র‍্যাডিকেল প্রক্রিয়াটি শুরু করা যেতে পারে।

পরিবর্তন এবং বিক্রিয়ার উন্নতি

যেহেতু প্রাথমিক তীব্র অ্যাসিডিক বিক্রিয়ার অবস্থাগুলি প্রায়শই জটিল স্তরগুলির সংবেদনশীল কার্যকরী এবং সুরক্ষাকারী গোষ্ঠীর সাথে সামঞ্জস্যপূর্ণ নয়, তাই হফম্যান-লোফলার-ফ্রেট্যাগ বিক্রিয়ার বেশ কয়েকটি পরিবর্তন আনা হয়েছিল:

এম. কিমুরা এবং ওয়াই. বান প্রমাণ করেছেন যে সংলগ্ন নাইট্রোজেন পরমাণুগুলি এইচ-পরমাণু বিমূর্তকরণ দ্বারা উত্পাদিত র্যাডিকাল প্রজাতিগুলিকে স্থিতিশীল করতে পারে এবং দুর্বল মৌলিক পরিস্থিতিতে এই পদক্ষেপটি সম্পাদন করতে দেয়। তারা রিপোর্ট করেছেন যে ট্রাইথাইলামাইনের উপস্থিতিতে ফটোইরেডিয়েশনে অনেক ভালো ফলন পাওয়া যায়, যা সাইক্লাইজেশন দ্বারা উত্পাদিত হাইড্রোজেন ক্লোরাইডকে নিরপেক্ষ করে। এম. কিমুরা এবং ওয়াই. বান ডাইহাইড্রোডিঅক্সিপিয়ালোকারনুইন 35 এর সংশ্লেষণের জন্য হফম্যান-লোফলার-ফ্রেট্যাগ বিক্রিয়ার পরিবর্তিত অবস্থা ব্যবহার করেছেন।

এটি প্রমাণিত হয়েছে যে এন-হ্যালোমাইডের ফটোলাইসিস নিরপেক্ষ পরিস্থিতিতে দক্ষতার সাথে এগিয়ে যায়। N-bromoamide 36 (R=tBu) এর বিকিরণের ফলে ব্রোমোমিথাইল-সাইক্লোহেক্সেন-অ্যামাইড 37 তৈরি হয়, যা বেস ইন সিটু দিয়ে চিকিৎসা করলে 92% ফলন পাওয়া যায়।

একইভাবে, S. W. Baldwin এবং T. J. Doll অ্যালকালয়েড জেলসেমিসিন 41 এর সংশ্লেষণের দিকে তাদের গবেষণার সময় Hofmann-Löffler-Freytag বিক্রিয়ার একটি পরিবর্তন পরীক্ষা করেছিলেন। N-ক্লোরোঅ্যামাইড 39 এর বিকিরণের মাধ্যমে 40 এর পাইরোলিডিন রিং তৈরি করা হয়েছিল।

Hofmann-Löffler-Freytag বিক্রিয়ার আরেকটি পরিবর্তনে N-হ্যালোমিনের পরিবর্তে সালফোনামাইড ব্যবহার করা হয়। পার্সালফেট এবং ধাতব লবণের উপস্থিতিতে, সালফোনামাইডগুলি নিরপেক্ষ পরিস্থিতিতে γ- এবং δ-ক্লোরোঅ্যালকেনিলসালফোনামাইড তৈরি করতে ইন্ট্রামলিকুলার ফ্রি-র্যাডিক্যাল ফাংশনালাইজেশনের মধ্য দিয়ে যেতে পারে। উদাহরণস্বরূপ, Na2S2O8 এবং CuCl2 দিয়ে চিকিৎসা করার পর, অ্যাসিডের অনুপস্থিতিতে বিউটাইলসালফোনামাইড 42 4-ক্লোরোবিউটাইলসালফোনামাইড 43 এবং 3-ক্লোরোবিউটাইলসালফোনামাইড 44 তে রূপান্তরিত হয়।

হফম্যান-লোফলার-ফ্রেট্যাগ বিক্রিয়ার সবচেয়ে গুরুত্বপূর্ণ প্রকরণ হল সুয়ারেজ পরিবর্তন। ১৯৮০ সালে, সুয়ারেজ এবং অন্যান্যরা N-নাইট্রোঅ্যামাইডের হফম্যান-লোফলার-ফ্রেট্যাগ বিক্রিয়ার জন্য নিরপেক্ষ পরিস্থিতি ব্যবহার করে একটি প্রক্রিয়ার কথা রিপোর্ট করেছিলেন। এই রূপান্তরের আরও বিকাশের ফলে সাবস্ট্রেটের পরিধি N-সায়ানামাইড, N-ফসফোরামিডেট এবং কার্বামেটে প্রসারিত হয়েছে। এই সমস্ত প্রজাতি আয়োডিন (I2) এর উপস্থিতিতে হাইপারভ্যালেন্ট আয়োডিন বিকারকগুলির সাথে বিক্রিয়া করে একটি কাল্পনিক আয়োডোঅ্যামাইড মধ্যবর্তীর হোমোলাইটিক ফ্র্যাগমেন্টেশনের মাধ্যমে নাইট্রোজেন-কেন্দ্রিক র‍্যাডিকেল তৈরি করে। এইভাবে গঠিত N-র‍্যাডিকেলগুলি নিষ্ক্রিয় কার্বন থেকে একটি ইন্ট্রামলিকুলার 1,5-হাইড্রোজেন বিমূর্তকরণ বিক্রিয়ায় অংশগ্রহণ করতে পারে, যার ফলে পাইরোলিডিন তৈরি হয়।

