第四章重排反应

《第四章重排反应》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第四章重排反应（87页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、 第四章 重排反应在同一有机物分子内，由于试剂或介质的影响，一个原子或基在同一有机物分子内，由于试剂或介质的影响，一个原子或基团从一个原子迁移到另一个原子上，使分子构架发生改变而形团从一个原子迁移到另一个原子上，使分子构架发生改变而形成一个新的分子的反应。成一个新的分子的反应。2021/5/211一、重排反应的分类1. 按迁移基团迁移的距离分类：（1）1,2迁移 1,2迁移是指迁移基团从一个原子向相邻的原子迁移。2021/5/212(2) 非1，2迁移 2021/5/2132. 按反应机理分类(1)亲核重排 亲核重排中迁移基带着它的一对成键电子向缺电的原子进行迁移。2021/5/214(2)

2、亲电重排 亲电重排中迁移基带着正电荷向富电原子进行迁移。2021/5/215(3) 自由基重排 自由基重排的过程中，迁移基带着它的一个成键电子进行迁移，迁移终点是自由基中心。2021/5/216(4) 周环反应 按周环反应机理进行的重排过程中，既没有正离子或负离子又没有自由基生成，反应是协同进行的，有一环状过渡态。2021/5/2173. 按迁移起点和终点的元素种类进行分类 可分为CC、CN、CO、NC 、OC、OP等。CC是指迁移起点和终点都是C，而CN是指迁移起点是C，终点是N。 例如，4,4-二甲基环己二烯酮重排成3，4-二甲基酚是CC。2021/5/218第一节从碳原子到碳原子的重排W

3、agner-Meerwein重排重排Pinacol重排重排苯偶酰苯偶酰-二苯乙醇酸型重排二苯乙醇酸型重排Favorski重排重排Wolff重排重排2021/5/219一、Wagner-Meerwein重排定义：终点碳原子上羟基、卤原子或重氮基等，在质子酸或定义：终点碳原子上羟基、卤原子或重氮基等，在质子酸或LewisLewis酸催化下离去形成碳正离子，其邻近的烷基、芳基或酸催化下离去形成碳正离子，其邻近的烷基、芳基或氢作氢作1,2-1,2-迁移至该碳原子，同时形成更稳定的起点碳正离子，迁移至该碳原子，同时形成更稳定的起点碳正离子，后经亲核取代或质子消除而生成新化合物的反应。后经亲核取代或质子消

4、除而生成新化合物的反应。2021/5/2110机理：机理：极不稳定极不稳定较稳定较稳定主要产物主要产物 醇或卤代烃在酸催化下进行亲核取代（醇或卤代烃在酸催化下进行亲核取代（S SN N1 1）或消除反应）或消除反应 烯烃进行亲电加成时发生的重排烯烃进行亲电加成时发生的重排2021/5/21111. 形成形成C+ 形式形式(1) 卤代烃卤代烃 Ag+、AgCl或或Lewis酸催化酸催化 (2) 含含-NH2，重氮化放氮，重氮化放氮N2 (3) -OH, 加加 H+ (-H2O)(4)烯烃亲电加成烯烃亲电加成2021/5/21122. 2. 迁移基团迁移顺序迁移基团迁移顺序 易带负电荷或带负电荷后

5、相对稳定、且易给出电子的基团容易带负电荷或带负电荷后相对稳定、且易给出电子的基团容易迁移。据此，易迁移。据此， 可得出一般情况下迁移基团的活性顺序。可得出一般情况下迁移基团的活性顺序。 2021/5/21133. 注意： 迁移基团构型保持，重排是在分子内进行。迁移基团很有可 能是经由“桥式”正离子进行的。过渡态分子轨道模型：过渡态分子轨道模型：构型保持2021/5/2114反应实例：2021/5/21152021/5/21162021/5/2117二、Pinacol重排 在酸催化作用下，取代的邻二醇失去一分子水，重排生成醛或酮的反应称Pinacol重排。取代的邻二醇称为频呐醇，重排生成的酮称为

