第四章 重排反应

O OH O ref. COOH OH
O
O K OH
HO HO O C
79%
C 8H17 KOH/C3H7OH.H2O C8H17 O HO HOOC O HN O H N O O 2) H2O
O
92~100% 甾体缩环
H N OH COOH O
1)CH3O /CH3OH O HN
97%
O O O O OH-
关注1,2重排 构型保留
一、Beckmann重排 重排 酮肟类化合物在酸性催化剂的作用下， 类化合物在酸性催化剂的作用下 酮肟类化合物在酸性催化剂的作用下，重排成取 酰胺的反应称为 的反应称为Beckmann重排。 重排。 代酰胺的反应称为 重排
R OH C N R'
H
O R C NHR'
机理
Beckmann重排的应用 Beckmann重排的应用 重排的
(CH2)n
C
OH CH2NH2
HNO2
(CH2)n
C
O
CH2
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 二苯基乙二酮类化合物用碱处理，生成二苯 用碱处理 乙醇酸的反应称为二苯乙醇酸重排反应。 乙醇酸的反应称为二苯乙醇酸重排反应。
KOH/C 2H5OH
C6H5 C C C6H5 O O C 6H5 OH C COO C 6H5
OH2
O
99%
H3C H3C
H3C H3C
二醇 OH Trans-二醇
H3C H3C OH H
OH CH3 CH3C O
(三) Semipinacol重排 三 重排
R R R C C R OH Y Y R R R C C R OH
NH2 X OSO2R
R R C C R O R
Y为
OH
OSO2Ar t-BuOK
R C N3 O
机理
N2
R N C O
1、烃基迁移与脱氮同时发生 迁移基构型保留 2、迁移基构型保留
Curtis重排的应用 重排的应用
R1 C C R2 OH OH
羟基离去后碳正离子的稳定性：叔碳 仲碳 仲碳>伯碳 羟基离去后碳正离子的稳定性：叔碳>仲碳 伯碳
P CH3OC6H5 Ph P CH3OC6H5 C C Ph OH OH P CH3OC6H5 P CH3OC6H5 C Ph + P CH3OC6H5 C O C Ph O Ph C Ph C6H5OCH3 P H2SO4
终点碳原子上羟基、卤原子或重氮基等，在质子酸或 终点碳原子上羟基、卤原子或重氮基等，在质子酸或Lewis酸 羟基 酸 离去形成碳正离子， 迁移至该碳原 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 迁移 催化下离去形成碳正离子，其邻近的基团作 同时形成更稳定的起点碳正离子， 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。 重排。 除而生成新化合物的反应称为 重排
NH2 NaNO2/HOAc H3CO H3CO
CH3 CH3
CH3
H3C
OH H H
二、Pinacol重排 重排
邻二醇类化合物在酸催化下，失去一分子水重 二醇类化合物在酸催化下， 在酸催化下 排生成醛或酮的反应，称为Pinacol重排反应。 重排反应。 排生成醛或酮的反应，称为 重排反应 R1 R3 R1 H R2 C C R4 R2 C C R4 OH OH R3 O
• • • •
R R' C N OH OH
将酮转变为酰胺 转变为酰胺 确定酮的结构 扩环成内酰胺化合物 扩环成内酰胺化合物 制备仲胺 制备仲胺
O H R C NHR'
RCOO + R'NH2
N
OH H2SO4 140℃
NH O
95%
二、Hofmann反应 反应
酰Fra Baidu bibliotek用 或氯 或氯)和 处理转变为少一个碳原子 少一个碳原子的 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 反应或Hofmann降解反应。 降解反应。 的反应称为 反应或 降解反应
Cl O
Cl RO O OR O O
COOR
ROH
+ RO COOR
PhCH2 C CH2Cl O PhCH C CH3 Cl O
RO ROH
