第四章--重排反应

第一节从碳原子到碳原子的重排1.Wagner-Meerwein重排2.Pinacol重排3.苯偶酰-二苯乙醇酸型重排4.Favorski重排5.Wolff重排关注1,2重排构型保留一、Wagner-Meerwein重排终点碳原子上羟基、卤原子或重氮基等，在质子酸或Lewis酸催化下离去形成碳正离子，其邻近的基团作1,2-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称为Wagner-Meerwein重排。OHHCH2CH2-H异冰片莰烯CPhCHCH3CH3CH3OTsPhHCH3CCPhCH3CH3*CPhCHCH2CH3CH3*HCPhCCH3CH3CH3*CH3CCPhCH3CH3**+H3COHHH3COHNaNO2/HOAcH3CONH2CH2CH3CH3CH3H3CCH3CH3CH3TsOHC6H5CCR4R2R1OHR3OHHCCR4R2R1R3O二、Pinacol重排邻二醇类化合物在酸催化下，失去一分子水重排生成醛或酮的反应，称为Pinacol重排反应。机理CCR1R1R2OHR2OH基团的迁移能力芳基烃基供电子取代芳基吸电子取代芳基1.对称的连二乙醇+PhCCCH3CH3OPhH3CCCPhCH3OPhHPhCCPhCH3CH3OHOH主产物次产物+PCH3OC6H5CCC6H5OCH3PhOPhpC6H5OCH3PC6H5OCH3PCCPhOPhHPCH3OC6H5CCC6H5OCH3PPhPhOHOH94%6%CCR2R1R1OHR2OH2.不对称的连二乙醇重排的方向决定于羟基失去的难易羟基离去后碳正离子的稳定性：叔碳仲碳伯碳+PCH3OC6H5CCOHPCH3OC6H5PhOHPhH2SO4PCH3OC6H5CCPhPCH3OC6H5OPhPCH3OC6H5CCOC6H5OCH3PhPPh72%28%PhCCCH3PhCH3OPhCCCH3PhCH3OHAc2OPhCCCH3PhCH3OHOHH2SO4PhCCCH3PhCH3OH羟基位于脂环环扩大或缩小OHCOHPhPhH2SO4/Et2Or.t.2hOPhPh99%CH3CH3COHOH2H3CH3COHHOHH3CH3COHOHH3CH3CTrans-二醇RCCRRORRCCRRROHYRCCRRROHYNH2XOSO2RY为(三)Semipinacol重排(CH2)nCOHCH2NH2HNO2(CH2)nCH2COTiffeneau环扩大反应1-氨基甲基环烷醇用亚硝酸处理，经重排形成多一个碳的环烷酮的反应，称为Tiffeneau环扩大反应。三、二苯乙醇酸重排二苯基乙二酮类化合物用碱处理，生成二苯乙醇酸的反应称为二苯乙醇酸重排反应。CC6H5C6H5COOOHKOH/C2H5OHC6H5CCC6H5OOC6H5CCC6H5OOC6H5CCOHOC6H5O+OHC6H5CCOHOOC6H5C6H5CCOOOHC6H5ArCCAr'OOArCCOHOHOAr'+HOCCAr'OOHAr迁移能力：吸电子基芳环供电子基芳环OOOHref.COOHOH79%OOKOHHOHOOCHNHNOOOHCOOHH2OCH3O/CH3OH2)1)HNHNOOOOHOHOOCC8H17KOH/C3H7OH.H2OOOC8H17甾体缩环92~100%97%四、Favorski卤代酮重排-卤代酮在亲核碱(NaOH,RONa等)存在的条件下，发生重排得到羧酸盐、酯或酰胺的反应称为Favorski卤代酮重排反应。