第六章重排反應

1、第六章第六章 重排反應重排反應重排反應重排反應有機化學中的變形金剛有機化學中的變形金剛重排反應：重排反應：在試劑、加熱或其他因素影響下，分子中某些原在試劑、加熱或其他因素影響下，分子中某些原子或基團發(fā)生轉移或分子碳骼改變生成新的物質的反應。子或基團發(fā)生轉移或分子碳骼改變生成新的物質的反應。重排反應的分類重排反應的分類重排類型重排類型離子型機理重排離子型機理重排卡賓卡賓carbenecarbene、氮賓、氮賓nitrenenitrene機理重排機理重排親核重排親核重排親電重排親電重排周環(huán)機理重排（周環(huán)機理重排（-鍵遷移重排）鍵遷移重排）( (自由基型機理重排自由基型機理重排) )1 離子型重排反

2、應離子型重排反應親核重排親核重排原子或基團帶著一對電子轉移到相鄰的缺電子的原子上CCM+CCM+缺電子中心缺電子中心C+ 片吶醇重排、麥爾外因重排；片吶醇重排、麥爾外因重排；N+ 貝克曼重排；貝克曼重排；O+ 過氧化氫烴重排過氧化氫烴重排/拜爾拜爾-維利格反應維利格反應1.1 重排到缺電子的碳原子上重排到缺電子的碳原子上 1. 片吶醇（片吶醇（Pinacol）重排）重排CRCROH OHRCRCRORRR片吶醇片吶醇（Pinacol）片吶酮片吶酮（Pinacolone）反應歷程CCH3CCH3OH OHCH3CH3H+CCH3CCH3OH OHCH3CH3H+-H2OCCH3CCH3OHCH3

3、CH3+重 排CCH3CCH3CH3CH3OH：+CCH3CCH3OCH3CH3注意點： R：脂肪烴基、脂環(huán)烴基、芳基 R: 可各不相同，也可部分相同或全同。問題： 如果R為4個不同的基團時： 哪個羥基先被H+進攻，再失水生成C+？ 與C+相鄰的基團中哪個基團先轉移？ 反應的立體化學要求。CRCROH OHRCRCRORRRA. 羥基脫去的難易取決于碳正離子的穩(wěn)定性羥基脫去的難易取決于碳正離子的穩(wěn)定性CC6H5CC6H5OH OHCH3CH3H+-H2OCC6H5CC6H5OHCH3CH3+CC6H5CC6H5OHCH3CH3+碳正離子穩(wěn)定性碳正離子穩(wěn)定性,首先生成首先生成CC6H5CC6H5

4、OH OHCH3CH3H+-H2OCC6H5CC6H5OHCH3CH3+CC6H5CCH3OCH3C6H5CC6H5CC6H5OHCH3+CH3B.基團遷移的活性取決于基團的親核性基團遷移的活性取決于基團的親核性 一般規(guī)律：Ar(CH3)3C (CH3)2CH CH3CH2CH3H芳環(huán)上有鄰對位取代基，增大遷移傾向，芳環(huán)上有鄰對位取代基，增大遷移傾向，但但鄰位有鄰對位取代基，則降低遷移傾向；鄰位有鄰對位取代基，則降低遷移傾向；芳環(huán)上有間位基，降低遷移傾向。芳環(huán)上有間位基，降低遷移傾向。COHCOHOMeMeOCH3CH3H+Other access to generate the carboc

5、ation intermediate?發(fā)生類似反應底物的：發(fā)生類似反應底物的：鹵代醇、氨基醇、環(huán)氧化物鹵代醇、氨基醇、環(huán)氧化物 鹵素和銀離子結合，從而形成碳正離子鹵素和銀離子結合，從而形成碳正離子環(huán)氧化合物在酸性條件下的歷程環(huán)氧化合物在酸性條件下的歷程H3CCCH3OHCCH3CH3NH2H3CCCH3CH3CCH3OHNO2H3CCCH3OCCH3CH3H3CCCH3CH3CCH3OH+H3CCCH3OHCCH3CH3XH3CCCH3CH3CCH3OAgNO3重排反應的立體化學重排反應的立體化學問問 題：題：n 遷移基團遷移前后構型是否變化；遷移基團遷移前后構型是否變化；n 遷移起點的碳和遷

