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第五章重排反应RearrangementReaction•目的要求1、熟悉重排化反应的类型、掌握重要的人名反应及机理。2、了解它们在药物合成中的应用。•教学内容：1.从碳原子到碳原子的重排反应（Wagner-Meerweinrearrangement、Pinacol-rearrangement）。2.从碳原子到杂原子的重排反应（Beckmann、Hofmann、Curtius、Schmidt等人名反应）。3.从杂原子到碳原子的重排反应（Stevens、Sommelet-Hauser、Wittig等重排反应）。4.σ键的[3，3]迁移重排反应（Claisen、Cope重排反应）。•课时安排：（6学时）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第二节从碳原子到碳原子的重排一、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)2迁移基团迁移顺序ClR3C-R2CH-RCH3-CH3-H-＞＞＞＞＞＞OCH3＞反应实例CCH3CH2ClH3CH3CCCHCH3H3CCCH2CH3Ag+苯的迁移速度为甲基的3000倍H3CCCH3CH2ClCH3H3CCCH3CH2CH3H3CCCH3CHCH3Ag+PhCCH3CH3HCCH3OTsH3CCCH3HCCH3Ph△反应实例H3CHCCH3BrH3CCH2CH2BrH3CCH2CH2H3CCHCH3AgNO3BrOCH2OHOCH2OOH(H3C)3CHCCH3OHH3CCH3CCCH3CH3H3CCHH3CCH3CCH2(H3C)3CCHCH2(H3C)3CCHCH3(H3C)2CCH(CH3)261%31%3%△反应实例OHNHTsOPPh3NHTsPh3P/DEADNHTsNHTsNHTs-Ph3P=ORCCRROHROHRCCRORRH+2反应机理:RCCRROHROHH+RCCRROHRRCCROHRRRCCROHRRH+RCCRORR-H+二Pinacol重排1反应通式3Pinacol醇结构对反应的影响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RCCRROHROH''PhCCCH3PhOHOHCH3PhCCCH3PhOHCH3PhCCCH3PhCH3OPhCCCH3PhOHOAcPhCCPhOCH3PhCH3H2SO4冷却Ac2O/ZnCl2(C)不对称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）(d)三取代的邻二叔醇的重排(e)羟基位于脂环上的连乙二醇HOROHROHOHOOHHO-H+HOROHROHCPhPhOPhPh用于扩/缩环RCCRROHRYRCCRROHRCHCPhOHPhNH2ClCHCPhOHPhClCHCPhOPhClHNO2OOHCH2NO2CH2NH2HOOCH2HO+CH3NO2OH[H]/NiHNO24Semipinacol重排ArCCArOOArCCOKOHOArKOH△ArCCArOOOHArCCArOOOHArCCOOOHArArCCOOHOAr三、二苯基乙二酮——二苯乙醇酸型重排1反应通式2反应机理: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①碱：无机碱醇溶液，若有机碱（CH3ONa,t-BuOK)得酯3影响因素：CCOCH3OCH3OOOCH32OHCCOOHKOH/n-BuOH/H2O回流94%CH2COOHCCCH2COOHOO(HOOCCH2)2OHCCOOHKOH/H2O柠檬酸4应用实例：OOOOHCOOHKOH/H2O△SeO2[O]OOHOCOOHKOH/H2O△HCCHOOHCHCOOHOHKOH/H2OH迁移RCRXCCH3ORCCH3RCOOEtRCCH3RCOOHRCCH3RCNH2OEtONa/EtOHNaOHNaNH2α-卤代酮的反应α-基团迁移到卤素位置四Favorski(法沃尔斯基）重排1反应通式RH2CCHCRXO'EtONa(EtO-)RHCCHCRXO'-XRHCHCRCO'EtONaRHCHCRC'OOEtabRHCHCRCOOEt'RH2CHCRCOOEt'a)HRHCHCR'EtOOCRHCH2CR'COOEtb)H2反应机理:ClCCH3OOOCOOEtCH2CH2COOEtEtONaEtONaEtOC所连接的取代基越少越稳定主ClO*O**OEtOCOEtOEtONa-ClHEtONaOClCOEtO+**50%50%*3应用实例：H3CCCCH3BrBrOBrCH3CCH2COBrCH3CCH2COOEtBrCCH2CH3COOEtH3CCEtOOCCH2EtOEtONaBrBrH3CCH3OBrH3CCH3OBrH3CCH3OOEtBrCH3H3CCOEtOCCH3H3CCOEtOEtOEtO五Wolff（沃尔夫）重排Arndt-EistertRCCRNNO'OCCRR'光或热Ag+或Cu2+RCCRO'+N2OCCHRH2OR'OHNH3R'NH2RCH2COOHRCH2COOR'RCH2CONH2RCH2CONHR'α-重氮酮重排成乙烯酮CO2Bu-tON2CO2Bu-tOOMeHNPhON2CO2EtNPhOCO2EtMeMeN2OMeMeCOOMe应用实例：阿恩特-埃斯特尔特（Arndt-Eistert）合成COClCH2COOHCH2N2PhCOOAg/EtOH多一个碳的酸R'COOHR'COXR'COCH=N2R'CH2COOHCH2N2+制备多一个碳的羧酸H2OON2COCOOHO光H2O小结1.