6、频呐酮2021/5/21181. 1. 反应机理：反应机理：IIIII重排反应的动力是：由三级重排反应的动力是：由三级C C+ +生成更加稳定的质子化的酮生成更加稳定的质子化的酮2021/5/2119注意问题：1 1）驱动力？2 2）两个羟基中谁先离去？（生成的正碳离子稳定性）3）哪个基团迁移？4 4）立体化学上离去基与迁移基成反式共平面5）扩展反应6）应用羟基位于脂环上的邻二叔醇化合物在酸或Lewis酸的催化下发生重排，生成扩环脂肪酮、螺环酮2021/5/2120 2. 温度 ：低温下用酸处理时，重排反应优先于单纯的脱水反应；较高温度和强酸条件下，可以发生脱水反应，生成二烯烃。这是Pinac

7、ol重排反应的主要副反应。2021/5/2121产物（4）环庚酮是降压药胍乙定合成的原料。2021/5/2122三、苯偶酰-二苯乙醇酸型重排二苯基乙二酮二苯基乙二酮( (苯偶酰苯偶酰) )类化合物用碱处理，生成二苯基类化合物用碱处理，生成二苯基 - -羟基酸羟基酸( (二苯乙醇酸二苯乙醇酸) )的反应称为苯偶酰的反应称为苯偶酰- -二苯乙醇酸型重排二苯乙醇酸型重排反应。反应。2021/5/21231. 1. 反应机理反应机理生成稳定的羧酸盐是反应的动力生成稳定的羧酸盐是反应的动力2021/5/21242. 2. 影响因素影响因素 (1) 碱 该反应所用的碱主要是苛性碱。将-二酮类化合物与KOH

8、共熔，或与浓KOH醇溶液共热，或与70NaOH的水溶液共热，均可引起该重排反应。 若用醇盐(ROM)取代苛性碱，其重排产物为相应的酯。2021/5/2125 (2) - (2) -二酮的结构二酮的结构 芳香族芳香族-二酮二酮 吸电子基对反应有利吸电子基对反应有利 给电子基对反应不利；给电子基对反应不利； 邻位取代基，立体位阻较大，使反应速度减慢。邻位取代基，立体位阻较大，使反应速度减慢。2021/5/21263. 3. 应用实例应用实例-二酮类化合物通过该重排反应，可以发生缩环 2021/5/21272021/5/2128四、Favorski重排-卤代酮在亲核碱(NaOH, RONa等)存在的

9、条件下，发生重排得到羧酸酯、盐或酰胺的反应称为Favorski卤化酮重排反应。-基团迁移到卤素位置2021/5/21291. Favorski1. Favorski重排机理重排机理2021/5/21302021/5/2131 ,- ,-二卤代酮也可发生类似的重排，根据所用碱的不同，二卤代酮也可发生类似的重排，根据所用碱的不同，分别得到分别得到,-,-不饱和羧酸衍生物及共轭烯酮类化合物。不饱和羧酸衍生物及共轭烯酮类化合物。 2021/5/2132FavorskiFavorski卤化酮重排应用卤化酮重排应用 制备制备 碳上多烃基取代羧酸衍生物碳上多烃基取代羧酸衍生物 合成有张力的脂环烃羧酸衍生物合

10、成有张力的脂环烃羧酸衍生物2021/5/2133大环类化合物的缩环64%2021/5/2134五、Wolff重排和Arndt-Eistert反应Wolff重排:重氮酮在银、银盐或铜存在条件下，或用光照射或热分解都消除氮分子而重排为烯酮，生成的烯酮进一步与羟基或胺类化合物作用得到酯类、酰胺或羧酸的反应。通式：2021/5/21352021/5/2136重排机理研究表明：重排与氮气的失去同时进行，即该重排是一协同过程，利用质谱及各种有效的探测方法均未发现碳烯中间体存在的证据。重排生成的脂环烯酮在氧气的存在下经光照，释放出CO2，生成环酮。2021/5/2137抗H病毒药物Oxetanocin可通过

11、该重排而制得中间体，经还原、脱保护而制得产品。 2021/5/2138Amdt-Eistert反应：由于-重氮酮不易制备，使该重排反应受到一定限制。Arndt-Eistert等用酰氯与重氮甲烷反应得-重氮酮，再经Wollf重排，生成比原酰氯多一个碳的羧酸的反应。 2021/5/2139第二节从碳原子到杂原子的重排Beckmann重排重排Hofmann酰胺重排为胺类酰胺重排为胺类Curtius重排重排Schmidt羰基化合物的降解反应羰基化合物的降解反应Baeyer-Villiger氧化重排氧化重排2021/5/2140一、Beckmann重排 酮肟类化合物在酸性催化剂的作用下，重排成取代酰胺的

