N -hidroxiftalimida

_La N - hidroxiftalimida es un compuesto orgánico con la fórmula _{C₆H₄(CO)₂NOH} . Es _un sólido blanco o amarillo, derivado de la ftalimida . Se utiliza como catalizador en la síntesis de otros compuestos orgánicos. ^{[ 1 ] [ 2 ]} Es soluble en agua y disolventes orgánicos como el ácido acético , el acetato de etilo y el acetonitrilo . ^{[ 3 ]}

Como describió Lassar Cohn en 1880, la N -hidroxiftalimida se producía a partir de cloruro de ftaloílo e hidrocloruro de hidroxilamina en presencia de carbonato de sodio. ^{[ 4 ]}

El producto se forma como una sal sódica roja en condiciones básicas, mientras que precipita N -hidroxiftalimida blanca con un rendimiento del 55% al ​​acidificar la solución . La N -hidroxiftalimida también se produce haciendo reaccionar hidrocloruro de hidroxilamina con ftalato de dietilo en presencia de acetato de sodio , ^{[ 5 ]} o con anhídrido ftálico en presencia de carbonato de sodio con calentamiento. En este último caso, se obtiene un rendimiento global del 76% tras la purificación por recristalización . ^{[ 6 ]}

La irradiación con microondas de anhídrido ftálico e hidrocloruro de hidroxilamina en piridina produce N -hidroxiftalimida con un rendimiento del 81 %. ^{[ 7 ]} Incluso en ausencia de una base, el anhídrido ftálico y el fosfato de hidroxilamina reaccionan para producir N -hidroxiftalimida con un rendimiento del 86 % cuando se calientan a 130  °C. ^{[ 8 ]}

La N -hidroxiftalimida existe en dos polimorfos : incoloro y amarillo. En la forma blanca incolora, el grupo NOH está rotado aproximadamente 1,19° con respecto al plano de la molécula, mientras que en la forma amarilla está mucho más cerca de la planaridad (rotación de 0,06°). ^{[ 9 ]}

El color de la N -hidroxiftalimida sintetizada está determinado por el disolvente utilizado; la transición de color de blanco a amarillo es irreversible. ^{[ 10 ]} La N -hidroxiftalimida forma sales fuertemente coloreadas, principalmente amarillas o rojas, con metales alcalinos y pesados , amoníaco y aminas. ^{[ 11 ]} La hidrólisis de la N -hidroxiftalimida por la adición de bases fuertes produce ácido ftálico monohidroxámico por adición de agua a través de uno de los enlaces carbono - nitrógeno. ^{[ 5 ]} Los éteres de N -hidroxiftalimida, por otro lado, son incoloros y proporcionan O -alquilhidroxilaminas por hidrólisis alcalina o escisión a través de hidrato de hidrazina .

Se sabía que la "ftalilhidroxilamina" reportada por Cohn tenía una fórmula molecular de C₈ H₅ NO₃ , pero no se conocía la estructura exacta. ^{[ 4 ]} Se discutieron tres posibilidades y se muestran en la figura siguiente: una monooximadeanhídrido ftálico ("ftaloxima",I), un anillo expandidocon dos heteroátomos, (2,3-benzoxazina-1,4-diona,II), yN-hidroxiftalimida (III). ^{[ 10 ] [ 12 ]} No fue hasta la década de 1950 que se demostró definitivamente que el producto de Cohn eraN-hidroxiftalimida (III). ^{[ 13 ]}

Nefkens y Tesser desarrollaron una técnica para generar ésteres activos a partir de N -hidroxiftalimida ^{[ 14 ]} para su uso en la síntesis de péptidos ^{[ 15 ]} , un enfoque que posteriormente se extendió al uso de N -hidroxisuccinimida ^{[ 16 ]} . El enlace éster se forma entre la N -hidroxiftalimida y un ácido carboxílico por eliminación de agua, lográndose el acoplamiento con N , N′ -diciclohexilcarbodiimida (DCC). Para la síntesis de péptidos, el extremo N del péptido en crecimiento se protege con terc- butoxicarbonilo, mientras que su extremo C (Z–NH–CH(R)–COOH) se acopla a la N- hidroxiftalimida. Un éster del siguiente aminoácido en la secuencia peptídica deseada se agita con éster activado, añadiéndose a la cadena y desplazando la N -hidroxiftalimida. Esta reacción es cuantitativa y casi instantánea a 0  °C. ^{[ 15 ] [ 17 ]} El éster resultante debe hidrolizarse antes de que se pueda repetir el ciclo.