PhCH2CH2COOR
Favorski卤代酮重排应用 卤
•大环类化合物的缩合 大环类化合物的缩合 大环类化合物的缩 •制备α碳上多烃基取代羧酸衍生物 制备α碳上多烃基取代羧酸衍生物 制备 •合成有张力的脂环烃羧酸衍生物 合成有张力的脂环烃羧酸衍生物 合成有张力的脂环烃
OH H
异冰片
-H CH2 CH2
莰烯
CH3 OTs PhH Ph C CH CH3 * CH3 CH3 * Ph C CH CH2 CH3 H
* H3C C C Ph CH3 CH3 * Ph C C CH3 CH3 CH3 + * H C C C Ph
3
CH3 CH3
CH2 CH3 TsOH CH3 CH3 C6H5 H3C
第四章 重排反应
定义：受试剂或介质的影响， 定义：受试剂或介质的影响，同一有机分子内的一个基团 或原子从一个原子迁移到另一个原子上,使分子构架发生 或原子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称为重排反应。 改变而形成一个新的分子的反应称为重排反应。 重排反应类型(按终点原子电荷分 重排反应类型 按终点原子电荷分) 按终点原子电荷分 缺电子重排 富电子重排 自由基重排 • • • • 从碳原子到碳原子的重排 从碳原子到杂原子的重排 从杂原子到碳原子的重排 σ-键迁移重排 键迁移重排 重排反应的应用 1. 形成 形成C-C、C-N、C-O键 、 、 键 2. 定向引入官能团 3. 形成环状化合物
H2O
RCH2COOH
1. CH2N2 2. PhCOOAg/EtOH/TEA CH2COOC2H5
84~92%
Arndt-Eistert同系列羧酸的合成反应 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 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 如酯或酰胺)的反 物或转变成同系列酸的衍生物，(如酯或酰胺 的反 该反应可应用于脂肪族酸和芳香族酸的制备。 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： 反应包括下列三个步骤： 1.酰氯的形成 酰氯的形成； 1.酰氯的形成； 2.酰氯和重氮甲烷作用生成重氮酮 酰氯和重氮甲烷作用生成重氮酮； 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 重氮酮经Wolff重排变为烯酮， 3.重氮酮经Wolff重排变为烯酮，再转变 为羧酸或衍生物。 为羧酸或衍生物。
C6H5 C C C6H5 + OH O O O O C6H5 C C OH C6H5
C6H5
O C C OH O C6H5
OHO C6H5 C C O C6H5
Ar C C Ar' O O
Ar' Ar C C OH OHO + Ar HO C C Ar' O OH
迁移能力：吸电子基芳环> 迁移能力：吸电子基芳环> 供电子基芳环
O
H
H3C
CH3 CH3 H3C CH3
O
1. CH3NO2/OH 2. H2/Ni
-
OH CH2NH2
NaNO2/HOAc
O
CH2 CH3 TsOH CH3 H3C C6H6
1,2- 迁移是其基本要求
O
OH HO OH
1,2- 迁移是其基本要求
Tiffeneau环扩大反应 环扩大反应
1-氨基甲基环烷醇用亚硝酸处理，经重排形成 氨基甲基环烷醇用亚硝酸处理， 用亚硝酸处理 多一个碳的环烷酮的反应，称为Tiffeneau Tiffeneau环扩 多一个碳的环烷酮的反应，称为Tiffeneau环扩 大反应。 大反应。
主产物
次产物
Ph Ph P CH3OC6H5 C C C6H5OCH3 P OHOH
H
C 6H5OCH3 P Ph C C O Ph C 6H5OCH3 P + Ph P CH3OC6H5 C C Ph O C6H5OCH3 p
94%
6%
2.不对称的连二乙醇 不对称的连二乙醇
R1
R2
重排的方向决定于羟基失去的难易
R C C R O N N R R R'OH R R R C C R O O CH C OR'
C C O