12、反应称为Beckmann重排。肟羟基反位的基团发生迁移肟羟基反位的基团发生迁移2021/5/2141如果迁移基团为手性碳原子，迁移后，其构型保持不变。如果迁移基团为手性碳原子，迁移后，其构型保持不变。当酮肟具有两种顺反异构体时，重排的产物也有两种。当酮肟具有两种顺反异构体时，重排的产物也有两种。2021/5/21421. 反应机理2021/5/21432影响因素及反应条件(1) 催化剂:酮肟重排常用的催化剂为酸性试剂，如矿物酸、有机酸、Lewis酸、氯化剂或酰氯等。它们的作用是使肟羟基转变成活性离去基团，以利于氮氧键的断裂。质子酸 H+, H2SO4, HCl, H3PO4非质子酸PCl5,

13、SOCl2, TsCl, AlCl32021/5/2144(2) 酮肟的结构由于醛肟在重排条件下易失水形成腈，所以很少用醛肟制备甲酰胺。芳脂酮肟较为稳定，不易异构化，而且芳基比烷基优先迁移，重排后主要得芳胺酰化的产物。2021/5/2145脂环酮肟进行Backmann重排反应，则发生扩环，生成内酰胺类化合物。如环己酮肟的重排，产物为七元环的己内酰胺，它是合成尼龙6的原料。2021/5/2146(3) (3) 溶剂溶剂重排反应中的溶剂，在反应过程中既起到反应介质的作用，重排反应中的溶剂，在反应过程中既起到反应介质的作用，也起催化剂的作用也起催化剂的作用，其催化剂作用与溶剂的质子亲和力呈，其催化剂

14、作用与溶剂的质子亲和力呈正相关系。正相关系。当当溶溶剂剂中中含含有有亲亲核核性性化化合合物物或或溶溶剂剂本本身身为为亲亲核核性性化化合合物物( (如如醇醇、酚酚、硫硫醇醇、胺胺或或叠叠氮氮、偏偏磷磷酸酸酯酯) )时时，重重排排生生成成的的中间体与其结合得到相应化合物，而不能异构化成酰胺中间体与其结合得到相应化合物，而不能异构化成酰胺。 2021/5/21472021/5/2148Beckmann重排的应用 将酮转变为酰胺 合环、扩环成内酰胺化合物 制备仲胺2021/5/21492021/5/21502021/5/2151二、Hofmann重排酰胺用卤素（溴或氯）及碱处理，失去酰胺中的羰基，生成

15、伯胺的反应称为Hofmann重排。由于产物比反应物少一个碳原子，故此类反应又称Hofmann降解反应。2021/5/21521 1反应机理反应机理HofmannHofmann重排反应机理如下：重排反应机理如下：2021/5/2153当酰胺基的当酰胺基的-碳上有手性，重排后，构型不变碳上有手性，重排后，构型不变2021/5/2154当酰胺分子的适当位置有羟基、氨基存在时，可以成环。2021/5/21552 2影响因素影响因素(1)酰胺的结构 脂肪、脂环、芳香、杂环的单酰胺、双酰胺、酰亚胺都可以进行Hofmann重排。苯甲酰胺：苯环的对位有给电子基取代时，可促进卤负离子脱离而加速重排；对位有吸电子

16、基则不利于卤负离子的脱离，使重排速度减慢。2021/5/2156(2)溶剂：Hofmann重排反应的溶剂有两大类，水和醇类。若酰胺形成的卤代酰胺盐可溶于水时，多采用氢氧化钠的水溶液进行反应。碳原子数大于8的脂肪酰胺，重排生成的异氰酸酯在氢氧化钠水溶液中的溶解度较小，改用醇作溶剂，以醇钠代替氢氧化钠。 2021/5/21573 3应用应用(1)制备伯胺、氨基甲酸酯及脲 酰胺经Hofmann重排可转变成比酰胺少一个原子的伯胺，用醇钠代替NaOH可得氨基甲酸酯。如磺胺甲噁唑中间体3-氨基-5-甲基异噁唑（5），就是由Hofmann重排而制得。2021/5/2158 (2) 制备醛、酮、腈 当酰胺基的