PhCH2CCH2ClONaOHPhCH2CH2COORO+ROHCOORCOOROROOClOROClOROOCH2ClCPhCH2PhCHCCH3ClOROHPhCH2CH2COORFavorski卤代酮重排应用•大环类化合物的缩合•制备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ClOKOH/C2H5OHCOOH64%(CH3)2CHCHCCH(CH3)2BrOCH3ONaOH/C2H5OHHCOOH(CH3)2CHCHCOOCH3CH(CH3)2OBr1.2.91%83%五、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、酰胺或羧酸的反应称为Wolff重排反应。RCCRONNRCCROCCORRR'OHCHRRCOR'OBr(CH2)9CCHN2ONH3.H2O/AgNO3Br(CH2)9CH2CONH2N2OCH3OHHH3COOCh75%49%RCOOHRCOClCH2N2RCOCHN2RCHCOH2ORCH2COOHCOClCH2COOC2H5CH2N2PhCOOAg/EtOH/TEA1.2.84~92%Arndt-Eistert同系列羧酸的合成反应Arndt-Eistert合成是将一个酸变成它的高一级同系物或转变成同系列酸的衍生物，(如酯或酰胺)的反应。该反应可应用于脂肪族酸和芳香族酸的制备。反应包括下列三个步骤：1.酰氯的形成；2.酰氯和重氮甲烷作用生成重氮酮；3.重氮酮经Wolff重排变为烯酮，再转变为羧酸或衍生物。SOCl2H3COCOOCH3H(CH2)2COOCH32.1.CH2N2H3COCOOCH3HCH2COOH84%第二节从碳原子到杂原子的重排•Beckmann重排•Hofmann重排Curtius重排•Schmidt反应•Baeyer-Villiger重排一、Beckmann重排酮肟类化合物在酸性催化剂的作用下，重排成取代酰胺的反应称为Beckmann重排。CNOHRR'CRONHR'H关注1,2重排构型保留机理Beckmann重排的应用•将酮转变为酰胺•确定酮的结构•扩环成内酰胺化合物•制备仲胺140℃H2SO4NOH+R'NH2RCOOOHHCRONHR'CNOHRR'NHO95%2+2++4++2H2OBrCO3RNH2OHBr2RCONH22CO3+RNH2H2O/OHRNCORCNOBrRCNHBrORCNH2OBr2OH二、Hofmann反应酰胺用溴(或氯)和碱处理转变为少一个碳原子的伯胺的反应称为Hofmann反应或Hofmann降解反应。机理1、供电性R速度快于吸电性R2、重排后R构型保留适用范围:本重排的酰胺包括脂肪、脂环、芳脂、芳香及或杂环等的单酰胺，用以制备各类伯胺。65~71%NNF3CNH2CONH2Br2/KOH0~5,105minNNF3CNH2NCONNF3CNNHOH芳环邻位有-NH2,-OH等亲核试剂时，可成新环72%RCN3ORNCON2三、Curtius重排酰基叠氮化合物在惰性溶液中加热分解为异氰酸酯的反应称为Curtius重排反应。1、烃基迁移与脱氮同时发生2、迁移基构型保留机理PhCOOH1.2.ClCOOC2H5NaN3PhCON3PhNH2.HClH2O/H1.2.76~81%Curtis重排的应用引入氨基-COOH-NH2酰基叠氮的制备方法RCOOHHN3H2SO4RNH2CO2N2+++1、机理与Curtuis重排类似2、构型保留3、位阻胺的制备四、Schmidt反应包括三类反应：1、羧酸和叠氮酸在硫酸或Lewis酸的催化下，得到比原来羧酸少一个碳原子伯胺。COOHNH2NaN3/H2SO4OH1.2.HOOCCOOHCH3CH3NaN3/H2SO4/CHCl3HOOCNH2CH3CH325℃,2.5h60~80%(位阻大者易反应)87%RCHOHN3H2SO4++RCNRNHCHOH2O和N2+3、酮类和叠氮酸在硫酸的催化作用下生成酰胺。