6、移終點的碳構型是否變化；遷移起點的碳和遷移終點的碳構型是否變化； n 遷移基團與離去基團的空間位置的關系。遷移基團與離去基團的空間位置的關系。在同一反應體系中：在同一反應體系中：CArCArOH OHCH3CH3H+CArCArOH OHC2H5C2H5CArCArCH3OCH3CArCArC2H5OC2H5CArCArC2H5OCH3無無CArCArCH3OC2H5說明重排反應是在分子內部進行的。說明重排反應是在分子內部進行的。+三中心二電子過渡態(tài)三中心二電子過渡態(tài)（1）遷移基團的構型不變）遷移基團的構型不變（2）遷移基團和離去基團處于反式）遷移基團和離去基團處于反式HOHHNH2HRR =

7、C(CH3)3HNO2HOHHN2HR+HHRHOH+-H+OHOHNH2HHRHNO2HOHN2HHR+-N2RHHCHOH+-H+RCHO2. 瓦格涅爾瓦格涅爾-麥爾外因（麥爾外因（Wangner-Meerwein）重排）重排 醇在酸催化下進行親核取代或消除反應時，或鹵代烴在進醇在酸催化下進行親核取代或消除反應時，或鹵代烴在進行親核取代或消除反應時，烯烴進行親電加成時發(fā)生的重排行親核取代或消除反應時，烯烴進行親電加成時發(fā)生的重排R2CR3R1COHR4R5R2CR3R1CR4R5R1CR2CR3R4R5R1CR2CR3R4R5OHH+(-H2O)重排H2O(-H+)典型的碳正離子重排典型的

8、碳正離子重排1.1 重排到缺電子的碳原子上重排到缺電子的碳原子上(CH3)3C-CH2Cl(CH3)3C-CH2+AgClAg (AgNO3)(CH3)3C-CH2OH(CH3)3C-CH2=CH2(CH3)3C-CH2(CH3)3C-CH-CH3H+-H2OH+( (a)a)鹵代烴鹵代烴 Ag+ AlClAg+ AlCl3 3 (b)-OH, (b)-OH, 加加 H H+ + (-H (-H2 2O)O)形成形成碳正離子碳正離子的幾種方式的幾種方式遷移基團遷移順序遷移基團遷移順序ClR3C-R2CH-RCH2-CH3-H-OCH3苯的遷移速度為甲基的苯的遷移速度為甲基的3000倍倍PhCC

9、H3CH3HCCH3OTsH3CCCH3HCCH3Ph反應實例反應實例(CH3)3CCHCH3OH(CH3)2CCH2CH3(CH3)3CCH2OHHClClH2SO4(CH3)2C=C(CH3)2Ag+CH3CH3ClHCl(CH3)3CCH2Br(CH3)2C=CHCH3H3CHCCH3BrH3CCH2CH2BrH3CCH2CH2H3CCH CH3AgNO3BrOCH2OHOCH2OOH(H3C)3CHC CH3OHH3CCH3CCCH3CH3H3CCHH3CCH3CCH2(H3C)3CCHCH2(H3C)3CCHCH3(H3C)2CCH(CH3)261%31%3%反應實例反應實例3、杰姆

10、楊若夫、杰姆楊若夫(Demjanov)重排重排 脂肪族的伯胺與亞硝酸作用形成碳正離子，重排的反應脂肪族的伯胺與亞硝酸作用形成碳正離子，重排的反應 CCH3CH2CH3CH3NH2H+CCH3CH2CH3CH3N2+NaNO2- N2CCH3CH2CH3CH3+CCH3CH2CH3CH3+-H2OCCH3CH2CH3CH3OH1.1 重排到缺電子的碳原子上重排到缺電子的碳原子上4. 二苯基乙二酮二苯基乙二酮二苯基羥基乙酸的重排二苯基羥基乙酸的重排PhCOCOPh1)OH-2)H3O+PhCCOOHOHPh（1 1）歷程）歷程 OCPhCOPhOH-CHOCOPhPhO-CHOCO-PhOPhC-