结合机理,对片呐醇重排各种情况进行讨论.2.掌握碳正离子形成的几种方法.3.请以Wagner-Meerwein的机理解释影响产物形成的因素.4.能写出后三种重排的正确产物。第三节由碳原子到杂原子的重排RCRNOH'RCNHRO'HRCRNOH'HRCRNOH2'亲核重排RCNR'RCNR'RCONHR'H2ORCOOHR'NH2+一Beckmann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1反应通式2反应机理:RCRN'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(1)催化剂:质子酸H+,H2SO4,HCl,H3PO4非质子酸PCl5,SOCl2,TsCl,AlCl33影响因素：(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，得芳胺酰化产物CPhNOHOH*CPhN*HONOPh*H应用OCNH2OHHCl+HCOOH/SiO2OCNH二Hofmann重排RCNH2ORNH2NaOXorX2/NaOH酰胺在次卤酸盐（如Br2/NaOH)的作用下，重排后继而水解生成少一个碳原子的伯胺。又叫霍夫曼降级。反应机理:RCHNOBrRCNH2OBr2-HBrRCNOBrOHRCNO-BrOCNRHOCNRHOHOCHHNROHH2OCO2NH2R+△HOCNROCH3H3COCNHROH3COCOHOHOCH3NH2R+△当酰胺基的α-碳上有羟基、氨基、卤素、烯键时RHCXCONH2RHCXNH2RCOHH2OX=卤素,-OH,-NH2C2H5CC2H5BrCONH2C2H5CC2H5ONaOBrH2OPhHCHCCONH2PhHCCHCONH2PhH2CCHNHPhH2CCHONaOBrH2OH2OPhH2CCCONH2HCH3*PhH2CCNH2HH3C*NaOBr96.5%构型保持当酰胺基的α-碳上有手性，重排后，构型不变当酰胺分子的适当位置有羟基、氨基存在时，可以成环NNCONH2NH2F3CNNNNH2F3CCONaOClNNNHNF3COHCNHCOOCOOHNH2COOHCONH2NaOClRNH2生成伯胺Hoffmann重排RCOOHRCONH2二元酸的酰亚胺：三Curtius（库尔悌斯）反应异氰酸酯水解则得到胺：酰基叠氮化物在惰性溶剂中加热分解生成异氰酸酯反应机理:应用羧酸、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。四Schmidt（施密特）反应反应机理本反应的机理与Hofmann重排、Curtius反应和Lossen反应机理相似，也是形成异氰酸酯中间体当R为手性碳原子时，重排后手性碳原子的构型不变应用第四节从杂原子到碳原子的重排NCH2R1R2ZR3BNCHR1R2ZR3NCHR1R2ZR3NCHR1R2ZR3氮叶立德Z=-Ph,-CH=CH2,-C-R'O吸电子基团B:强碱(NaNH2)反应机理：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）。NH2C=HC-H2CCH2-CH=CH2KOHCH3OHNC-CH=CH2CH2=CH-CH2NaNH2/LiqNH3(C2H5)3N-CH2=CH-CH2(C2H5)3N-CH-CH=CH2(C2H5)3N-CH-CH=CH2(C2H5)3N-CH2=CH-CH2C2H5C2H5(C2H5)3N-CH2-CH=CH2应用RCOOHRCOClCH2N2RCOCHN2HBrR-CO-CH2BrCH2N(CH3)2CH2NH3CCH3H2CCORNa2CO3重排NCH3CH3HCCORCH2Ph①CH3I②KOHCHPhHCCORZn-HgHClRCH2CH2CH2PhNPhCH3NaNH2PhHNPhCH3NPhCH3烯丙基迁移迁移:烯丙基、苄基、炔丙基、甲基R1CH2OR2RLiCHOHR1R2△R1CH2OR2B：△R1HCOR2R1HCOR2R1CHOR2R1CHOR2R1-CHO+R2LiR1CHOR2分子内分子间同时存在CH2OCHCH3PhPhCHOHPhCHPhCH3n-BuLi＊＊30%保留构型（三元环）70%消旋化：R平面结构从两个方面进攻C=O迁移能力：CH2=CH-CH2-＞C6H5CH2-＞CH3＞C2H5＞p-NO2Ph＞Ph二Witting重排醚类化合物在烃基锂或氨基钠等强碱的作用下醚分子中的一个烷基发生位移生成醇的反应。H