第四章 重排反应

0~5, 105min N N C O N NH2
F3 C N F3 C N N
OH N H
72%
三、Curtius重排
酰基叠氮化合物在惰性溶液中加热分解为 异氰酸酯的反应称为Curtius重排反应。
R C N3 O
机理
N2
R N C O
1、烃基迁移与脱氮同时发生 2、迁移基构型保留
Curtis重排的应用
1、供电性R速度快于吸电性R 2、重排后R构型保留
R N C O 适用范围: 本重排的酰胺包 括脂肪、脂环、芳脂、芳香 O 及或杂环等的单酰胺，用以 制备各类伯胺。 H2O/OH 2 RNH2 + CO3 R C N Br
65~71%
芳环邻位有-NH2,-OH等亲核试剂时，可成新环
N F3 C N CONH2 NH2 Br2/KOH
RCOO + R'NH2
N
OH H2SO4 140℃
NH O
95%
二、Hofmann反应
酰胺用溴(或氯)和碱处理转变为少一个碳原子的伯胺 的反应称为Hofmann反应或Hofmann降解反应。
RCONH2 + Br2 + 4 OH + CO2 + 2 Br + 2 H2O RNH2 3
机理
R C NH2 O OH Br2 R C NHBr O
91% 83%
CH3O
COOH
五、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 或羧酸的反应称为Wolff重排反应。
R C C R O N N R R R'OH R C C R O R R O CH C OR'
R2 A CH2 N R2 R1
A为： 常用的碱为 NaOH,RONa,NaNH2, CH3SO-CH2Na等
NaNH2
A CH N R2 R1
R3
机理
R2
R1 :B N CH2 A R3 R1 CH A
R2
R1 N CH A R3
R2 N R3
•为分子内重排 •迁移基构型保持
1、1,2-迁移 2、构型保留 3、五元环要求
引入氨基 -COOH-NH2
Ph 1.ClCOOC2H5 COOH 2. NaN3 1. 2. H2O/H Ph CON3
Ph 76~81% .HCl NH2
酰基叠氮的制备方法
四、Schmidt反应
包括三类反应： 1、羧酸和叠氮酸在硫酸或Lewis酸的催化下， 得到比原来羧酸少一个碳原子伯胺。
OH H
异冰片
-H CH2 CH2
莰烯
CH3 OTs Ph C CH3 CH CH3 *
PhH
H3C C
* C Ph
CH3 CH3 H Ph C * C CH3
CH3 * Ph C CH CH2 CH3
? CH3 CH3 + * H3C C C Ph
CH3 CH3
CH2 CH3 TsOH CH3 CH3 C6H5 H3C
OH2
O
99%
H3C H3C
H3C H3C
OH Trans-二醇 H3C H3C OH H
OH CH3 CH3C O
(三) Semipinacol重排
R R R C C R OH Y Y R R R C C R OH
NH2 X OSO2R
R R C C R O R
Y为
Tiffeneau环扩大反应
H R C R' + C6H5CO3H O H R O H O C C R' O O C6H5 H R C OR' O H O R O H C C C6H5 R' O O
机理
OH R C OR'
1、迁移基团的构型保持不变 2、迁移能力：叔烷基>环己基、仲 烷基、苄基、苯基>伯烷基>甲基
C 6H5CO3H/CHCl3 COCH3 H H OCOCH3
C C O
Br(CH2)9 C CHN2 O
NH3.H2O/AgNO3 Br(CH2)9CH2CONH2
49%
O N2
h CH3OH
H
75%
H3COOC
RCOOH
RCOCl
CH2N2
RCOCHN2
RCH C O COCl
H2O
RCH2COOH
1. CH2N2 2. PhCOOAg/EtOH/TEA CH2COOC2H5
NH2 NaNO2/HOAc H3CO H3CO
CH3 CH3
CH3
H3C
OH H H
二、Pinacol重排
邻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 R1 H R2 C C R4 R2 C C R4 OH OH R3 O
机理
基团的迁移能力
RCON3 N2 R N C O H
RNH2
RNH2
Schimidt重排
RCOOH + HN3
H
RNH2
操作简便 收率较高
五、Baeyer-Villiger反应
酮类用过氧酸(如过氧乙酸、过氧三氟醋酸等)氧化，在烃基与 羰基之间插入氧原子而成酯的反应称为Baeyer-Villiger反应。
R C R' O C6H5COOOH R C OR' O
COOCH3 CH2COOH 1. SOCl2 2. CH2N2 COOCH3 (CH2)2COOCH3
H H3CO
H H3CO
84%
第二节 从碳原子到杂原子的重排
• • • • Beckmann重排 Hofmann重排Curtius重排 Schmidt反应 Baeyer-Villiger重排
关注1,2重排 构型保留
RCOOH + HN3 H2SO4 RNH2 + CO2 + N2
1、机理与Curtuis重排类似 2、构型保留 3、位阻胺的制备
COOH 1. NaN /H SO 3 2 4 2. OH
CH3 HOOC COOH CH3
(位阻大者易反应)
NH2
60~80%
NaN3/H2SO4/CHCl3 25℃ ,2.5h CH3
第一节 从碳原子到碳原子的重排
1. Wagner-Meerwein重排 2. Pinacol重排 3. 苯偶酰-二苯乙醇酸型重排 4. Favorski重排
5. Wolff重排
关注1,2重排 构型保留
一、Wagner-Meerwein重排
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，其邻近的基团作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称为Wagner-Meerwein重排。
84~92%
