有机化学重排反应

第五章重排反应Chapter5:RearrangementReactionOH第五章重排反应定义:同一分子内部一个原子重排到另一个原子,形成新分子。A:重排起点原子,B:重排终点原子,W:重排基团分类:离子型机理（亲核重排,亲电重排）自由基重排周环机理重排（σ-键迁移重排）AWBABW第一节从碳原子到碳原子的重排一Wangner-Meerwein重排一、Wangner-Meerwein重排醇或卤代烃在酸催化下进行亲核取代或消除反应时烯烃进行亲电加成时发生的重排R2CR3R1COHR4R5R2CR3R1CR4R5R1CR2CR3R4R5R1CR2CR3R4R5OHH+(-H2O)重排H2O(-H+)发生的重排第一节从碳原子到碳原子的重排一Wangner-Meerwein重排1形成C+形式(CH3)3C-CH2Cl(CH3)3C-CH2+AgClAg(AgNO3)(CH3)3C-CH2N2Cl-N2(CH3)3C-CH2(CH3)3C-CH3NH2NaNO2HCl△(CH3)3C-CH2OH(CH3)3C-CH2=CH2(CH3)3C-CH2(CH3)3C-CH-CH3H+-H2OH+(a)卤代烃Ag+AlCl3(b)含-NH2,重氮化放氮(c)-OH,加H+(-H2O)第一节从碳原子到碳原子的重排一Wangner-Meerwein重排2迁移基团迁移顺序ClR3C-R2CH-RCH3-CH3-H-＞＞＞＞＞＞OCH3＞第一节从碳原子到碳原子的重排一Wangner-Meerwein重排苯的迁移速度为甲基的3000倍CCH3CH2ClH3CH3CCCHCH3H3CCCH2CH3Ag+H3CCCH3CH2ClCH3H3CCCH3CH2CH3H3CCCH3CHCH3Ag+PhCCH3CH3HCCH3OTsH3CCCH3HCCH3Ph△∨∨第一节从碳原子到碳原子的重排一Wangner-Meerwein重排反应实例H3CHCCH3BrH3CCH2CH2BrH3CCH2CH2H3CCHCH3AgNO3BrOCH2OHOCH2OOH(H3C)3CHCCH3OHH3CCH3CCCH3CH3H3CCHH3CCH3CCH2(H3C)3CCHCH2(H3C)3CCHCH3(H3C)2CCH(CH3)261%31%3%△第一节从碳原子到碳原子的重排一Wangner-Meerwein重排OHNHTsOPPh3NHTsPh3P/DEADNHTsNHTsNHTs-Ph3P=O第一节从碳原子到碳原子的重排二频纳醇重排（Pinacol）二Pinacol邻二醇（或邻二官能团）合成酮的方法RCCRROHROHRCCRORRH+机理:RCCRROHROHH+RCCRROHRRCCROHRRRCCROHRRH+RCCRORR-H+第一节从碳原子到碳原子的重排二频纳醇重排（Pinacol）1四取代乙二醇R2CCR2R1OHR1OHPhCCPhCH3OHCH3OHPhCCCH3PhCH3OH2SO4冷却迁移基团电荷密度越高越有利于迁移(a)四个取代基相同,单一产物(b)对称得单一产物第一节从碳原子到碳原子的重排二频纳醇重排（Pinacol）(C)RCCRROHROH''PhCCCH3PhOHOHCH3PhCCCH3PhOHCH3PhCCCH3PhCH3OPhCCCH3PhOHOAcPhCCPhOCH3PhCH3H2SO4冷却Ac2O/ZnCl2第一节从碳原子到碳原子的重排二频纳醇重排（Pinacol）(d)R1CCR3R2OHHOHPhCCPhPhOHOHPhCHCPhOPhHPhCCPhPhOHHH+(少)(A)①②PhCHCPhPhO(B)HPhCCHPhOPh(C)草酸PhCHCPhOHH不稳定PhCHCPhOHPhPhCHCPhOPh(A)A:B:C=88.3/11.7/0(条件:浓硫酸)A:B:C=42.1/45.3/12.6(条件:：草酸）第一节从碳原子到碳原子的重排二频纳醇重排（Pinacol）(e)羟基