第四章 重排反应

H
R2 C C R4
OH OH
R1 R2 C C R4
R3 O
1. 反应机理：
II
H3C CH3 CH3 C C CH3
HO OH
H3C CH3 H+ CH3 C C CH3
CH3
HO +OH2
H3C CH3
-H 2O CH3 C C CH3 +
OH CH3
重排 CH3 C C CH3 -H+ CH3 C C CH3
O C6H5 C C OH
O C6H5
OO C6H5 C C OH
C6H5
C6H5
OHO CCO C6H5
生成稳定的羧酸盐是反应的动力
2. 影响因素
(1) 碱 该反应所用的碱主要是苛性碱。将α-二酮类化合物与KOH 共熔，或与浓KOH醇溶液共热，或与70％NaOH的水溶液 共热，均可引起该重排反应。 若用醇盐(ROM)取代苛性碱，其重排产物为相应的酯。
3. 按迁移起点和终点的元素种类进行分类 可分为C→C、C→N、C→O、N→C 、O→C、
O→P等。C→C是指迁移起点和终点都是C，而 C→N是指迁移起点是C，终点是N。
例如，4,4-二甲基环己二烯酮重排成3，4-二甲基 酚是C→C。
第一节 从碳原子到碳原子的重排
Wagner-Meerwein重排 Pinacol重排 苯偶酰-二苯乙醇酸型重排 Favorski重排 Wolff重排
H C
R'
EtONa a C b
R
H C
H C
R'
C
O
a) R
H C
H C
R'
O
OEt
b) R
H C
H C
R'
COOEt
H
R
H2 H CC
R'
COOEt
EtOOC H
R
H C
H2 C
R'
COOEt
O EtONa
*
Cl
O -ClH
*
Cl
O EtONa
*
OEt
O
*
O
O
*
COEt
+
COEt
*
50%
50%
R'COOH R'COX + CH2N2
R'COCH=N2 H2O R'CH2COOH 制备多一个碳的羧酸
COCl
CH2N2
PhCOOAg/EtOH
CH2COOH 多一个碳的酸
第二节 从碳原子到杂原子的重排
Beckmann重排 Hofmann酰胺重排为胺类 Curtius重排 Schmidt羰基化合物的降解反应 Baeyer-Villiger氧化重排
O
Br C CH2 H3C C
O OEt
CH3 Br C CH2
COOEt
H3C C CH2
EtOOC
Favorski卤化酮重排应用 • 制备碳上多烃基取代羧酸衍生物 • 合成有张力的脂环烃羧酸衍生物
CH3O (CH3)2CH CH C CH(CH3)2
Br O
(CH3)2CH CHCOOCH3
• 重排机理研究表明：重排与氮气的失去同时进行，即该重排 是一协同过程，利用质谱及各种有效的探测方法均未发现碳 烯中间体存在的证据。
• 重排生成的脂环烯酮在氧气的存在下经光照，释放出CO2， 生成环酮。
• 抗HⅣ病毒药物Oxetanocin可通过该重排而制得中间体， 经还原、脱保护而制得产品。
• Amdt-Eistert反应：由于α-重氮酮不易制备，使该重排反应 受到一定限制。Arndt-Eistert等用酰氯与重氮甲烷反应得α重氮酮，再经Wollf重排，生成比原酰氯多一个碳的羧酸的 反应。
• 通式：
RCCR ONN
RCCR O
R
R'OH
CCO
O R
CH C OR'
R
R
R' C C N N 光 或 热 R' C C + N2
OR
Ag +或 Cu2+
OR
R
O C C R'
O C CH R
H2O R'OH NH3 R'NH2
RCH2COOH RCH2COOR' RCH2CONH2 RCH2CONHR'
一、 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。
R
OH
CN
H
R'
O R C NHR'
肟羟基反位的基团发生迁移
当酮肟具有两种顺反异构体时，重排的产物也有两种。
O2N
Ph N
PCl5 O2N
O NHPh H2O
O2N
COOH PhNH2
Br OH
2. 按反应机理分类 (1)亲核重排
亲核重排中迁移基带着它的一对成键电子向缺电的 原子进行迁移。
(2) 亲电重排 亲电重排中迁移基带着正电荷向富电原子进行迁移。
(3) 自由基重排 自由基重排的过程中，迁移基带着它的一个成键电子进 行迁移，迁移终点是自由基中心。