Br(CH2)9 C CHN2 O
NH3.H2O/AgNO3 Br(CH2)9CH2CONH2
49%
O N2
hν CH3OH
H
75%
H3COOC
RCOOH
RCOCl
CH2N2
RCOCHN2
RCH C O COCl
O
COOH Cl KOH/C2H5OH
64%
(CH3)2CH CH C CH(CH3)2 Br O (CH3)2CH CHCOOCH3 CH(CH3)2 O 1. NaOH/C2H5OH Br 2. H
91% 83%
CH3O
COOH
五、Wolff重排 重排
重氮酮在银、银盐或铜存在条件下， 重氮酮在银、银盐或铜存在条件下，或用光照射 在银 或热分解消除氮分子而重排为烯酮 消除氮分子而重排为烯酮， 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、 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。 重排反应。 或羧酸的反应称为 重排反应
第一节 从碳原子到碳原子的重排
1. Wagner-Meerwein重排 重排 2. Pinacol重排 重排 3. 苯偶酰-二苯乙醇酸型重排 苯偶酰 二苯乙醇酸型重排 4. Favorski重排 重排 5. Wolff重排 重排
关注1,2重排 构型保留
一、Wagner-Meerwein重排 重排
COOCH3 CH2COOH 1. SOCl2 2. CH2N2 COOCH3 (CH2)2COOCH3
H H3CO
H H3CO
84%
第二节 从碳原子到杂原子的重排
• • • • Beckmann重排 重排 Hofmann重排 重排Curtius重排 重排 重排 Schmidt反应 反应 Baeyer-Villiger重排 重排
RCONH2 + Br2 + 4 OH + CO2 + 2 Br + 2 H2O RNH2 3
机理
R C NH2 O OH Br2 R C NHBr O
1、供电性R速度快于吸电性 、供电性 速度快于吸电性 速度快于吸电性R 2、重排后 构型保留 构型保留 、重排后R构型
R C N Br O
H2O/OH
72%
28%
CH3 Ph H2SO4 Ph C C CH3 Ph C Ac2O OH OH Ph Ph C C CH3 O
Ph
CH3 C CH3 OH
CH3
Ph Ph C OH
CH3 C CH3
羟基位于脂环→ 羟基位于脂环→环扩大或缩小
OH OH C Ph Ph
OH H
H2SO4/Et2O r.t.2h Ph Ph
HO
Favorski卤 四、Favorski卤代酮重排
卤代酮在亲核碱(NaOH,RONa等)存在的条件 α-卤代酮在亲核碱 卤代酮在亲核碱 等 存在的条件 发生重排得到羧酸盐、 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。 卤 酮重排反应。
PhCH2 C CH2Cl O NaOH PhCH2CH2COO
适用范围: R N C O 适用范围 本重排的酰胺包 括脂肪、脂环、芳脂、 括脂肪、脂环、芳脂、芳香 及或杂环等的单酰胺， 及或杂环等的单酰胺，用以 制备各类伯胺。 制备各类伯胺。 2 RNH2 + CO3
65~71%
芳环邻位有-NH2,-OH等亲核试剂时，可成新环 等亲核试剂时， 芳环邻位有 等亲核试剂时
机理
基团的迁移能力
1.对称的连二乙醇 对称的连二乙醇
R1
R2 R2 C C R1 OH OH
CH3 CH3 Ph C C Ph OH OH
芳基>烃基 芳基 烃基 供电子取代芳基>吸电子取代芳基 供电子取代芳基 吸电子取代芳基
H
H3C C O
CH3 C Ph + Ph C Ph O
CH3 C CH3 Ph
N F3C N CONH2 NH2 Br2/KOH
0~5, 105min N N C O N NH2
F3C N F3C N N
OH N H
72%
三、Curtius重排 重排
酰基叠氮化合物在惰性溶液中加热分解为 酰基叠氮化合物在惰性溶液中加热分解为 化合物在惰性溶液中加热分解 异氰酸酯的反应称为Curtius重排反应。 异氰酸酯的反应称为 重排反应。 重排反应