位于脂环上的连乙二醇HOROHROHPhPhOPhPh第一节从碳原子到碳原子的重排二频纳醇重排（Pinacol）Semipinacol重排RCCRROHRYRCCRROHRCHCPhOHPhNH2ClCHCPhOHPhClCHCPhOPhClHNO2OOHCH2NO2CH2NH2HOOCH2HO+CH3NO2OH[H]/NiHNO2第一节从碳原子到碳原子的重排三、二苯基乙二酮——二苯乙醇酸型重排三、二苯基乙二酮——二苯乙醇酸型重排ArCCArOOArCCOKOHOArKOH△机理：ArCCArOOOHArCCArOOOHArCCOOOHArArCCOOHOAr第一节从碳原子到碳原子的重排三、二苯基乙二酮-二苯乙醇酸型重排特点：①碱（无机碱醇溶液），若有机碱（CH3ONa,t-BuOK)得酯ArCCOROHOArCCOOGG为吸电子基时,G所在的芳环迁移（实际产物为混合物）CCOOGOH②酮的结构第一节从碳原子到碳原子的重排三、二苯基乙二酮-二苯乙醇酸型重排应用实例：CCOCH3OCH3OOOCH32OHCCOOHKOH/n-BuOH/H2O回流94%CH2COOHCCCH2COOHOO(HOOCCH2)2OHCCOOHKOH/H2O柠檬酸第一节从碳原子到碳原子的重排三、二苯基乙二酮-二苯乙醇酸型重排应用实例：OOOOHCOOHKOH/H2O△SeO2[O]OOHOCOOHKOH/H2O△HCCHOOHCHCOOHOHKOH/H2OH迁移第一节从碳原子到碳原子的重排四Favorski重排四Favorski(法沃尔斯基）重排RCRXCCH3ORCCH3RCOOEtRCCH3RCOOHRCCH3RCNH2OEtONa/EtOHNaOHNaNH2α-卤代酮的反应α-基团迁移到卤素位置第一节从碳原子到碳原子的重排四Favorskii重排四Favorskii重排机理:RH2CCHCRXO'EtONa(EtO-)RHCCHCRXO'-XRHCHCRCO'EtONaRHCHCRC'OOEtabRHCHCRCOOEt'RH2CHCRCOOEt'a)HRHCHCR'EtOOCRHCH2CR'COOEtb)H第一节从碳原子到碳原子的重排四Favorski重排ClCCH3OOOCOOEtCH2CH2COOEtEtONaEtONaEtOC所连接的取代基越少越稳定主ClO*O**OEtOCOEtOEtONa-ClHEtONaOClCOEtO+**50%50%*第一节从碳原子到碳原子的重排四Favorski重排H3CCCCH3BrBrOBrCH3CCH2COBrCH3CCH2COOEtBrCCH2CH3COOEtH3CCEtOOCCH2EtOEtONaBrBrH3CCH3OBrH3CCH3OBrH3CCH3OOEtBrCH3H3CCOEtOCCH3H3CCOEtOEtOEtO第一节从碳原子到碳原子的重排五Wolff重排和Arndt-Eistert五Wolff（沃尔夫）重排Arndt-Eistertα-重氮酮重排成乙烯酮RCCRNNO'OCCRR'光或热Ag+或Cu2+RCCRO'+N2OCCHRH2OR'OHNH3R'NH2RCH2COOHRCH2COOR'RCH2CONH2RCH2CONHR'第一节从碳原子到碳原子的重排五Wolff重排和Arndt-EistertR'COOHR'COXR'COCH=N2R'CH2COOHCH2N2+制备多一个碳的羧酸H2O阿恩特-埃斯特尔特（Arndt-Eistert）合成第一节从碳原子到碳原子的重排五Wolff重排Arndt-EistertCOClCH2COOHCH2N2PhCOOAg/EtOH多一个碳的酸ON2COCOOHO光H2O第一节从碳原子到碳原子的重排五Wolff重排Arndt-Eistert教材P249NNNNNH2OON2TBSONNNNNH2OTBSOCO2MeNNNNNH2OHOOH光，MeOHNaBH4,EtOH脱保护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异氰酸酯水解则得到胺：Curtius反应实例Schmidt（施密特）反应羧酸、醛或酮分别与等摩尔的叠氮酸(HN3)在强酸(硫酸、聚磷酸、三氯乙酸等)存在下发生分子内重排分别得到胺、腈及酰胺：其中以羧酸和叠氮酸作用直接得到胺的反应最为重要。