সুয়ারেজ পরিবর্তনের বড় সুবিধা হল যে বিক্রিয়াটি খুব হালকা নিরপেক্ষ পরিস্থিতিতে করা যেতে পারে যা সিন্থেটিক জৈব রসায়নে প্রায়শই ব্যবহৃত প্রতিরক্ষামূলক গোষ্ঠীর স্থিতিশীলতার সাথে সামঞ্জস্যপূর্ণ। ফলস্বরূপ, এটি আরও সংবেদনশীল অণুগুলির সাথে Hofmann-Löffler-Freytag বিক্রিয়ার ব্যবহারের অনুমতি দেয়। এই পদ্ধতির অন্যান্য উল্লেখযোগ্য বৈশিষ্ট্যগুলি হল: (1) অস্থির আয়োডোঅ্যামাইড মধ্যবর্তী পদার্থগুলি স্থানে তৈরি হয়; (2) আয়োডোঅ্যামাইড হোমোলাইসিস কম তাপমাত্রায় (20-40 °C) অথবা দৃশ্যমান আলোর সাহায্যে বিকিরণের মাধ্যমে তাপীয়ভাবে এগিয়ে যায়, যা UV বাতির প্রয়োজনীয়তা দূর করে। সুয়ারেজ পরিবর্তন সংশ্লেষণে অসংখ্য প্রয়োগ খুঁজে পেয়েছে (ভিডিও ইনফ্রা)।

নাগিব এবং সহকর্মীরা একটি ট্রাইআয়োডাইড কৌশল ব্যবহার করেছেন যা গৌণ C-H বন্ধনের অ্যামিনেশন সক্ষম করার জন্য সুয়ারেজ পরিবর্তনের মাধ্যমে Hofmann-Löffler-Freytag বিক্রিয়ার পরিধি প্রসারিত করে। এই পদ্ধতিটি I2-মধ্যস্থ পচন পথ প্রতিরোধ করার জন্য একটি মৌলিক অগ্রদূত হিসাবে I2 এর পরিবর্তে NaI ব্যবহার করে। অন্যান্য হ্যালাইড লবণ (যেমন NaCl এবং NaBr) বাধাপ্রাপ্ত Hofmann-Löffler-Freytag প্রক্রিয়ার স্বীকৃত মধ্যবর্তী পদার্থ বহন করে।

সংশ্লেষণে প্রয়োগ 

হফম্যান-লোফলার-ফ্রেট্যাগ বিক্রিয়ার সবচেয়ে প্রচলিত সিন্থেটিক ইউটিলিটি হল পাইরোলিডিন রিং এর সমাবেশ।

স্ট্যান্ডার্ড অবস্থার অধীনে হফম্যান-লোফলার-ফ্রেট্যাগ বিক্রিয়ার

সম্পাদনা

হফম্যান-লোফলার-ফ্রেট্যাগ বিক্রিয়ার পদ্ধতির জন্য ঐতিহ্যগতভাবে তীব্র অ্যাসিডিক অবস্থার প্রয়োজন হয়, যা এর আবেদন সীমিত করে। তবুও, নীচে উদাহরণ হিসাবে বিভিন্ন ধরণের কাঠামোগতভাবে বৈচিত্র্যময় অণুর কার্যকরীকরণে এটি সফলভাবে প্রয়োগ করা হয়েছে।

1980 সালে, জে. পি. ল্যাভারগেন এবং অন্যান্যরা এল-প্রোলিন 49 প্রস্তুত করার জন্য এই পদ্ধতিটি ব্যবহার করেছিলেন।

পি. ই. সনেট এবং জে. ই. অলিভার সম্ভাব্য পিঁপড়ের লিঙ্গ ফেরোমন পূর্বসূরীদের (অর্থাৎ অক্টাহাইড্রোইন্ডোলিজিন 51) সংশ্লেষণে ক্লাসিক হফম্যান-লোফলার-ফ্রেট্যাগ বিক্রিয়ার পরিস্থিতি ব্যবহার করেছিলেন।

স্ট্যান্ডার্ড হফম্যান-লোফলার-ফ্রেট্যাগ পদ্ধতির মাধ্যমে বাইসাইক্লিক অ্যামাইন তৈরির আরেকটি উদাহরণ হল ওয়েগেলের অ্যাজাবাইসাইক্লো[3.2.1]অকটেন ডেরিভেটিভ 53 এর সংশ্লেষণ।

হফম্যান-লোফলার-ফ্রেট্যাগ বিক্রিয়াটি (±)-6,15,16-ইমিনোপোডোকারপেন-8,11,13-ট্রাইইন 55 এর ব্রিজড নাইট্রোজেন কাঠামো সংশ্লেষণের জন্য ব্যবহৃত হয়েছিল, যা কোবুসিন-টাইপ অ্যালকালয়েড তৈরির জন্য একটি মধ্যবর্তী, একটি বাইসাইক্লিক ক্লোরোঅ্যামাইন 54 থেকে। নাইট্রোজেন বায়ুমণ্ডলের অধীনে ঘরের তাপমাত্রায় 5 ঘন্টার জন্য ট্রাইফ্লুরোঅ্যাসেটিক অ্যাসিডে 400 ওয়াট উচ্চ-চাপের পারদ বাতি দিয়ে 54 এর বিকিরণ পণ্যের একটি মাঝারি ফলন প্রদান করে।