2、醛类和叠氮酸在硫酸的催化作用下生成腈类和胺类的甲酰基衍生物RCONH2Br2OHRNH2++4RCON3RNCOHRNH2N2H+RNH2HN3RCOOH操作简便收率较高Schimidt重排Hofmann降解Curtius重排制备胺的重排反应RCR'OC6H5COOOHRCOR'ORCR'ORCOR'O+C6H5CO3HHCRR'OHOOCC6H5OHCRR'OHOOCC6H5HORCOHOR'H机理五、Baeyer-Villiger反应酮类用过氧酸(如过氧乙酸、过氧三氟醋酸等)氧化，在烃基与羰基之间插入氧原子而成酯的反应称为Baeyer-Villiger反应。HCOCH3C6H5CO3H/CHCl3HOCOCH3CH3CO3HClClCOCH3ClClOCOCH31、迁移基团的构型保持不变2、迁移能力：叔烷基环己基、仲烷基、苄基、苯基伯烷基甲基81%80%CH3CO3HCONO2HAcOCONO295%OOCF3CO3H/CHCl3O近双键有利56%供电子环有利后发现廉价、方便的H2O2/HOAcOH2O2/HOAc50℃,4hOOOH2O2/HOAc50℃,2hOO85~90%90~95%第三节从杂原子到碳原子的重排•Steven重排•Sommelet-Hauser重排•Wittig重排YCHR碱BBHYCRYCR机理关注1,2重排烯丙基结构构型保留一、Stevens重排季铵盐分子中连于氮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。ACHNR3R2R1NaNH2ACH2NR2R2R1A为：常用的碱为NaOH,RONa,NaNH2,CH3SO-CH2Na等RCOROCOCH2CHAr及等,,R2NCH2AR1R3:BR2NCHAR1R3NCHAR1R2R3•为分子内重排•迁移基构型保持机理1、1,2-迁移2、构型保留3、五元环要求Stevens重排的应用由季铵盐制得烃基叔胺制备缩环或螺环化合物N(CH3)2CH2PhCH3ONaCH3OH(CH3)2NCH2PhNCCH2PhCCH2CHCH2.BrKOHCH3OHPhCCCHCH2CHCH2N(~100%)二.Sommelet-Hauser重排苄基季铵盐经氨基钠或钾处理后，重排生成邻甲基苯甲基叔胺的反应称为Sommelet-Hauser苄基季铵盐重排反应。CH2N(CH3)3.XNaNH2CH2N(CH3)2CH3CH2N(CH3)3.INaNH2CH2N(CH3)2CH3NH3CHNCH3CH3CH3CH2NCH3CH3CH2CH2CH2NCH3CH3H90~95%机理五元环要求.BrNCH3CH2PhPhLi/Bu2O120℃NaNH2/NH3-33℃NCH3CH2PhNCH3CH3Sommelet-Hauser与Stevens重排低温：Sommelet-Hauser高温：Stevens共同点：季铵盐负碳季铵内翁盐重排Sommelet-Hauser重排的用途•制备邻甲芳基化合物NaNH2NH3CH3CH2N(CH3)3.XCH3CH3CH2N(CH3)2CH3CH3CH3CH3CH3COOHCH3CH3CH3(CH3)2NCH2NCH2N(CH3)2CH3CH3NaNH2NH3.XNCH2N(CH3)3CH3OCH3CH2N(CH3)2.XOCH2N(CH3)3NaNH2NH379%76%三、Wittig醚重排醚类化合物和烷基锂或氨基钠作用重排生成醇的反应，称为Wittig重排反应。R1CH2OR2R3LiCHOHR1R2R1CH2OR2R3LiR1CHOR2LiCHOLiR1R2CHOHR1R2机理•烃基构型一般保留基团的迁移能力：CH2=CH-CH2,C6H5CH2-CH3-,CH3CH2-,p-NO2C6H4Ph-定义：协同反应中，一个原子或基团从起点原子上的-键越过共轭的电子系统，迁移到分子内的一个新位置上，形成新的键称为-迁移重排。C1MCCmCCCMm2m+1第四节-键迁移重排迁移重排的命名迁移重排可用数字i,j予以分类，i,j分别代表迁移起点原子和终点原子的编号，称作[i,j]键迁移重排。CHH2CCH2H321CHH2CCH2H[1,3]迁移54321CH3H3CH3CCH3[1,5]迁移CCCCCCCCCC