04第四章 重排反应
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▲ 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 ▲ -键迁移重排
三、重排主要过程 1、“桥离子”形式过渡态； 2、同步(协同)历程. 四、重排反应的应用 ▲ 形成C-C、C-N、C-O键 ▲ 定向引入官能团 ▲ 形成环状化合物
第一节
一、概述
亲核重排反应
(Nucleophilic Rearrangement)
(2)反应条件
a.常规反应条件：低温(0℃左右)，卤素加至NaOH溶 液中，制得次卤酸盐水溶液，冷却后将酰胺分批加 入，溶解，加热至70~80℃，重排，水解得伯胺。 b.不同链长脂肪酰胺的反应条件：
i、8个C原子以下的脂肪酰胺，因能形成水溶性的卤酰胺盐， 在NaOH水溶液中重排；ii、多于8个C原子的脂肪酰胺，因在 NaOH水溶液生成的异氰酸酯易和未重排的卤酰胺反应，生 成烷基酰脲，使伯胺收率降低，故宜在醇钠溶液中重排，生 成易分离的氨基甲酸酯，收率较高。
H2C H2C
CO2Et NH2 .
EtOH
3、Pinacol重排(邻二叔醇重排)
连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。
R1 R3 R2 C C R4 OH OH R1 R2 C C R4 R3 O
H
(1)反应机理
R
R
R C C R OH OH R C R R
OH N
Only E-Typ
CH3 O H X C H2 NH2OH HCl X N H CH2 O H
X = NO2, E: 100% X = OCH3, E: 65%, Z: 35%
(3)影响重排产物的因素
除溶剂性质外，酸性催化剂、反应温度以及酮肟 结构等对重排有影响： a.在非极性或极性小的非质子溶剂中，用PCl5催化， 可减少肟的异构化，否则易引起异构化；
N F3 C N CONH2 NH2 Br2/KOH 0~5, 105min N F3 C N F3 C N N OH N H
72%
N C O N NH2
d.双酰胺衍生物可得多种结构的重排产物
H2C CONH2 H2C CONH2 H N
NaOBr / OH H2O
H2C N C O H2C O NBr
支持上述机理的实验(2)：
R''OH(ArOH) NH2R'' HN3 (Ar)R''O R R C N R' R''HN R R C C C N N N N N N R' R' R'
O R C N R' R C N H R'OH R C H N R'
(2)肟的立体异构化
由于Beckmann重排中迁移基团位于肟羟基反位， 故当肟基C原子上连有不同烃基时，会有Z /E异构体， 重排后产物酰胺也为混合物，这是不希望的结果。 为此，应了解造成肟异构化的可能性：
1、亲核重排的一般反应过程
分为三步(见下图)：形成缺电中心；转移基团W从 A到B迁移(Whitmore 1,2-转移)，形成新缺电中心； 亲核试剂进攻或消除，得重排产物。
W A B L -L I W A B II A W B 消除 Y YA A B B W W
2、两种最重要的形成缺电中心的途径： (1)形成碳正离子 途径较多，最常用的方法是酸催 化，如对醇的处理：
第四章 重排反应
(Rearrangement Reaction)
中国药科大学 姚其正
引言
一、定义：
受试剂或介质等条件的影响，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,使分子内结构发 生变化，如构架发生改变而形成一个新 的分子的反应称为重排反应(或称分子重 排)。
二、重排类型 1、按终点原子电荷分类
R C C OH H R C C OH2 R C C
(2)形成乃春(Nitrene,氮烯，氮宾) 如酰基叠氦化 物分解形成乃春(其N原子上仅有6个电子，而缺电 子 )：
R C O N N N R C O N + N2
3、重排中的立体化学
(1)迁移基W的构型 一般的1,2-亲核重排，由于迁移基W并不成为游 离的阴离子，这样重排前后可保持原有的构型。 (2)关于起点A和终点B的构型 这由重排机理中三个分步反应的方式来决定： a、若按SN1反应机理形成B+，则A、B两端(因可旋 转)而发生消旋； b、若重排过程的第一、二步是协同的，即按SN2机 理形成中间态桥式正离子，重排结果是：B点发生构 型反转，A点消旋； c、若X-或Y-负离子直接向桥式正离子中的A点进攻， 则A、B均发生构型反转。
CH3
unstable state
(4)Beckmann重排的应用
a.将酮转变为酰胺 b.确定酮的结构 c.扩环成内酰胺化合物
H3CO
O
LiAlH4
H3CO
O CH3 N H
85%
CH3 N OH
Et2O, refl. 24 h
O
d.制备仲胺
H3C C N OH LiAlH4 AlCl3 THF Ph Ph OH LiAlH
◆ 缺电子重排(亲核重排，或称阴离子 型迁移重排，Anionotropic rearrangement)； ◆ 富电子重排(亲电重排，或称阳离子 型迁移重排，Cationotropic rearrangement)； ◆ 自由基重排(Radical rearrangement).