11、OCOHPhOPhCHOCOHPhOPhH3O+1.1 重排到缺電子的碳原子上重排到缺電子的碳原子上特點：特點：堿堿(無機堿醇溶液無機堿醇溶液),若有機堿若有機堿(CH3ONa, t-BuOK)得到酯得到酯 ArCCOROH OArCCOOGG為吸電子基時,G所在的芳環(huán)遷移（實際產(chǎn)物為混合物）CCOOGOH羥基首先進攻活潑的羰基羥基首先進攻活潑的羰基 OCCOPhCHOCOHOPhH3COOCH3*1)OH-2)H3O+C COCH3OCH3O OOCH32OHCCOOHKOH/n-BuOH/H2O回流94%CH2COOHCCCH2COOHOO(HOOCCH2)2OHCCOOHKOH/H2O檸

12、檬酸反應實例反應實例OOOOHCOOHKOH/H2OSeO2OOOHOCOOHKOH/H2OH C C HO OHCHCOOHOHKOH/H2OH遷移反應實例反應實例1.2 1.2 重排到缺電子的氮原子上重排到缺電子的氮原子上1.貝克曼（貝克曼（Beckmann）重排）重排酮肟在酸性條件下（酮肟在酸性條件下（PCl5、H2SO4)重排生成重排生成N-取代酰胺的反應取代酰胺的反應第二節(jié)第二節(jié) 由碳原子到雜原子的重排由碳原子到雜原子的重排1 Beckmann重排重排1 1 BeckmannBeckmann重排重排醛肟或酮肟在酸性催化劑作用下重排生成取代酰胺的反應醛肟或酮肟在酸性催化劑作用下重排生成

13、取代酰胺的反應RCRNOHRCNHROH機理機理: :RCRNOHHRCRNOH2親核重排RCNRRCNRRCONHRH2ORCOOHRNH2+CRRONH2OHCRNOHROHHCRRNOHH+CRRNOH2+-H2OCRRN+CRN+RH2OCRN+RH2O-H+CRNROHRNHCR O反應機理：反應機理：(1) 催化劑催化劑: 質子酸質子酸 H+ , H2SO4, HCl, H3PO4 非質子酸非質子酸PCl5, SOCl2, TsCl, AlCl3 RCRNOHRCRNOHHR和 R相差不大時,會發(fā)生異構化但R=CH3, R=Ph不會發(fā)生異構化用質子酸用質子酸(極性溶劑中極性溶劑中)

14、催化時催化時, 存在異構化問題存在異構化問題(2)肟的結構肟的結構 OCH3NCH3HOH2NOHHNHOCH3脂環(huán)酮肟發(fā)生擴環(huán)反應生成內酰胺脂環(huán)酮肟發(fā)生擴環(huán)反應生成內酰胺PhCHCH3CCH3NOHCH3CONHCHPhCH3*H構型保持率99.6%芳脂酮肟不易發(fā)生異構化，得芳胺重排產(chǎn)物芳脂酮肟不易發(fā)生異構化，得芳胺重排產(chǎn)物 1、羥基的離去與基團的遷移是同時進行、羥基的離去與基團的遷移是同時進行 2、與羥基處于反位的基團發(fā)生遷移、與羥基處于反位的基團發(fā)生遷移 3、遷移基團若有手性時，遷移過程中構型保持不變、遷移基團若有手性時，遷移過程中構型保持不變(3) 重排特點重排特點NHHOHH+110

15、HHNOHNHHOHH110HHNOHONH2OHNOHH+NHO己內酰胺己內酰胺N-苯基甲酰胺(E)主(Z)次N-甲基苯甲酰胺C=O+NH2OHC6H5CH3-H2OC=NOHC6H5CH3:C=NOHC6H5CH3:CH3CNHC6H5C6H5CNHCH3=O=OH2SO4H2SO4HCC NOHCH3t-Bu=CH3CNH=OHCBu-tCH2CH3H+CH3CH2用途：用途：1、由酮制備酰胺、羧酸和胺、由酮制備酰胺、羧酸和胺2、由重排后的產(chǎn)物確定酮肟的構型、由重排后的產(chǎn)物確定酮肟的構型酰酰胺胺羧羧酸酸胺胺H+H3O+C=NOHCH3CNHCH3=OCOOHCH3NH2C=NOHCH3C

