第九章 重排反应

从该重排的结果看，相当于在反应物酮的结构中插入一个氧原子， 因此成为由酮合成酯的一种方法。若为芳香酮，则经此重排生成 的酯经水解可制成酚。
O Me C
O
CMe3
CF3CO2H
CF3CO3H,CH2Cl2
Me
C
OCMe3 + CF3CO2H
O
C F3C O3H
Ph C Et
O PhO C Et H2O
OH
CH3 H2SO4
(
CH3
(CH3)3CCH2OH H2SO4
(
) )
)
2.以丙二酸二乙酯和C3以下的有机物为原料合成
OH
H2O
OH
H
CH2NH2
重排
CH2
O C-NH2
O C OH
O C OH COOH
CH2(COOC2H5)2 + BrCH2CH2CH2Br
3.用C3以下的有机物为原料合成(CH3)2C=C(CH3)2
PhOH+EtCO2H
O
PhCO3H/CHCl3
O CO
思考题
O
1.用苯和C3以下的有机物合成丙酰苯酯（提示： PhO C Et CF3CO3H
O
） Ph C Et
O
2.用C3以下的有机物为原料合成 O
H
5.写出
HO N CH3
H2SO4 (
) 产物及反应历程。
HO N CH3
H2SO4
+
H2O N
CH3
-H2O
+N CH3
H2O
H+2O
N CH3
H+
HO
N CH3
O
N H CH3
(四)Baeyer—Villiger重排
酮类经过氧酸氧化发生重排生成酯，此谓Baeyer-Villiger 重排。常用的过氧酸为过硫酸，过氧乙酸、过氧苯甲酸、过氧
O Mg/Et2O
OH
OH OH
H H
OH2OH
OH
O
-H2O
Me2C OH
CMe2 HNO2 Me2C
NH2
OH
CMe2 H N2
Me Me C CMe2
OH
Me C CMe3 OH
Me C CMe3 H Me C CMe3
OH
O
OH NH2
HNO2
CHO
Me2C OH
CMe2 Br
Ag AgBr
甲酸、过氧三氟乙酸等。其中过氧三氟乙酸为己知的反应性最
强的过氧酸，而过氧乙酸以及各种取代过氧苯甲酸亦曾被使用
并获得良好的结果。
O OCOR'
R C R + HO OCOR'
RC R
O
O
R'CO2
R C OR
O 研究不对称酮的氧化反应发现，烃基迁移的难易大致循下列次序：
叔烷基＞仲烷基~环烷基＞节基~苯基＞伯烷基＞环丙基＞甲基。
Ph Me Me CH CHNH2
HNO2 HO Ac
Ph Me Me CH CHN2 -N2
Ph Me Me CH CH
Ph Me
Me
Me
重排 Me C CH2 + Me CH CHPh + Ph CH CHMe
HO Ac
Ph Me
Me
Me
Me C CH2 + Me CH CHPh + Ph CH CHMe
CH3 C6H5
H3C C
C
+
C6H5
OH
H3C C
C6H5
H+
C C6H5
O+ H CH3
H3C C O
C6H5 C C6H5 CH3
例3.
H
HC
C6H5 C C6H5
H+
OH OH
H HC
OH
H+ H C O
C6H5 C C6H5 +
C6H5 C C6H5 H
H HC
OH
HC O+ H
C6H5 C C6H5
第九章 重排反应
• 分子重排反应的概念：在有机化学反应中，
取代基从一个原子迁移到另一个原子上， 碳骼或者官能团的位置发生变化的一类反 应成为重排反应。
9.1 概 述
前述各章所涉及的各种有机化学反应中，大多数反应仅是底物分子 的某些部分(主要是官能团)发生变化，而分子的其余部分无变化地转移 到产物的分子中，因此反应前后分子的碳酪一般保持不变．但在有些有 机化学反应中，在试剂或介质等的影响下，或发生重键位置的移动或发 生官能团的转移，或发生扩环、缩环作用，或发生基本碳骼的改变等， 这些反应的过程谓分子重排（Molecular Rearrangement)。
4.用C5以下的有机物为原料合成
O
(三)Beckmann重排
醛肟及酮肟在酸性催化剂(如H2SO4、HCl、P2O5 、 POCl3、 SO2Cl2、p-MeC6H4 SO2Cl、PPA等)作用下发生重排转变为酰 胺，此谓Beckmann重排。
Beckmann重排的特征在于它的立体化学特性，即在不对称酮 肟的重排为反式重排，它是通过羟基与处于反位上的基团发生交换 而进行的：
苯基＞对-氯苯基＞邻—甲氧苯基＞间—氯苯基。
例如：
H3C
C6H5 C
C6H5 C CH3
H+
C6H5 C6H5
H3C C
C CH3
OH OH
OH O+H2
C6H5 C6H5
C6H5
H3C C
C +
CH3
OH
H3C C O
C CH3 C6H5
从上述片呐醇重排的种种实例可以看出，该类重徘在有机合成上的 价值在于可以合成一些经由其它方法难以得到的含季碳原子的化合 物。
一船说来，使失去一OH的基团其难易循如下次序：p—甲氧苯基＞ 苯基＞烷基＞H。
例1. H3CO
OCH3
Ph C C Ph OH OH
H2SO 4 -H2O
H3CO
OCH3
C C Ph Ph O
例2.
