第五章 重排反应

+ Li Ph CH O CH3
CH3 - + H2O Ph CH O Li
CH3 Ph CH OH
2016/1/19
3. Radical rearrangement
Cl Cl C CH=CH2 Cl Br
Cl Cl C CH CH2Br Cl
Cl Br2 Cl C CH CH2Br Cl
Br Cl Cl C CH CH2Br + Br Cl
第五章
重排反应
Chapter 5 Rearrangement Reaction
重排反应
1. 碳原子到碳原子重排
（1） Wagner-Meerwein重排 （2） Pinacol重排 （3）二苯乙醇酸重排 （4） Favorski重排 （5） Wolff重排及Aendt-Eistert反应
重排反应
• 4.应用特点 • （1）醇类的Wagner-Meerwein重排
CH3 CH3 C CH2OH CH3
CH3
CH3 C CH3 CH2
H+
CH3
CH3 C CH2OH2 CH3
CH3 C CH
H2O
CH3
More stable
CH3 H
Cl
CH3
CH3
Cl
C CH3
CH2CH3
CHCH3
Addition of a nucleophile
＞Leabharlann Baidu
＞ Cl ＞H
＞ CH2=CH
＞ R2CH ＞ CH3
• （3）胺类化合物的Wagner-Meerwein重排
CH3
CH3 C CH3 CH2NH2
CH3
HNO2 - N2
CH3
C CH3
CH2
CH3
C CH3
CH2CH3
H2O -H
CH3
OH C CH2CH3 CH3
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CH2OH
环状过渡态
O
邻烯丙基苯酚

[3,3]s迁移
H
H
O

3
1 2
H


H
1

H
1

2
3
互变异构
OH
环状过渡态
对烯丙基苯酚



Example
• （2）Amino-Claisen Rearrangement
This reaction occurs best when nitrogen is converted to the ammonium salt.
Examples
Arndt-Eistert synthesis • 1. 反应通式
• 2. 反应机理
• 3. 应用特点 • 羧酸同系化C+1
第三节 碳原子到杂原子重排
一、Beckmann重排
R' C=N R OH
H+
• 1. 反应通式
O R´-C-NHR
酮肟在酸性催化剂的作用下重排成酰胺 的反应称为贝克曼重排。
• （2）溶剂的影响 • 用极性小或非极性的非质子溶剂，PCl5催 化可防止异构化
• 当溶剂中含有亲核性化合物、分子内含有 亲核性官能团、溶剂本身为亲核性化合物 ，碳正离子与其结合而得不到酰胺
• 也可用此制备苯并咪唑衍生物
• 4. 应用特点 • 立体专一性
二、Hofmann重排
• 1. 反应通式
Cope重排
Fischer indole synthesis
Mechanism
Example
2. 碳原子到杂原子重排
（1）Beckmann重排 （2）Hoffman重排 （3）Curtius重排 （4）Schmidt重排 （5）Bayer-Villiger反应
重排反应
3. 杂原子到碳原子重排
（1）Stevens重排 （2）Sommelet-Hauser重排 （3）Wittig重排
4. s键迁移重排
Stable cation
Product
CH3
CH3 C CHPh CH3 Br
SN1
CH3
CH3 C CHPh CH3
CH3 C CHPh CH3 CH3
Stable cation
Product
Migratory order of the migration groups
CH3O ＞ R3C
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四、Favorski重排
• 1. 反应通式
• 2. 反应机理
• 3. 影响因素
催化剂的影响
• 4. 应用特点 • 由卤代酮制备羧酸衍生物
五、 Wolff重排及Arndt-Eistert反应
• 1. 反应通式 Wolff rearrangement
• 2. 反应机理
• 3. 影响因素 • (1) the reaction can be initiated thermally, photolytically, or by transition metal catalysis; • (2) freshly prepared silver(I)oxide or silver(I)benzoate are best suited for the reaction; • (3) if the migrating group has a stereocenter, the stereochemistry remains unchanged (net retention of configuration) after the migration;
Usually, the rearrangement was classified by the electron property of the moving group
Nucleophilic rearrangement
Electrophilic rearrangement
Radical rearrangement
-H
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C CH3
Loss of a proton
Cl
Cl
-
Cl
Cl
OH H+
+
+
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• （2）卤代烃的Wagner-Meerwein重排
CH3 CH3 CH3 C CHCH3 SN1 CH3 C CHCH3 CH3 Br CH3
CH3 C CHCH3 CH3 CH3
• （2）立体化学因素
（3）迁移能力及推广的重排 • H>Ph>3º >2º >1º
•
三、二苯乙醇酸重排
• 1. 反应通式
α-二酮在浓碱作用下发生重排，生成安息 香酸的重排反应称为二苯乙醇酸重排。
• 2. 反应机理
• 3. 影响因素 • （1）用苛性碱得到羟基酸，用醇盐则生成 酯；
• （2）环状二酮生成环状羟基酸
1. Nucleophilic rearrangement
+ H CH3CH2CH2CH2OH
CH3CH2CH2CH2OH2
H
CH3CH2CHCH2
H2O
H CH3CH2CHCH2
-H
CH3CH=CHCH3
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2. Electrophilic rearrangement
Ph CH2 O CH3 PhLi C6H6
（1）Claisen重排 （2）Cope重排 （3）Fischer吲哚合成
分子重排反应 分子重排反应就是化学键的断裂和形成 发生在同一分子中，引起组成分子的原子的 配置方式发生改变，从而形成组成相同、结 构不同的新分子的反应。 重排反应中键的断裂和形成的方式有异 裂、均裂和环状过渡态三种。
第一节 重排反应机理
• (4) The Carroll Reaction
Johnson-Claisen重排
Mechanism
Example
Eschenmoser-Claisen重排
Ireland-Claisen重排
The most useful of all Claisen rearrangements. The enolate may be trapped with TMSCl or the enolate may be used directly. The reaction works well with the free enolate and actually allows for a faster rearrangement that will occur at 25 °C (anion accelerated).
• 2. 反应机理
R' C=N R OH H
+
R' C=N R
OH 2
+
重排
-H2O R' C=N-R H2O
+
R' C=N-R
+
R'-C N-R
+
H2O
-H+
R' C=N-R HO
互变异构
C
O R'-C-NHR
• 3. 影响因素 • （1）催化剂影响 • H2SO4, HCl/Ac2O/AcOH, etc. • PPA、POCl3、PCl5、SOCl2、MsCl、 TsCl等。
• (3) Thio-Claisen Rearrangement
This reaction is often run with a reagent that will convert sulfur to oxygen following the reaction. An advantage of the thio-Claisen rearrangement is that the precursor can be deprotonated and alkylated.
• 2. 反应机理
• 3. 应用特点 • （1）制备C-1伯胺
• (2) 因亲核剂不同而产物各异
（3） Curtius Rearrangement
Example
（4） Schmidt Rearrangement
（5） Lossen Rearrangement
Example
Sommelet-Hauser重排
Wittig重排
Example
4. s-键迁移重排
Claisen重排 （1）Claisen Rearrange