(4) 周环反应 按周环反应机理进行的重排过程中，既没有正离子 或负离子又没有自由基生成，反应是协同进行的， 有一环状过渡态。
Ar CO
ห้องสมุดไป่ตู้
Br
Br
O2N
Ph
O2N
N OH PCl5
NHCOPh H2O
O2N
NH2 PhCOOH
Br
Br
Br
如果迁移基团为手性碳原子，迁移后，其构型保持不变。
CH3 C N
HO
C2H5 C CH2C2H5
H
H2SO4 Et2O
C2H5
C CH2C2H5
CH3CONH
H
1. 反应机理
R
OH
CN
H
R'
OH2 RCN
H
△
H3C C C Ph
CH3 CH3
OH NHTs Ph3P/DEAD
OPPh3
NHTs -Ph3P=O
NHTs
NHTs
NHTs
二、Pinacol重排
在酸催化作用下，取代的邻二醇失去一分子水，重排生成醛 或酮的反应称Pinacol重排。取代的邻二醇称为频呐醇，重排 生成的酮称为频呐酮
R1 R3
CH2COOH
CO CO
KOH/H2O
CH2COOH
O
O
[O] SeO2
OH (HOOCCH2)2 C
O KOH/H2O
△
COOH
柠檬酸
OH COOH
H C C H KOH/H2O OO
H
OH C
H COOH
H迁 移
四、Favorski重排
• -卤代酮在亲核碱(NaOH, RONa等)存在的条件下，发生重排 得到羧酸酯、盐或酰胺的反应称为Favorski卤化酮重排反应。
a bc C
sp2 sp3
反应实例：
H3C CH2CH2Br AgNO3 H3C CH2 CH2
Br H3C CH CH3
H3C
H C CH3 Br
H O CH2OH
H (H3C)3C C CH3 △
OH
O CH2
(H3C)3C
C H
CH3
O
O
(H3C)2C CH(CH3)2
H3C C H3C
C
CH3 CH3
R OH2
CN R' R C N R' H2O
R'
O
R C N R' R C NHR'
OH
2．影响因素及反应条件
• (1) 催化剂:
• 酮肟重排常用的催化剂为酸性试剂，如矿物酸、有机酸、 Lewis酸、氯化剂或酰氯等。它们的作用是使肟羟基转变 成活性离去基团，以利于氮─氧键的断裂。
• 质子酸 H+, H2SO4, HCl, H3PO4 • 非质子酸PCl5, SOCl2, TsCl, AlCl3
一、 Wagner-Meerwein重排
• 定义：终点碳原子上羟基、卤原子或重氮基等，在质子酸或 Lewis酸催化下离去形成碳正离子，其邻近的烷基、芳基或 氢作1,2-迁移至该碳原子，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。
C
C
C
C
CC
H E1
SN1
B
• 醇或卤代烃在酸催化下进行亲核取代（SN1）或消除反应
61%
H3C CH C H3C
H3C
CH2
31%
(H3C)3C
C H
CH2
3%
Ag+
H3C C CH2Cl CH3
H3C
C
C H
CH3
H3C C CH2 CH3
CH3
Ag+
H3C C CH2Cl
CH3
CH3 H
Ph C C OTs
CH3 CH3
H3C C CH2CH3 CH3
H3C C CHCH3 CH3
(2) 含-NH2，重氮化放氮N2
(CH3)3C-CH3NH2
NaNO2 HCl
(3) -OH, 加 H+ (-H2O)
(CH3)3C-CH2N2Cl
-N2 (CH3)3C-CH2
△
(4)烯烃亲电加成
(CH3)3C-CH2OH
H+ -H2O
(CH3)3C-CH2
(CH3)3C-CH2=CH2 H+ (CH3)3C-CH-CH3
2. 温度 ： 低温下用酸处理时，重排反应优先于单纯的脱水 反应； 较高温度和强酸条件下，可以发生脱水反应，生 成二烯烃。这是Pinacol重排反应的主要副反应。
产物（4）环庚酮是降压药胍乙定合成的原料。
O
HO
1)CH3NO2/EtONa 2)Raney Ni/H2
CH2NH2
NaNO2/AcOH 5
OH O Ar C C OR
Ar
(2) α-二酮的结构 芳香族α-二酮 吸电子基对反应有利 给电子基对反应不利； 邻位取代基，立体位阻较大，使反应速度减慢。
OO CC G
G为吸电子基时,G所在的芳环迁移
OO
CC
G
OH
3. 应用实例
α-二酮类化合物通过该重排反应，可以发生缩环
O OH
O ref.