2、按重排过程起、终原子的性质等 分类
OH N 80~85% H2SO4 H N O
t oC y% 120 75 140 95 160 85
c.酮肟结构对反应速度的影响
CH3 R COCH3 CH3
NH2OH HCl
CH3
NH2OH HCl
R
quick
CH3 CH3 N R C CH3 CH3 OH
NHCOCH3 R
H3C C H3C N
NHCH2CH3
C N
4
AlCl3
Et2O
PhCH2NHPh
e.在二苯酮肟中，若亲核性的羟基或氨基位于肟基 邻位，则酸性重排时会产生苯并杂环衍生物：
Ph C N
OH
H -H2O
Ph (H2N)HO
C
N
-H
N Ph O N Ph N H
OH(NH2)
2、Hofmann重排(酰胺-胺重排)
酰胺用溴(或氯)和碱处理转变为少一个碳 原子(失去羰基)的伯胺的反应，称为 Hofmann酰胺-胺重排，或称为Hofmann降解 反应(Hofmann Degradation)。
二、重要的亲核重排反应
1、肟-酰胺重排(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。
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R R'
C N
OH
H
O R C NHR'
(1)重排机理：
R C R' R C OH R C N R' N R' N OH H
反式迁移
R C R' H2O R δ+ N
a.在质子极性溶剂中易发生异构化
R C R' N OH R H R' R C R' N C N H R' OH R C N OH H
E (R<R')
Z
OH
-H
b.在酮的肟化过程中发生异构化
取决于构型稳定性和肟结构的立体与电子效应， 常规是：位阻大的烃基常处于肟羟基的反位(E式)， 当位阻足够大时，即使在极性溶剂中也仅为单一E式 肟。
H2O -HOBr
O NH NH2CH2CH2CO2H ,
O CONH2 (CH2)4 CONH2
NaOBr / OH H2O
NH2 (CH2)4 NH2 ,
e.邻苯二甲酰亚胺与丁二酰亚胺的Hofmann 重排产物：
O NH O O NH O
B12 / EtO
NaOCl / OH
NH2 COOH ,
Ph Ph C OH
Ph
CH3 C CH3 OH
CH3 O
CH3 C CH3
(3) 羟基位于脂环上，重排环扩大或缩小
OH OH C Ph Ph
H2SO4/Et2O r.t.2h Ph Ph
99%
O
H3C H3C
OH H
H3C H3C
OH2
OH H3C H3C OH H
OH CH3 CH3C O
R H C Y CONH2 R H C Y NH2 RCHO Y = OH, X, NH2 C H NH2 RCHO
RHC
CHCONH2
RHC
若α,β-位含炔键的酰胺，重排则得腈类：
RC CCONH2 RCH2CN
c.芳环邻位有-NH2、-OH等亲核基团时，形成异氰 酸酯中间体可进行分子内环合，形成新杂环：
δ+ OH2
R -H2O C R' N R' -H N
OH2 C O R C H N R'
支持上述机理的实验(1)：
Ph C Ph O Ph C SO2Ph H2O N Ph -PhSO3H Ph C N OH PhSO2Cl Py., r.t. Ph O H N Ph Ph C N OSO2Ph Slow O Ph C N Ph SO2Ph
(4) Semipinacol重排
R R R C C R OH Y
Y
R R R C C R OH
NH2 X OSO2R