Arndt-Eistert同系列羧酸的合成反应
Arndt-Eistert合成是将一个酸变成它的高一级同系
物或转变成同系列酸的衍生物，(如酯或酰胺)的反 应。该反应可应用于脂肪族酸和芳香族酸的制备。 反应包括下列三个步骤： 1.酰氯的形成； 2.酰氯和重氮甲烷作用生成重氮酮； 3.重氮酮经Wolff重排变为烯酮，再转变 为羧酸或衍生物。
HOOC
NH2 87% CH3
2、醛类和叠氮酸在硫酸的催化作用下生成腈类和 胺类的甲酰基衍生物
RCHO + HN3
H2SO4
RCN 和 RNHCHO + N2 + H2O
3、酮类和叠氮酸在硫酸的催化作用下生成酰胺。
制备胺的源自文库排反应
Hofmann降解
RCONH2 + Br2 + 4 OH
Curtius重排
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 R'
C N
OH
H
O R C NHR'
机理
Beckmann重排的应用
• • • •
R R' C N OH OH
将酮转变为酰胺 确定酮的结构 扩环成内酰胺化合物 制备仲胺
O H R C NHR'
H
C6H5OCH3 P Ph C C O Ph C6H5OCH3 P + Ph P CH3OC 6H5 C C Ph O C6H5OCH3 p
94%
6%
2.不对称的连二乙醇
R1 R1 C
R2 C R2
重排的方向决定碳正离子的稳定性
OH OH
羟基离去后碳正离子的稳定性：叔碳>仲碳>伯碳
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 C Ph O Ph C Ph C 6H5OCH3 P
第四章
重排反应
定义：受试剂或介质的影响，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,使分子构架发生 改变而形成一个新的分子的反应称为重排反应。 重排反应类型(按终点原子电荷分) 缺电子重排 富电子重排 自由基重排 • • • • 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 重排反应的应用 1. 形成C-C、C-N、C-O键 2. 定向引入官能团 3. 形成环状化合物
72%
28%
CH3 Ph H2SO4 Ph C C CH3 Ph C Ac2O OH OH Ph Ph C C CH3
Ph
CH3 C CH3 OH
Ph Ph C OH
CH3 O
CH3 C CH3
羟基位于脂环环扩大或缩小
OH OH C Ph Ph
OH H
H2SO4/Et2O r.t.2h Ph Ph
C6H5 C C C6H5 + OH O O O O C C OH C6H5
C6H5
O C C OH O C6H5
C6H5
C6H5
OHO C C O C6H5
Ar' Ar C C Ar' O O Ar C C OH OHO + Ar HO C C Ar' O OH
迁移能力：吸电子基芳环> 供电子基芳环
Stevens重排的应用
由季铵盐制得烃基叔胺 制备缩环或螺环化合物
CH3ONa CH3OH N(CH3)2 CH2Ph (CH3)2N CH2Ph
81%
Cl
CH3CO3H Cl COCH3 Cl Cl OCOCH3
80%
C O
CH3CO3H NO2 HAc NO2 95%
O C O
供电子环有利
CF3CO3H/CHCl3 56% O O 近双键有利
O
后发现廉价、方便的H2O2/HOAc
O H2O2/HOAc 50℃ 4h ,
O
O
90~95%
O
H2O2/HOAc 50℃ 2h ,
O
O
85~90%
第三节从杂原子到碳原子的重排
•Steven重排 •Sommelet-Hauser重排 •Wittig重排
关注1,2重排 烯丙基结构 构型保留
R
机理
碱 B R Y C Y C BH H Y C R
一、Stevens重排
季铵盐分子中连于氮原子的碳原子上具有吸电子 的基团取代时，在强碱性条件下，可重排生成叔 胺的反应称为Stevens重排反应。
Favorski卤代酮重排应用
•大环类化合物的缩合
•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
O
COOH Cl KOH/C2H5OH
64%
(CH3)2CH CH C CH(CH3)2 Br O (CH3)2CH CHCOOCH3 CH(CH3)2 O 1. NaOH/C2H5OH Br 2. H
1.对称的连二乙醇
R2 R1 C
R2 C R1
芳基>烃基 供电子取代芳基>吸电子取代芳基
OH OH
CH3 CH3 Ph C C Ph OH OH CH3 C Ph + Ph C Ph O CH3 C CH3 Ph H
H3C C O
主产物
次产物
Ph Ph P CH3OC6H5 C C C6H5OCH3 P OHOH
O OH O ref. COOH OH
O
O KOH
HO HOOC
79%
C8H17 KOH/C3H7OH.H2O C8H17 O HO HOOC O HN O H N
O
92~100% 甾体缩环
H N HN OH COOH O
O 1)CH3O /CH3OH O O 2) H2O
97%
四、Favorski卤代酮重排
-卤代酮在亲核碱(NaOH,RONa等)存在的条件 下，发生重排得到羧酸盐、酯或酰胺的反应称为 Favorski卤代酮重排反应。
PhCH2 C CH2Cl O NaOH PhCH2CH2COO
Cl O
Cl RO O OR O O
COOR
ROH
+ RO COOR
PhCH2 C CH2Cl RO O ROH PhCH C CH3 Cl O PhCH2CH2COOR
1-氨基甲基环烷醇用亚硝酸处理，经重排形成 多一个碳的环烷酮的反应，称为Tiffeneau环扩 大反应。
(CH2)n
C
OH CH2NH2
HNO2
(CH2)n
C
O
CH2
三、 二苯乙醇酸重排
二苯基乙二酮类化合物用碱处理，生成二苯 乙醇酸的反应称为二苯乙醇酸重排反应。
KOH/C2H5OH
C6H5 C C C6H5 O O C6H5 OH C COO C6H5