17、-碳原子上有羟基、卤素、烯键时，重排生成不稳定的胺或烯胺，进一步水解，则生成醛或酮。2021/5/2159三、Curtius(库尔悌斯)反应酰基叠氮化物在惰性溶剂中加热分解生成异氰酸酯:该重排机理与Hofmann重排非常相似2021/5/2160非质子溶剂中进行，可得到较高收率的异氰酸酯；水、醇或胺中进行，其产物分别是胺、氨基甲酸酯和取代脲。2021/5/2161四、Baeyer-Villiger氧化重排在酸催化下，醛或酮与过氧酸(如过氧乙酸、过氧三氟醋酸等)作用，在烃基与羰基之间插入氧原子生成酯的反应称Baeyer-Villiger氧化重排。2021/5/21621.反应机理2021/5/2

18、163 2. 影响因素（1）过氧酸及溶剂 常用的过氧酸有：后发现廉价、方便的H2O2/HOAc。同时需加缓冲剂调节pH，以防止生成的酯与生成的酸发生交换。2021/5/2164（2）基团的迁移能力 一般为：叔烷基环己基，仲烷基，苄基，苯基伯烷基甲基。2021/5/2165二芳基酮重排时，芳环上取代基的性质影响其迁移能力的相对大小，有给电子取代基时，对反应有利；反之，使芳基迁移能力减小。其大小次序为：CH3OCH3HClNO2。2021/5/2166利用该重排反应，可以合成结构特殊的醇类；若用环酮，则得到内酯，所以也是合成内酯的方法。3. 3. 应用应用2021/5/2167第三节亲电重排Ste

19、venSteven重排重排Sommelet-HauserSommelet-Hauser重排重排WittigWittig重排重排2021/5/2168与杂原子(N，O，S等)相邻的碳原子，由于受杂原子和周围吸电子基(Z)的影响，其活泼氢原子在强碱作用下易形成碳负离子过渡态，然后杂原子上烃基通过分子内(1，2-)迁移至该碳负离子上，从而改变分子骨架，以下列通式表示：2021/5/2169一、Stevens重排 季铵盐(或锍盐）分子中连在氮(或硫）原子的碳原子上具有吸电子的基团取代时，在强碱性条件下，可重排生成叔胺的反应称为Stevens重排反应。2021/5/21701. 1. 反应机理反应机理为

20、分子内重排为分子内重排迁移基构型保持迁移基构型保持2021/5/21712 2影响因素影响因素所用碱性的强弱取决于z吸电子能力的大小。常用碱是NaNH2、NaOR、NaOH等。吸电子基通常是指酰基、酯基、芳基、乙烯基或乙炔基等。常见的迁移基（R3）主要为烯丙基、苄基、烷基及吸电子取代的烷基（-CH2Z）。2021/5/21723.注意（1）在烯丙基季铵盐中由于叶立德中负离子直接和乙烯基相连，出现离域作用，得1，2-迁移和1，4-迁移的混合物，增加溶剂的极性和温度均有利于1,4-迁移的生成。2021/5/2173（2）该重排为立体专一性反应，如果迁移基具有手性，重排后构型保持不变。 2021/5

21、/2174（3）如果芳基为吸电子基时，提高反应温度，减小溶剂极性将促进Stevens重排。2021/5/2175应用：2021/5/2176二、Sommelet-Hauser重排Sommelet-Hauser重排苄基季铵盐在强碱(如NaNH2，RLi等)催化下，重排成邻位烃基取代的苄基叔胺的反应。2021/5/21771. 1. 反应机理反应机理分子内的亲电重排反应2021/5/21782021/5/2179三、Wittig重排醚类化合物通过强碱（烷基锂、苯基锂、氨基钠、氨基钾）处理，分子中一个烃基发生迁移，得到醇的反应称为Witting重排。 2021/5/21801,21,2WittigWittig重排的反应机理如下：重排的反应机理如下：较难脱氢的基团优先发生迁移。基团的迁移能力一般是：2021/5/21812021/5/21822021/5/21831 一般重排反应的推动力是什么？2 Wagner-Meerwein重排中，获得C+的途径有那几种？3 在Backmann重排中常用的催化剂有那几种？质子酸 H+,H2SO4, HCl, H3PO4非质子酸PCl5, SOCl2, TsCl, AlCl34完成下列反应，并注明反应名称2021/5/21842021/5/21852021/5/2186部分资料从网络收集整理而来，供大家参考，感谢您的关注！