16、NHCH3=OCOOHCH3NH2 根據(jù)水解得到的產(chǎn)物可推知酰胺的結構，根據(jù)酰胺的結構根據(jù)水解得到的產(chǎn)物可推知酰胺的結構，根據(jù)酰胺的結構和基團反式遷移的規(guī)律，可進一步推知原來肟的構型為和基團反式遷移的規(guī)律，可進一步推知原來肟的構型為Z型。型。H+H3O+貝克曼（Beckmann）重排OH2NOH+NOHH+NOH2+CN+CNOHNHOH2OH+NH(CH2)5COnH+H2SO43、工業(yè)化：尼龍、工業(yè)化：尼龍-6的合成的合成尼龍尼龍61.3 重排到缺電子的氧原子上重排到缺電子的氧原子上1. 氫過氧化物的重排氫過氧化物的重排 異丙苯氧化法生產(chǎn)苯酚異丙苯氧化法生產(chǎn)苯酚CCH3CH3OOHH+CC

17、H3CH3OOH2+-H2OCCH3CH3O+OCCH3CH3+H2OOCCH3CH3+OH2OH+CCH3CH3O基團遷移能力順序：基團遷移能力順序： 芳基叔烷基仲烷基正丙基芳基叔烷基仲烷基正丙基H 乙基甲基乙基甲基2. Baeyer-Villiger重排重排(氧化氧化)CRRO+COROOHCRROOHCOROCORO-+CRROOH+CROROH+CRORO基團遷移的順序為：基團遷移的順序為：叔烷基仲烷基芳基伯烷基甲基叔烷基仲烷基芳基伯烷基甲基芳基：芳基：p-CH3O-C6H4- C6H5- p-NO2-C6H4-1.3 重排到缺電子的氧原子上重排到缺電子的氧原子上小小 結結缺電子中心缺

18、電子中心C+ 片吶醇重排、片吶醇重排、 瓦格涅爾瓦格涅爾-麥爾外因重排；麥爾外因重排； 杰姆楊若夫重排；杰姆楊若夫重排； 二苯基乙二酮二苯基乙二酮-二苯基羥基乙酸重排二苯基羥基乙酸重排N+ 貝克曼重排；貝克曼重排；O+ 過氧化氫烴重排過氧化氫烴重排 拜伊爾拜伊爾-維利格反應維利格反應2 離子型重排反應離子型重排反應-親電重排親電重排 缺電子原子或基團轉移到相鄰的富電子的原子上。缺電子原子或基團轉移到相鄰的富電子的原子上。大多數(shù)親電重排是在堿中進行的。大多數(shù)親電重排是在堿中進行的。ABGHB-HB:AB:-GA:-BG1. Stevens重排重排 季銨鹽（季銨鹽（ -位有吸電子基）在堿催化條件下

19、，重排生成叔胺的位有吸電子基）在堿催化條件下，重排生成叔胺的反應（連有活潑亞甲基的季銨鹽的重排）反應（連有活潑亞甲基的季銨鹽的重排）N CH2R1R2ZR3BNCHR1R2ZR3NCHR1R2ZR3NCHR1R2ZR3氮 葉 立 德Z=-Ph, -CH=CH2, -C-RO吸 電 子 基團B:強 堿(NaNH2) NCH3NaNH2PhHNCH3NCH3烯丙基遷移遷 移 順 序 :炔 丙 基 、 烯 丙 基 、 芐 基 、 烷 基PhPhPhNH2C=HC-H2CCH2-CH=CH2KOHCH3OHNC-CH=CH2CH2=CH-CH2SPhCOCH2CH2PhCH3+HO-SPhCOCHCH

20、2PhCH3+-rearrangementCHCH2PhPhCOSCH32. Wittig重排重排 醚類化合物在烴基鋰或氨基鈉等強堿的作用下醚類化合物在烴基鋰或氨基鈉等強堿的作用下醚分子中的一個烷基發(fā)生位移生成醇的反應醚分子中的一個烷基發(fā)生位移生成醇的反應R1CH2OR2RLiCHOHR1R2R1CH2OR2B：R1HCOR2R1HCOR2R1CHOR2R1CHOR2R1-CHO +R2 LiR1CHOR2分子內分子間同時存在CH2OCHCH3PhPhCHOHPhCHPhCH3n-BuLi30%保留構型（三元環(huán)）70%消旋化：R 平面結構從兩個方面進攻C=O遷移能力：CH2=CH-CH2-C6

