9重排反应

HA
HA
.. ..
R N N OH2
HA
A
.. ..
RNN
R N N + H2O
一般脂肪族伯胺重氮化后形成产物复杂，捷氏反应用途不大。
CH3
CH3 C CH2 H
NH2
HNO2 H
CH3 73%
CH3 C CH3 OH
H2O H
CH3 CH3 CH3
CH3 C CH2 N N N2
H
CH3 C CH3
R NH2
HNO2
R NN
R + N2
.. HO NO + H3O + A
.. H2O NO + H2O
.. 2 H2O + N O
重
H ..
氮
RN+ N O
化
H
H .. OH2 RNN O
H
.. H3O
.. .. R N N O..
H
HA
机 理
.. .. .. RNN O
H
H
HA
.. ..
R N N OH
CH2COOH
柠檬酸
有取代基的不对称芳基乙二酮重排： 取决于中间体的形成
当Z＝吸电子基，取代苯迁移为主
OO
CC
Z
δ δ’
Z = 吸电子基 羰基碳的电正性 δ > δ ’
中间体： Z
OO CC OH
当Z＝给电子基，苯基迁移为主
OO
CC
Z
δ δ’
Z = 给电子基 羰基碳的电正性 δ < δ ’
中间体： Z
Ph C
Ph
O2N NO
O2N
500C
NO2
CH3CHCl2
相对速率：
35
500C 1
700C CCl4 0.15
溶剂中若含有亲核性化合物或者溶剂本身为亲核试剂(如醇、 酚、硫醇、胺、亚磷酸酯等)时，不能重排成酰胺。
原因：亲核试剂与正离子中间体结合
R2
R1
C
TsCl
N OH
R2
R1
C
N OTs
[ R1 C N R2 ]
Me
CN
O
H
Et
注意： 质子酸作催化剂时，会导致异构化而产生酰胺混合物
R
OH H
CN
R'
R
C R'
OH N
H
R'
OH H
CN
R
H
R' C
R
OH N
为避免异构化，可用Lewis酸、酰氯等催化
HO N
CHMe2
Me
Me Lewis 酸
Me 质子酸
O
NH
CHMe2
O
Me
NH
+
CHMe2
NH
O CHMe2
CH3
.. N
OH
E构型
(4) 迁移基构型保持 迁移与离去协同进行
H n-Bu
Et
C*
Me
C
R N
OH
H2SO4 Et2O
H n-Bu
Et
O
C*
C
NH
Me
R
99%光学纯
H Et
n-Bu
CN
Me
O.. SO3H
H
n-Bu
Et
CN Me
O
SO3H
H n-Bu
H n-Bu
Me CN
HO3SO
Et
H2O H2SO4
R3OH R3SH R3NH2 (EtO)3P
OR3 R1 C N R2
SR3 R1 C N R2
NHR3 R1 C N R2
O P(OEt)2 R1 C N R2
OSO2Me N
(EtO)3P/TiCl4
O N P(OEt)2
OSO2Me N
MeSO3
N P(OEt)3
O Et
N P OEt
O3SMe
C
+ H O.. O.. C R
R
R
.. H
O
O
.. .. R C O O.. C R
H
RH
.. H
O
O
.. H O
H O
R
.. ..
H
C O.. O.. C R
R
.. .. C O.. O.. C R
R
R
H
O
O
..
H
..
R C O.. R
R C O.. R
.. H O
.. H O
..
..
R C O.. R + O.. C R
反应机理：
质子酸催化
R
C R'
OH N
H
R
C R'
OH2 N
H2O
.. R C N R'
R C N R'
H
HO C N R'
H
HO
互变异构
C N R'
O
OH2
R C NH R'
R
R
其它催化剂催化，如 PCl5
R
C R'
..