H3C CH H3C Ph HCl/AcOH H3C CH H3C Ph H2 C C N OH CH3 PhC O NHCH2CH CH3 H2 C C N OH H3C Et2O PCl5 H3C O CH H2 C C NHPh
b.反应温度
温度对产品性质、收率，催化剂与溶剂选择均 有密切关系，如用PCl5作Cat.时，反应温度常为室 温，硫酸或PPA作Cat.时，常需在100~150℃之间反 应。
H
C 6H5OCH3 Ph
P
P
C C O Ph C 6H5OCH3 P + 94% Ph CH3OC 6H5 C C Ph
6%
O C 6H5OCH3 p
b.不对称的连二乙醇
R1 R1 C
R2 C R2
OH OH
☆ 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； ☆ 与基团迁移能力的大小无关。
R N C + R O R H N C O C O H N C O R H2O N X R N C O X N C O R H2O -HOX
RNH2 + RCONH2 + CO2
c.溴用量对产物的影响
新配制的次溴酸盐水溶液含量为80~90%，需用的 溴过量10~20%。若溴与碱过量过大，会使生成的伯 胺氧化成腈。对不易氧化成腈的伯胺(如苯胺)，过量 溴与碱可促进反应速度和收率的提高。
CH3 CH3 Ph C C Ph OH OH
H
H3C C O
CH3 C Ph + Ph C Ph O
CH3 C CH3 Ph
主产物
次产物
OH Et C Me
OH C Me Et H
O MeC C(Et)2 Me + (Me)2C Et
O C Et
1 : 4
Ph Ph P CH3OC 6H5 C C C 6H5OCH3 OHOH P
RCONH2 + Br2 + 4 OH
2 RNH2 + CO3
+ 2 Br + 2 H2O
(1)反应机理
R C O NH2
Br2
R
C O
NHBr
OH
R
C O
N
Br
-Br slow
H2O/ OH
R
NH2
+ CO32
R
C O
N
R
N
C
O
R'OH
R
NHCOOR'
氨基甲酸酯
▼ ▼
供电性R速度快于吸电性R； 重排后R保留原来手性.
RCH2NH2 + 2 OX NO2 RCN + 2 X + H2O NO2
O2N
CONH2
O 2N
NH2
(3)酰胺结构对反应的影响
a.适于Hofmann降解反应的酰胺范围：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；其中低于8个C原子的脂肪酰胺重排为伯胺收率 均高； b.脂肪酰胺基α-位有-NH2、-OH、卤素、α,β-不饱和 键时，重排和水解生成不稳定的胺或烯胺，会进一步 水解，生成醛；
P CH3OC 6H5 Ph H2SO4 P CH3OC 6H5 C C Ph OH OH P CH3OC 6H5 P CH3OC6H5 C Ph + P CH3OC 6H5 C O 28% C Ph O Ph C Ph C 6H5OCH3 P
72%
CH3 Ph H2SO4 Ph C C CH3 Ph C Ac O 2 OH OH Ph Ph C C CH3
H
R C H O
H
R R C C R O H R R C O C R R
R
(2)邻二叔醇结构与取代基迁移能力对重排反 应的影响
a.对称的连二乙醇 两个C原子形成正碳离子 机会一样
R2 R1 C
R2 C R1
OH OH
实验表明基团迁移能力有如下规律： 芳基>烃基； 供电子取代芳基>吸电子取代芳基； Ph>>Me>Et.