COOH OH
O
R
C R
C
CH3
X
EtONa/EtOH NaOH
NaNH2
α-基团迁移到卤素位置
R R C COOEt
CH3 R R C COOH CH3
RO R C CNH2
CH3
α-卤 代 酮 的 反 应
1. Favorski重排机理
O
R
H2 O CC
H C
R' EtONa
R
C H
C
X C H
R'
-X
X
R
H C
H2O
CH3 +
H3C C CH2
CH3
CH3
CH3 H3C C CH2Br
极不稳定
CH3
CH3
Br
H3C
C +
CH2CH3
CH3 H3C C CH2CH3
Br
主要产物
1. 形成C+ 形式
(1) 卤代烃 Ag+、AgCl或Lewis酸催化
(CH3)3C-CH2Cl Ag (AgNO3) (CH3)3C-CH2+AgCl
CH(CH3)2
O 1. NaOH/C2H5OH
2. H Br
COOH
• 大环类化合物的缩环
O Cl KOH/C2H5OH
COOH 64%
五、Wolff重排和Arndt-Eistert反应
• Wolff重排:重氮酮在银、银盐或铜存在条件下，或用光照射 或热分解都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、酰胺或羧酸的反应。
HO
CH2
O
（4）
OH OH
三、苯偶酰-二苯乙醇酸型重排
• 二苯基乙二酮(苯偶酰)类化合物用碱处理，生成二苯基-羟 基酸(二苯乙醇酸)的反应称为苯偶酰-二苯乙醇酸型重排反 应。
OO KOH
Ar C C Ar
△
OH O Ar C C OK
Ar
1. 反应机理
C6H5 C C C6H5 + OH OO
O
O
Cl C CH3
EtONa
O EtO
EtONa
C 所连接的取代基越少越稳定
COOEt CH2
主
CH2COOEt
α,α-二卤代酮也可发生类似的重排，根据所用碱的不同， 分别得到α,β-不饱和羧酸衍生物及共轭烯酮类化合物。
Br H3C C C
Br O
EtONa CH3
Br C CH2 EtO H3C C
R
OH
PCl5 + R' C N
R RC
OPCl4 N
离去基团
(2) 酮肟的结构
由于醛肟在重排条件下易失水形成腈，所以很少用醛肟制 备甲酰胺。
R C O NH2OH HCl H
R C N OH H
H+ R C N
•芳脂酮肟较为稳定，不易异构化，而且芳基比烷基优先迁 移，重排后主要得芳胺酰化的产物。
第四章 重排反应
在同一有机物分子内，由于试剂或介质的影响，一个原子或基 团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。
W AB
W AB
一、重排反应的分类
1. 按迁移基团迁移的距离分类： （1）1,2迁移 1,2迁移是指迁移基团从一个原子向相邻的原子迁移。
(2) 非1，2迁移
• 烯烃进行亲电加成时发生的重排
CH3 CH3 C CH2OH + HBr
CH3
机理：H3C
CH3
++
C CH2OH H
CH3
CH3 +
Br
H3C C CH2
较稳定
CH3
重排
CH3
CH3
CH3 C CH2Br + CH3 C CH2CH3
CH3
Br
重排产物（主要产物）
CH3 +
H3C C CH2OH2
2. 迁移基团迁移顺序 易带负电荷或带负电荷后相对稳定、且易给出电子的基团容易 迁移。据此， 可得出一般情况下迁移基团的活性顺序。
3. 注意： 迁移基团构型保持，重排是在分子内进行。迁移基团很有可
能是经由“桥式”正离子进行的。
过渡态分子轨道模型：
a bc C
sp3 sp2
反式
a bc C
构型保持
HO+ CH3
O CH3
III
重排反应的动力是：由三级C+生成更加稳定的质子化的酮
注意问题： 1）驱动力？ 2）两个羟基中谁先离去？（生成的正碳离子稳定性） 3）哪个基团迁移？ 4）立体化学上离去基与迁移基成反式共平面 5）扩展反应 6）应用
羟基位于脂环上的邻二叔醇化合物在酸或Lewis酸的催 化下发生重排，生成扩环脂肪酮、螺环酮