O.. H N
Cl PCl4
HCl
H
HO C
R
N R'
R C
R'
H
OPCl4 N
R NH2 HNO2
R NN
R + N2
(5) 烯的质子化
R CH CH2
H
R CH CH3
亲核重排的两种过程：
分子内的SN1 过程
ZL L
CC
Z CC
Z CC
分子内的SN2过程（邻基参与过程）
Z L
CC
Z CC
L
邻基参与又称邻基促进，迁移基就在离去基附近，有效浓 度高，所以有邻基参与的重排常比没有邻基参与的容易使 离去基离去，重排的速率也大。
乙二酮的制备：安息香缩合－氧化
KCN 2 ArCHO
EtOH/H2O
OH O Ar CH C Ar
[O]
OO Ar C C Ar
安息香缩合机理：
O
CN
Ar C H
O
O Ar C H
H2O
OH Ar C H
OH
OH Ar C
H C Ar
CN - OH
CN
CN
OH O Ar C CH Ar
CN
O OH Ar C CH Ar
OO CC
OH
Cl
OO
CC
*
1. KOH/EtOH 2. H3O
C*OOH
C
+
OH
C* COOH OH
Cl
81%
Cl
17%
CH3O
OO
CC
*
1. KOH/EtOH 2. H3O
CH3O
* COOH
C
+
OH
69% CH3O
*
COOH C
OH
31%
α-芳二酮与格氏试剂(RMgX)发生类似的重排
δ Ar MgX +
OEt
MeSO2OEt
O N P(OEt)2
(2) 离去基的离去性能
肟羟基形成离去基的离去性能越强(离去基碱性越弱)，重排 速度越快
重排速率：
Ph C
Ph
N OSO2Ph >
离去基离去能力(碱性)：
Ph C
Ph
Ph N OCOCH2Cl > Ph C
N OCOCH3
PhSO3 > ClCH2COO > CH3COO
.. H O
H O
.. ..
R C O.. O.. C R
R 离去基
.. H O
.. R C O.. +
R 向缺电子的氧迁移
.. H O .. O.. C R
.. H O
.. H O
..
..
R C O.. R + O.. C R
过氧酸：
CF3CO3H/Na2HPO4 BF3/Et2O/H2O2 m-ClPhCO3H (MCPBA) H2SO5 (过硫酸) PhCO3H
重排 H迁移
H
CH3 C CH2 2%
CH3 CH3 C CH2
H H H2O
CH3
CH3 C CH2 OH H 25%
脂环族伯胺重氮化后产生环扩大或缩小的产物，捷氏反应特别 有价值。
(CH2)n CH
(CH2)n-1 CH CH2
a. 氨基连接在侧链上的伯胺，常发生环扩大反应
CH2NH2
HNO2 H
6、Baeyer-Villiger rearrangerment 拜耶尔-维立格(氧化)重排
约翰·弗雷德里克·威廉·阿道夫·冯·拜尔 1905年诺贝尔化学奖
在酸催化下，醛或酮与过氧酸作用，在烃基与羰基之间插入
氧生成酯的反应。
O RCR
反应机理：
R'CO3H
O RCOR
O
C R
H R
H O
O .. ..
第三章 重排反应
第一节 缺电子重排
1、Wagner-Meerwein重排 大多按SN1机理进行，重排趋势取决于碳正离子的稳定 性
区别？
Байду номын сангаас
CH3 C CH2 Cl
CH3 C CH2
CH3
CH3
H
CH3 C CH
CH3
1,2-Ph迁移
CH3
C CH2 CH3
碳正离子中间体形成的途径：
(1)卤代烷中碳卤键的异裂
酰氯： POCl3 PCl5 SOCl2 MeSO2Cl PhSO2Cl
其它： Zeolite
Silicalite-1 Supercrit H2O
分子筛(硅铝酸盐) 全硅分子筛
超临界水
(2) C=N双键正离子中间体的证实 已由核磁共振检出
亲核试剂捕捉正离子
R2
R1
C
TsCl
N OH
R2
R1
C
N OTs
H2O H
CH2OH
注意： 扩环一般可以顺利进行，但缩环不能由5员环缩成4员 环，因为小环张力太大，但4员到3员的张力相差不大。
六员、七员环之间也可相互转变
CH2NH2
CH2
CH2OH ＋
CH2 ＋
CH3
OH
NH2
CH2
CH2OH
OH
CH2
CH3
＋
Tiffeneau-Demyanov扩环
蒂弗诺-杰米扬诺夫
[ R1 C N R2 ]
R3MgX R3SH R3NH2
R3 R1 C N R2
SR3 R1 C N R2
NHR3 R1 C N R2
(3) 重排之立体化学：与肟OH成反式位的基团重排 而与重排基团的本质(供电子或斥电子能力)无关
肟的立体异构：双键不能旋转引起
CH3 C
Ph
.. N
OH
Z构型
Ph C
SN1
RX
R ＋X
(2) 醇中碳氧键的异裂
H R OH
R OH2
R + H2O
(3) 醇烃基转化成容易离去的基团，然后离去基离去
R OH R'SO2Cl
O R O S R'
O R + O S R'
R OH
O ClSCl
O R'= H，烷基，芳基，CF3
O
R O S Cl
R
O + SO2 + Cl
(4) 脂肪族伯胺经亚硝酸处理，重氮化失氮
OO
HO COO
HO COOH
OH
H3O
1,2-环己二酮
2-羟基-1-环己烷甲酸
OO 9,10-菲醌
1. KOH/EtOH 2. H3O
HO COOH 9-羟基-9-芴甲酸
CH2COOH
OC CO
1. KOH/H2O 回流 2. H3O
CH2COOH
3,4-二酮-1,6-己二酸
CH2COOH HO C COOH
OO CC
MgX OO CC Ar
O C Ar C OH
α-羟基酮
本重排也常用于甾体化合物中的缩环
O O
HO
OO
1. KOH/H2O 2. H3O
OH HOOC
HO
OO
4、Demyanov rearrangerment 捷姆杨诺夫重排
伯胺与HNO2作用生成醇等化合物的反应称为Demyanov重排。
OPCl4
.. R C N R'
R C N R'
HO
C R
互变异构 N R'
O R C NH R'
OH2
(1) 催化剂作用：使肟羟基转变为易离去基，利于N-O键断裂
无机酸： H2SO4 HCl 多聚磷酸 (PPA)
有机酸： CF3SO3H TsOH
Lewis酸： BX3 AlX3 TiCl4 ZnCl2
常用 产率好
.. H
O
O
.. ..