三、重排主要过程 1、“桥离子”形式过渡态； 2、同步(协同)历程. 四、重排反应的应用 ▲ 形成C-C、C-N、C-O键 ▲ 定向引入官能团 ▲ 形成环状化合物
第一节
一、概述
亲核重排反应
(Nucleophilic Rearrangement)
(2)反应条件
a.常规反应条件：低温(0℃左右)，卤素加至NaOH溶 液中，制得次卤酸盐水溶液，冷却后将酰胺分批加 入，溶解，加热至70~80℃，重排，水解得伯胺。 b.不同链长脂肪酰胺的反应条件：
i、8个C原子以下的脂肪酰胺，因能形成水溶性的卤酰胺盐， 在NaOH水溶液中重排；ii、多于8个C原子的脂肪酰胺，因在 NaOH水溶液生成的异氰酸酯易和未重排的卤酰胺反应，生 成烷基酰脲，使伯胺收率降低，故宜在醇钠溶液中重排，生 成易分离的氨基甲酸酯，收率较高。
H2C H2C
CO2Et NH2 .
EtOH
3、Pinacol重排(邻二叔醇重排)
连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。
R1 R3 R2 C C R4 OH OH R1 R2 C C R4 R3 O
H
(1)反应机理
R
R
R C C R OH OH R C R R
OH N
Only E-Typ
CH3 O H X C H2 NH2OH HCl X N H CH2 O H
X = NO2, E: 100% X = OCH3, E: 65%, Z: 35%
(3)影响重排产物的因素
除溶剂性质外，酸性催化剂、反应温度以及酮肟 结构等对重排有影响： a.在非极性或极性小的非质子溶剂中，用PCl5催化， 可减少肟的异构化，否则易引起异构化；
N F3 C N CONH2 NH2 Br2/KOH 0~5, 105min N F3 C N F3 C N N OH N H
72%
N C O N NH2
d.双酰胺衍生物可得多种结构的重排产物
H2C CONH2 H2C CONH2 H N
NaOBr / OH H2O
H2C N C O H2C O NBr
支持上述机理的实验(2)：
R''OH(ArOH) NH2R'' HN3 (Ar)R''O R R C N R' R''HN R R C C C N N N N N N R' R' R'
O R C N R' R C N H R'OH R C H N R'
(2)肟的立体异构化
由于Beckmann重排中迁移基团位于肟羟基反位， 故当肟基C原子上连有不同烃基时，会有Z /E异构体， 重排后产物酰胺也为混合物，这是不希望的结果。 为此，应了解造成肟异构化的可能性：
1、亲核重排的一般反应过程
分为三步(见下图)：形成缺电中心；转移基团W从 A到B迁移(Whitmore 1,2-转移)，形成新缺电中心； 亲核试剂进攻或消除，得重排产物。
W A B L -L I W A B II A W B 消除 Y YA A B B W W
2、两种最重要的形成缺电中心的途径： (1)形成碳正离子 途径较多，最常用的方法是酸催 化，如对醇的处理：
第四章 重排反应
(Rearrangement Reaction)
中国药科大学 姚其正
引言
一、定义：
受试剂或介质等条件的影响，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,使分子内结构发 生变化，如构架发生改变而形成一个新 的分子的反应称为重排反应(或称分子重 排)。
二、重排类型 1、按终点原子电荷分类
R C C OH H R C C OH2 R C C
(2)形成乃春(Nitrene,氮烯，氮宾) 如酰基叠氦化 物分解形成乃春(其N原子上仅有6个电子，而缺电 子 )：
R C O N N N R C O N + N2
3、重排中的立体化学
(1)迁移基W的构型 一般的1,2-亲核重排，由于迁移基W并不成为游 离的阴离子，这样重排前后可保持原有的构型。 (2)关于起点A和终点B的构型 这由重排机理中三个分步反应的方式来决定： a、若按SN1反应机理形成B+，则A、B两端(因可旋 转)而发生消旋； b、若重排过程的第一、二步是协同的，即按SN2机 理形成中间态桥式正离子，重排结果是：B点发生构 型反转，A点消旋； c、若X-或Y-负离子直接向桥式正离子中的A点进攻， 则A、B均发生构型反转。
CH3
unstable state
(4)Beckmann重排的应用
a.将酮转变为酰胺 b.确定酮的结构 c.扩环成内酰胺化合物
H3CO
O
LiAlH4
H3CO
O CH3 N H
85%
CH3 N OH
Et2O, refl. 24 h
O
d.制备仲胺
H3C C N OH LiAlH4 AlCl3 THF Ph Ph OH LiAlH
◆ 缺电子重排(亲核重排，或称阴离子 型迁移重排，Anionotropic rearrangement)； ◆ 富电子重排(亲电重排，或称阳离子 型迁移重排，Cationotropic rearrangement)； ◆ 自由基重排(Radical rearrangement).