H3C
CH3 C6H5 C C C6H5
H+
OH OH
CH3 C6H5 H3C C C C6H5
OH O+H2
在适当的条件下能发生分子重排的有机化合物为数甚多，因而颇 难科学地将分子重排加以分类．尽管如此，化学工作者曾提出多种分 类方法。如：按反应机理分类，按元素分类，按分子内重排与分子间 重排分类，按光学活性有无变化分类，按有机化合物的三大类型(脂肪 族化合物、芳香族化合物及杂环化合物)分类及按官能团分类等。
O+ H2 C6H5 C C6H5
H
但上述的推断并不能在所有的情况下适用，例外颇多。
（2）迁移基团的性质和迁移倾向 一般说来，在空间位阻因素
不关重要时，则基团迁移倾向的大小与其亲核性的强弱一致：
Ph—＞Me3C一＞Et-＞Me-＞H 如β—碳上相连的基团均为芳基时,其迁移的难易次序如下：
对—甲氧苯基＞对—甲苯基＞间—甲苯基＞间—甲氧苯基＞
OH Me Me
OH
Me H+ Me
O
Me + Me
O
对于某种取代基不同的片呐醇R1R2C(OH)-C(OH)R3R4，在重 排反应中究竟那一个羟基发生迁移?这个有关基团迁移倾向的问题，虽 经多人研究，迄今犹未彻底阐明，因而仍然无法在每个场合都能正确地 预测发生迁移的是那个基团。而且事实上，当取代基团很近似时往往得 到一个混合物。尽管如此，并非没有一般的规律可循，取代基不同的片 呐醇的重排方向系主要决定于下列两个因素： (1)失去一0H的难易 与供电基团相连的碳原子上的一OH易于失去， 由于供电基团使一0H上氧原子的电子云密度增大，从而易于与H+的结 合形成质子化醇，而随后脱水形成的正碳离子也将由于正电荷得到较好 的分散而更趋稳定。
(二)片呐醇重排
在无机酸催化下，连有羟基的碳原子上的烃基带着一对电子转移到 失去羟基的正碳离子上生成不对称酮，此谓片呐醇(Pinacol)重排：
R1
R3
CC
R2
R4
OH OH
例如
H3C
CH3 C
反
OH
应
CH3
历
H3C C
程
OH
CH3 C CH3 OH
CH3 C CH3 OH
H
-H2O
H+
H+
R1 R2 C C
这些分类法分别从不同的角度将为数繁多的分子重排反应归入一 定的范畴，为人们提供学习与研究之便。但欠妥善处，各种分类方法 亦各有之。本章拟以较多采用的按反应机理的分类法，将分子重排分 为亲核重排、亲电重排、游离基重排和σ- 键迁移重排。
9.2 亲 核 重 排
亲核重排(Nucleophilic rearrangement)亦称缺电子体系的 重排(Rearrangement of electron-deficient Systems)。在分 子重排中，这类重排最为广泛，类型也最多。它是包含产生正离子中间 体的重排，重排过程中基团z带着一对电子从原子C迁移至另一个缺少一 对电子的原子A上。多数亲核重排基团的迁移发生于相邻的两个原子间， 称1，2—重排：
OH
-N2
CH2 OH
OH CH3 Ag AgI
I
OH
CH3 or
OH CH3
O-H CH3
OH H
O
OH CH3
H C CH3 OH
C CH3 O
思考 题
1.用C3以下的有机物为原料合成(CH3)3CCH2OH
Me
2.作C3以下的有机物为原料合成 Me
O
O
3.以Me2C CMe2 O
合成 H3C C C(CH3)3
NH2O H,HCl EtOH,Py Me CO2
Me OH C=N
PO Cl3,Py C6H6（重 排）
NHCOMe
OH
Me CO2
水解
氧化
还原 氧化
O
思考题
1.以苯乙酮为原料合成乙酰苯胺。 2.以苯酚为原料合成已内酰胺
3.以苯为原料合成甲酰苯胺
4.完成下列反应
OH
HN
H+
(
H
HO
)
HN
H+
(
)
Me Me C CMe2
OH
Me C CMe3 OH
Me C CMe3 OH
Me2C CMe2 H O
H Me C CMe3 O
Me Me C CMe2