羧酸可以是直链脂肪族的一元或二元羧酸、脂环酸、芳香酸等；与Hofmann重排、Curtius反应和相比，本反应胺的收率较高。Schmidt反应当R为手性碳原子时，重排后手性碳原子的构型不变：第二节由碳原子到杂原子的重排1Beckmann重排1Beckmann重排醛肟或酮肟在酸性催化剂作用下重排生成取代酰胺的反应RCRNOH'RCNHRO'H机理:RCRNOH'HRCRNOH2'亲核重排RCNR'RCNR'RCONHR'H2ORCOOHR'NH2+第二节由碳原子到杂原子的重排1Beckmann重排(1)催化剂:质子酸H+,H2SO4,HCl,H3PO4非质子酸PCl5,SOCl2,TsCl,AlCl3RCRN'OHRCRNOPCl4PCl5+离去基团RCRN'OHRCRN'OHHR和R'相差不大时,会发生异构化但R=CH3,R'=Ph不会发生异构化用质子酸(极性溶剂中）催化时存在异构化问题第二节由碳原子到杂原子的重排1Beckmann重排(2)肟的结构OCH3NCH3HOH2NOHHNHOCH3脂环酮肟发生扩环反应生成内酰胺PhCHCH3CCH3NOHCH3CONHCHPhCH3*H构型保持率99.6%芳酯酮肟不易发生异构化，得芳胺重派产物第二节由碳原子到杂原子的重排1Beckmann重排CPhNOHOH*CPhN*HONOPh*H应用OCNH2OHHCl+HCOOH/SiO2OCNH第二节由碳原子到杂原子的重排2Hofmann重排2Hofmann重排RCNH2ORNH2NaOXorX2/NaOH酰胺在次卤酸盐（如Br2/NaOH)的作用下，重派后继而水解生成少一个碳原子的伯胺。又叫霍夫曼降级。第二节由碳原子到杂原子的重排2Hofmann重排机理:RCHNOBrRCNH2OBr2-HBrRCNOBrOHRCNO-BrOCNRHOCNRHOHOCHHNROHH2OCO2NH2R+△HOCNROCH3H3COCNHROH3COCOHOHOCH3NH2R+△第二节由碳原子到杂原子的重排2Hofmann重排当酰胺基的α-碳上有羟基、氨基、卤素、烯键时RHCXCONH2RHCXNH2RCOHH2OX=卤素,-OH,-NH2C2H5CC2H5BrCONH2C2H5CC2H5ONaOBrH2OPhHCHCCONH2PhHCCHCONH2PhH2CCHNHPhH2CCHONaOBrH2OH2O第二节由碳原子到杂原子的重排2Hofmann重排PhH2CCCONH2HCH3*PhH2CCNH2HH3C*NaOBr96.5%构型保持当酰胺基的α-碳上有手性，重派后，构型不变第二节由碳原子到杂原子的重排2Hofmann重排当酰胺分子的适当位置有羟基、氨基存在时，可以成环NNCONH2NH2F3CNNNNH2F3CCONaOClNNNHNF3COH第二节由碳原子到杂原子的重排2Hofmann重排CNHCOOCOOHNH2COOHCONH2NaOClRNH2生成伯胺Hoffmann重排RCOOHRCONH2二元酸的酰亚胺：第三节丛杂原子到碳原子的重排一Stevens重排一、Stevens重排季铵盐（α-位有吸电子基）在碱催化条件下，重排生成叔胺的反应（连有活泼亚甲基的季铵盐的重排）NCH2R1R2ZR3BNCHR1R2ZR3NCHR1R2ZR3NCHR1R2ZR3氮叶立德Z=-Ph,-CH=CH2,-C-R'O吸电子基团B:强碱(NaNH2)机理：第三节丛杂原子到碳原子的重排一Stevens重排NH2C=HC-H2CCH2-CH=CH2KOHCH3OHNC-CH=CH2CH2=CH-CH2NaNH2/LiqNH3(C2H