1 1O 2 3 2 3

O

H
1
H

[3,3]s迁移
1O 2 3
2 3

OH
互变异构

H
烯丙基苯基醚
O5
4
3 2
Stevens重排
R1 = EWG = Ar, heteroaryl, COR, COOR, CN; Y= CH2, CHR, NH; R4 = CH3, alkyl, allyl, benzyl,CH2COAr base: NaH, KH, RLi, ArLi, RONa, ROK
Example
OH
CH2NH2
HNO2
CH2
- N2
H2O -H
+
CH2
-H
+
NH2
HNO2
- N2
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?
二、Pinacol Rearrangement
• 1. 反应通式
X = Cl, Br, I, SR, OTs, OMs, N2+
• 2. 反应机理
• 3. 影响因素 • （1）碳正离子的稳定性 • the product is usually formed via the most stable carbocation intermediate when the glycol substrate is unsymmetrical;
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第一节 碳原子到碳原子重排
一、Wagner-Meerwein重排
•1. 反应通式
• 2. 反应机理
• 3. 影响因素 • （1）碳正离子形成方式：卤代烃与Lewis 酸作用、醇与酸作用、烯烃质子化、胺与 亚硝酸作用。 • （2）the stereochemistry of the migrating group is retained, which is in accordance of the Woodward-Hofmann rules.
（5）拜耳-魏立格氧化重排
O RCR' + CH3COOOH
常用的过酸有： （1）一般过酸 + 无机强酸（H2SO4） （2）强酸的过酸 ：CF3COOOH （3）一般酸 + 一定浓度的过氧化氢（产生的过酸立即反应）
CH3COOC2H5 40o C
O RCOR' + CH3COOH
酮类化合物被过酸氧化，与羰基直接相连的碳链断裂，插入一个 氧形成酯的反应称为拜耳-魏立格（Baeyer-Villiger)氧化重排。
反应机理
O R-C-R'
+
H+
OH
OH R-C-R'
+
-H
+
OH R-C-R' O-OCR" O
R-C-R'
O R"COO-H
R R' C O
O
H O
R´重排 O-O键断裂 -H+
O R-C-OR'
O
C R"
-R´´COO- ,
R3C- > R2CH- ,
>
CH 2
>
>RCH2- > CH3-
3. 从杂原子到碳原子的重排