2、按重排过程起、终原子的性质等 分类
OH N 80~85% H2SO4 H N O
t oC y% 120 75 140 95 160 85
c.酮肟结构对反应速度的影响
CH3 R COCH3 CH3
NH2OH HCl
CH3
NH2OH HCl
R
quick
CH3 CH3 N R C CH3 CH3 OH
NHCOCH3 R
H3C C H3C N
NHCH2CH3
C N
4
AlCl3
Et2O
PhCH2NHPh
e.在二苯酮肟中，若亲核性的羟基或氨基位于肟基 邻位，则酸性重排时会产生苯并杂环衍生物：
Ph C N
OH
H -H2O
Ph (H2N)HO
C
N
-H
N Ph O N Ph N H
OH(NH2)
2、Hofmann重排(酰胺-胺重排)
酰胺用溴(或氯)和碱处理转变为少一个碳 原子(失去羰基)的伯胺的反应，称为 Hofmann酰胺-胺重排，或称为Hofmann降解 反应(Hofmann Degradation)。
二、重要的亲核重排反应
1、肟-酰胺重排(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。
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R R'
C N
OH
H
O R C NHR'
(1)重排机理：
R C R' R C OH R C N R' N R' N OH H
反式迁移
R C R' H2O R δ+ N
a.在质子极性溶剂中易发生异构化
R C R' N OH R H R' R C R' N C N H R' OH R C N OH H
E (R<R')
Z
OH
-H
b.在酮的肟化过程中发生异构化
取决于构型稳定性和肟结构的立体与电子效应， 常规是：位阻大的烃基常处于肟羟基的反位(E式)， 当位阻足够大时，即使在极性溶剂中也仅为单一E式 肟。
H2O -HOBr
O NH NH2CH2CH2CO2H ,
O CONH2 (CH2)4 CONH2
NaOBr / OH H2O
NH2 (CH2)4 NH2 ,
e.邻苯二甲酰亚胺与丁二酰亚胺的Hofmann 重排产物：
O NH O O NH O
B12 / EtO
NaOCl / OH
NH2 COOH ,
Ph Ph C OH
Ph
CH3 C CH3 OH
CH3 O
CH3 C CH3
(3) 羟基位于脂环上，重排环扩大或缩小
OH OH C Ph Ph
H2SO4/Et2O r.t.2h Ph Ph
99%
O
H3C H3C
OH H
H3C H3C
OH2
OH H3C H3C OH H
OH CH3 CH3C O
R H C Y CONH2 R H C Y NH2 RCHO Y = OH, X, NH2 C H NH2 RCHO
RHC
CHCONH2
RHC
若α,β-位含炔键的酰胺，重排则得腈类：
RC CCONH2 RCH2CN
c.芳环邻位有-NH2、-OH等亲核基团时，形成异氰 酸酯中间体可进行分子内环合，形成新杂环：
δ+ OH2
R -H2O C R' N R' -H N
OH2 C O R C H N R'
支持上述机理的实验(1)：
Ph C Ph O Ph C SO2Ph H2O N Ph -PhSO3H Ph C N OH PhSO2Cl Py., r.t. Ph O H N Ph Ph C N OSO2Ph Slow O Ph C N Ph SO2Ph
(4) Semipinacol重排
R R R C C R OH Y
Y
R R R C C R OH
NH2 X OSO2R