OH
Me C CMe3 OH
Me C CMe3 H Me C CMe3
OH
O
脂环族氨基醇和脂环族卤代醇则发 生扩环或缩环的反应
CH2NH2 HNO2
R C Me 重排 O=C Me
N
OH
反应历程：
OH
N
H
C R R’
NHP h
OH2 N
重排
OH2
R
N
N
-H2O
C
C
C
R R’
R R’
R’
R
H2O
N
H
C
HO R’
NHR C O R’
若迁移基团含有手征性碳原子，则该碳原子的构型保持不变。例如：
Me
Ph
HC*
C
Me
N OH
H2SO4 Et2O
O C Me
分子重排反应是一类十分重要的反应，它的研究和实践丰富了有机 化学结构理论的内容，加深了人们对该类反应的规律性的认识。分子重 排又是合成有机化合物的重要手段之一，许多重要的有机化合物可以由 其得以合成，因而它的研究有力地推动着有机合成化学的发展。
本章着重讨论一些具有合成价值的分子重排．典型的分子重排通 常为一种不可逆的过程，它不同于两异构体间的互变异构，后者是可 逆的异构化反应．
C
A
Z
C
A
Z
式中A为C、N、O原子，Z为X、O、S、C、N、H。
9.2.1亲核碳重排反应
(一)Wagner-Meerwein重排：属于分子内由C→C的重排。 在这类重排中β-位的烃基向正碳离子迁移。
例如： ①3, 3—二甲基—2—丁醇在无水草酸存在下加热脱水，主要 产物为2,3—二甲基—2—丁烯：
无水草酸
(CH3)3C CHCH3? 100~1100C OH
(CH3)3C CH=CH2
8%
+Me2CH-C=CH2 + Me2C=CMe2
Me
31%
61%
反应历程
Me
Me2C CHMe H
OH
Me
Me2C CHMe
OH2
Me
-H2O
Me2C CHMe
重排
Me2C CHMe2
H Me2C CMe2
Me NH CH Ph
*
%e.e 99.6
OH
H2/Ni
OH
[O ]
பைடு நூலகம்
OH
O
N
NH2OH/HCl
N OH2
N OH2
N
H2S O4
-H2O
N
H2O
-H
N OH
H NO
ε —已内酰胺
[NH(CH2)5COn] 纺丝 卡普纶
聚已内酰胺
雄性激素－睾酮(Testosterone)的合成：
Me CO2
Me C=O
R3
O
H3C
CH3 C
CH3
R4
C CH3 O
CH3 H3C C
OH
CH3 C CH3
O+H2
CH3 H3C C
HO
CH3 C CH3
+
CH3
H3C C C CH3
OH
+
CH3
H+ H3C C O
CH3 C CH3 CH3
上述的重排过程似乎是一些不连续的步骤，但许多立体化学
的研究证实，正碳离子的形成和基团的迂椽系经由一个正碳离于 桥式的过渡状态，迁移基团(如上例甲基)和离去基团处于反式位 置。是一个连续的过程。
OAc
OAc
OAc
主要产物
② 扩环重排：
CH2NH2
HNO2
-N2
H
CH2 H
H2O H 重 排
H2O H
CH2 CH2OH
OH
3 缩环重排
NH2
HNO2 -N2
CH2
H
H H2O H 重 排
CH2 H2O
H
OH CH2OH
思考题
1.完成下列反应，请写出主要产物
OH
CHCH3 H2SO4
(
CH3
Me H
H2C=C-CHMe2
②由松节油合成樟脑：
HCl
HOAc-H2SO4
OAc H
NaOH
OH 氧化
O
H or 脱氢
反应历程
H
重排
H
H
重排
重排 HOAc
H OAc
H
OAc
OH
O
H
H NaOH
H [O]
脂 肪 族 或 脂 环 族 伯 胺 与 HN02 作 用 时 的 重 排 可 视 为 一 种 WagnerMeerwein重排，只不过作为反应中间体的正碳离子系经由离去基团一 N2+的离去而形成。在脂环胺的场合往往发生扩环或缩环作用，在合成上 用于制备三员环至八员环的脂环化合物。例如：