F
R C O.. O.. C C F
R
F
良好离去基
.. H O
.. .. R C O.. O H
R
BF3
良好离去基
不对称酮的重排：一般基团的亲核性越大，迁移倾向大
叔烷基>仲烷基>苯基>伯烷基>甲基
R
R: CH3O>CH3>H>Cl>NO2 (给电子基>吸电子基)
O C CH3 H
2. Pinacol 重排
3、benzil-benzilic acid rearrangerment 二苯基乙二酮-二苯基乙醇酸重排
α-二酮(α-diketones)与强碱重排生成α-羟基酸的反应。
通式：
OO CC
二苯基乙二酮
NaOH EtOH
C COONa H3O OH
COOH C
OH
二苯基羟基乙酸
CN
O OH Ar C CH Ar
Benzil重排机理：
OO
OH
Ar C C Ar
fast
OO fast
Ar C C OH Ar
OO Ar C C Ar
OH OH O Ar C C O
Ar
O Ar C
O
slow
C OH
Ar
Benzil重排动力：生成稳定的羧酸盐 若用醇盐(ROM)代替NaOH，则重排产物为相应的酯。
PhCO3H/CHCl3
O O C CH3 H 81%
C Ph O
O2N
CF3CO3H/CH2Cl2 250C
O C Ph
H2O
O
O
C
CH3CO3H/AcOH
O2N
HO 90%
O CO
95%
COCH3 COCH3 CF3CO3H/CH2Cl2
OH CH2NH2
HNO2 H
β - 羟基环烷基甲胺
OH CH2N2 N2
OH CH2
OH H
O 61%
5、Beckmann rearrangerment 贝克曼重排
恩斯特·奥托·贝克曼
醛肟或酮肟在酸性催化剂作用下重排成酰胺的反应。
R
C R'
O + NH2 OH
R
OH HA
CN
R'
O R C NH R'
若酮肟结构中含有酸敏感基团时，可选用酰氯或Lewis酸催化剂
Me
Me O O
N OH
重排反应之影响因素 (1) 溶剂
CH3SO2Cl/Et3N BF3-Et2O/Cl2CHCHCl2
Me
Me O O
H N
O
极性溶剂加速反应进行，且极性越强，反应速度越快。
原因：极性溶剂的溶剂化作用，稳定正离子中间体
OO CC
(CH3)3COK (CH3)3COH
用醇盐(ROM)时注意：
COOC(CH3)3 C
OH 93%
二苯基羟基乙酸叔丁酯
(1) 醇盐不能有α-H，否则发生氧化还原反应
OO CC
H + R2C O
OO CC
H
+ R2C O
(2) 不能使用酚盐(ArOM) ，因为其碱性弱，不足以发生重排
本重排反应物虽以α-芳二酮为主，但脂肪族、脂环族、杂环 族的α-二酮也能反应
CH2N2
N2
CH2
H2O H
CH2OH
CH2NH2 HNO2 H
CH2N2 N2
H2O H
CH2
H2O H
OH CH2OH
H
H2O
OH
H
b. 氨基直接连接在环上的伯胺，常发生环缩小反应
NH2
HNO2 H
N2
N2
H2O CH2=CH CH2OH H
NH2 HNO2 H
N2 N2
H2O H
CH2 OH