21、H5CH2-CH3C2H5p-NO2PhPhHOCH2-CH=CH2HOCH2-CH=CH2 KOH H2OCH2OHCH2OHO -H2OH2SO4n-BuLiOH -H2O菲PhCH2OCH2PhNaNH2PhCH-O-CH2PhPhCH=O +CH2PhPhCH=OCH3Ph+Ph-CCH2PhOH二苯甲醚進行此重排時，除得正常產(chǎn)物外，還得少量苯甲醛和甲苯 SCH3CH3+NaOHH2O_SCH2CH3+_HCH2SCH3CH2SCH34. Fries重排重排OCOCH3AlCl3HeatOHCOCH3+OHCOCH3H3COCOCH3165 CO25 COH3COHH3COCCOCH3

22、H3COHOCOCH3Cl3AlO+OHCOCH3OCOCH3AlCl3OAlCl3+RCOOCl3AlHCOR+OCl3AlHCORHRO+熱熱力力學學產(chǎn)產(chǎn)物物動動力力學學產(chǎn)產(chǎn)物物5. Favorski 重排重排 a-a-鹵代酮在堿的作用下重排得羧酸鹽（酯）鹵代酮在堿的作用下重排得羧酸鹽（酯） RCRXCCH3ORCCH3RCOOEtRCCH3RCOOHRCCH3RCNH2OEtONa/EtOHNaOHNaNH2-鹵代酮的反應基團遷移到鹵素位置基團遷移到鹵素位置RH2CCHCRXOEtONa(EtO-)RHCCHCRXO-XRHCHCRCOEtONaRHCHCRCOOEtabRHCHCRCO

23、OEtRH2CHCRCOOEta)HRHCHCREtOOCRHCH2CRCOOEtb)HClCCH3OOOCOOEtCH2CH2COOEtEtONaEtONaEtOC 所連接的取代基越少越穩(wěn)定主ClO*O*OEtOCOEtOEtONa-ClHEtONaOClCOEtO+*50%50%*次次小小 結結 法沃斯基（法沃斯基（Favorskii）重排）重排 斯蒂文（斯蒂文（Stevens）重排）重排 薩姆勒特薩姆勒特-霍瑟（霍瑟（Sommelet-Hauser）重排）重排 魏悌息（魏悌息（Wittig）重排）重排 弗里斯（弗里斯（Fries）重排）重排3 通過卡賓或氮賓為中間體的重排反應通過卡賓或氮

24、賓為中間體的重排反應1.通過碳烯（卡賓）重排：通過碳烯（卡賓）重排： Wolff（沃爾夫）和（沃爾夫）和Arndt-Eistert重排重排 a-a-重氮酮在加熱、光照或銀離子催化下經(jīng)?；枷┲嘏懦梢蚁┩氐诩訜?、光照或銀離子催化下經(jīng)?；枷┲嘏懦梢蚁┩猂CCRNNOOCCRR光 或 熱Ag +或 Cu2+RCCRO+N2OCCHRH2OROHNH3RNH2RCH2COOHRCH2COORRCH2CONH2RCH2CONHR由酸出發(fā)制備多由酸出發(fā)制備多一個碳的羧酸衍生物一個碳的羧酸衍生物2.通過氮賓中間體的重排：通過氮賓中間體的重排：2.1 R C NH2ORNH2NaOXor X2/NaOHRCHNOBrRC NH2OBr2-HBrRCNOBrOHRCNO-BrOCNRHOCNRHOHOCHNROH2OCO2NH2R+HOCNROCH3H3CO CNHROH3COCOHOHOCH3NH2R+當酰胺基的當酰胺基的a a- -碳上有羥基、氨基、鹵素、烯鍵時碳上有羥基、氨基、鹵素、烯鍵時 RHCXCONH2RHCXNH2RCOHH2OX=鹵 素 , -OH, -NH2C2H5CC2H5BrCONH2C2H5CC2H5ONaOBrH2OPhHCHCCONH2PhHCCHCONH2PhH2CCHNHPhH2CCHONaOBrH2OH2O PhH2CCCONH2HCH3*PhH