La N -hidroxiftalimida se puede eliminar agitando con bicarbonato de sodio , ^{[ 15 ]} pero el método con N -hidroxisuccinimida muestra mayor reactividad y conveniencia, y generalmente se prefiere. ^{[ 16 ] [ 17 ]}

Los ésteres de N -hidroxiftalimida y los ácidos sulfónicos activados, como el anhídrido trifluorometanosulfónico o el cloruro de p -toluenosulfonilo , se utilizan como los llamados fotoácidos , que liberan protones durante la irradiación UV.

Los protones generados sirven para la degradación localizada dirigida de fotorresistencias sensibles al ácido . ^{[ 18 ]}

La N -hidroxiftalimida se puede convertir con acetato de vinilo en presencia de acetato de paladio(II) a N -viniloxiftalimida, que se hidrogena cuantitativamente a N -etoxiftalimida y posteriormente a O -etilhidroxilamina. ^{[ 19 ]}

Una variedad de grupos funcionales pueden oxidarse con el radical aminoxilo (ftalimida- N -oxilo, PINO) ^{[ 20 ]} formado por la abstracción de un átomo de hidrógeno de la N -hidroxiftalimida en condiciones suaves (similares a TEMPO ): ^{[ 1 ]}

Utilizando oxígeno molecular, los alcanos pueden oxidarse para formar alcoholes, los alcoholes secundarios cetonas, los acetales ésteres y los alquenos epóxidos . ^{[ 21 ] [ 22 ] [ 23 ]} Las amidas pueden convertirse en compuestos carbonílicos con N- hidroxiftalimida y sales de cobalto(II) en condiciones suaves. ^{[ 24 ]}

Las reacciones de oxidación eficientes de precursores de productos químicos básicos importantes revisten un interés técnico particular. Por ejemplo, la ε-caprolactama se puede preparar utilizando NHPI a partir del llamado aceite KA (aceite de "cetona-alcohol", una mezcla de ciclohexanol y ciclohexanona) que se obtiene durante la oxidación del ciclohexano. La reacción transcurre a través del hidroperóxido de ciclohexanol, que reacciona con amoníaco para dar peroxidiciclohexilamina, seguida de un reordenamiento en presencia de cantidades catalíticas de cloruro de litio. ^{[ 22 ] [ 25 ]}

El uso de N -hidroxiftalimida como catalizador en la oxidación del aceite KA evita la formación del subproducto indeseable sulfato de amonio que se produce mediante la síntesis convencional de ε-caprolactama ( reordenamiento de Beckmann de la oxima de ciclohexanona con ácido sulfúrico ).

Los alcanos se convierten en nitroalcanos en presencia de dióxido de nitrógeno. ^{[ 26 ]}

El ciclohexano se convierte a 70  °C con dióxido de nitrógeno/aire en una mezcla de nitrociclohexano (70 %), nitrato de ciclohexilo (7 %) y ciclohexanol (5 %).

La N -hidroxiftalimida sirve como agente oxidante en reveladores fotográficos ^{[ 27 ]} y como agente de control de carga en tóners ^{[ 28 ],} como se ha descrito en la literatura de patentes.

El radical derivado de la eliminación de un átomo de hidrógeno de la N- hidroxiftalimida se denomina N- ftalimido- N- oxilo , acrónimo PINO . Es un potente agente de abstracción de átomos de hidrógeno. ^{[ 1 ]} La energía de disociación del enlace NHPI (es decir, PINO–H) es de 88–90 kcal/mol (370–380 kJ/mol) , dependiendo del disolvente. ^{[ 29 ]}