H3C CH H3C Ph HCl/AcOH H3C CH H3C Ph H2 C C N OH CH3 PhC O NHCH2CH CH3 H2 C C N OH H3C Et2O PCl5 H3C O CH H2 C C NHPh
b.反应温度
温度对产品性质、收率，催化剂与溶剂选择均 有密切关系，如用PCl5作Cat.时，反应温度常为室 温，硫酸或PPA作Cat.时，常需在100~150℃之间反 应。
H
C 6H5OCH3 Ph
P
P
C C O Ph C 6H5OCH3 P + 94% Ph CH3OC 6H5 C C Ph
6%
O C 6H5OCH3 p
b.不对称的连二乙醇
R1 R1 C
R2 C R2
OH OH
☆ 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； ☆ 与基团迁移能力的大小无关。
R N C + R O R H N C O C O H N C O R H2O N X R N C O X N C O R H2O -HOX
RNH2 + RCONH2 + CO2
c.溴用量对产物的影响
新配制的次溴酸盐水溶液含量为80~90%，需用的 溴过量10~20%。若溴与碱过量过大，会使生成的伯 胺氧化成腈。对不易氧化成腈的伯胺(如苯胺)，过量 溴与碱可促进反应速度和收率的提高。
CH3 CH3 Ph C C Ph OH OH
H
H3C C O
CH3 C Ph + Ph C Ph O
CH3 C CH3 Ph
主产物
次产物
OH Et C Me
OH C Me Et H
O MeC C(Et)2 Me + (Me)2C Et
O C Et
1 : 4
Ph Ph P CH3OC 6H5 C C C 6H5OCH3 OHOH P
RCONH2 + Br2 + 4 OH
2 RNH2 + CO3
+ 2 Br + 2 H2O
(1)反应机理
R C O NH2
Br2
R
C O
NHBr
OH
R
C O
N
Br
-Br slow
H2O/ OH
R
NH2
+ CO32
R
C O
N
R
N
C
O
R'OH
R
NHCOOR'
氨基甲酸酯
▼ ▼
供电性R速度快于吸电性R； 重排后R保留原来手性.
RCH2NH2 + 2 OX NO2 RCN + 2 X + H2O NO2
O2N
CONH2
O 2N
NH2
(3)酰胺结构对反应的影响
a.适于Hofmann降解反应的酰胺范围：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；其中低于8个C原子的脂肪酰胺重排为伯胺收率 均高； b.脂肪酰胺基α-位有-NH2、-OH、卤素、α,β-不饱和 键时，重排和水解生成不稳定的胺或烯胺，会进一步 水解，生成醛；
P CH3OC 6H5 Ph H2SO4 P CH3OC 6H5 C C Ph OH OH P CH3OC 6H5 P CH3OC6H5 C Ph + P CH3OC 6H5 C O 28% C Ph O Ph C Ph C 6H5OCH3 P
72%
CH3 Ph H2SO4 Ph C C CH3 Ph C Ac O 2 OH OH Ph Ph C C CH3
H
R C H O
H
R R C C R O H R R C O C R R
R
(2)邻二叔醇结构与取代基迁移能力对重排反 应的影响
a.对称的连二乙醇 两个C原子形成正碳离子 机会一样
R2 R1 C
R2 C R1
OH OH
实验表明基团迁移能力有如下规律： 芳基>烃基； 供电子取代芳基>吸电子取代芳基； Ph>>Me>Et.