第十章-重排反應(yīng)

第十章重排反應(yīng)

（Rearrangementreaction）引起重排反應(yīng)的可能原因被認(rèn)為是在反應(yīng)試劑或其他反應(yīng)條件的影響下，分子因暫時產(chǎn)生不穩(wěn)定中心（如離子和自由基等）而促使了分子結(jié)構(gòu)的重組以降低其能量，形成更加穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。按形成的不穩(wěn)定中心的不同，重排反應(yīng)可以劃分為親電重排、親核重排和自由基重排等。按遷移原子或基團遷移前后所連接的原子的不同來分類，則可分為碳-碳重排、碳-雜重排和雜-碳重排等。第一節(jié)親電性重排反應(yīng)有機化合物中，羰基或其他吸電子基團（Electron-withdrawinggroup,EWG）或電負(fù)性較大的原子（如氧原子、氮原子）相連的α-碳原子上的氫具有一定的酸性，可在強堿的作用下形成碳負(fù)離子。若分子內(nèi)還含有其他缺電子性親電基團的話，則可引起親電性重排反應(yīng)，生成相應(yīng)的重排產(chǎn)物。一、Favorskii重排反應(yīng)α-鹵代酮在堿的作用下重排生成羧酸或其衍生物的反應(yīng)稱為Favorskii重排反應(yīng)，根據(jù)所用堿的不同（苛性堿、醇鹽或胺），可分別得到羧酸、酯或酰胺。Favorskii重排反應(yīng)機理在堿性條件下，非氯所在的α-氫被堿奪取后所形成碳負(fù)離子，發(fā)生分子內(nèi)親核取代形成橋環(huán)化合物，三元環(huán)的張力推動了其羰基與堿之間的親核加成和開環(huán)反應(yīng)，生成環(huán)戊基甲酸。Favorskii重排反應(yīng)應(yīng)用Favorskii重排反應(yīng)主要應(yīng)用于多個側(cè)鏈取代的羧酸和縮環(huán)羧酸的合成中。二、Stevens重排反應(yīng)

季銨鹽或锍鹽在強堿的作用下發(fā)生[1,2]-重排生成胺或者硫醚的反應(yīng)稱為Stevens重排反應(yīng)。Stevens重排反應(yīng)機理反應(yīng)可采用離子對機理（Ionic-pairmechanism）和自由基對機理（Radical-pairmechanism）來解釋。Stevens重排反應(yīng)應(yīng)用脫氧可待因D（10-2）的全合成路線之一，是通過Stevens重排反應(yīng)來構(gòu)建B環(huán)Stevens重排反應(yīng)的規(guī)律1.失去質(zhì)子的部位連有吸電子基團或生成的碳負(fù)離子可以通過離域得以穩(wěn)定；2.重排基團一般為芐基、烯丙基或吸電子取代的烷基；3.若重排基團存在手性中心，該基團在重排前后的構(gòu)型保持不變。Stevens重排反應(yīng)的規(guī)律三、Wittig重排反應(yīng)醚類化合物（除了烯丙基醚，因為烯丙基醚主要發(fā)生[2,3]-重排，屬于協(xié)同重排類型）在強堿性條件下轉(zhuǎn)變?yōu)樘钾?fù)離子后，醚鍵另一側(cè)的烷基極易發(fā)生[1,2]-遷移到碳負(fù)離子上，發(fā)生重排而形成醇，此即Wittig重排反應(yīng)。遷移順序為叔烷基＞仲烷基＞伯烷基＞甲基Wittig重排反應(yīng)實例四、Fries重排反應(yīng)酚酯在過量的Lewis酸或質(zhì)子酸存在下加熱，可發(fā)生?；嘏欧磻?yīng)，生成鄰羥基和對羥基芳酮的混合物。重排可以在硝基苯、硝基甲烷等溶劑中進(jìn)行，也可無溶劑直接加熱進(jìn)行。Fries重排反應(yīng)實例第二節(jié)親核性重排親核重排反應(yīng)又稱“缺電子重排”，通常是遷移基團以富電子的形式轉(zhuǎn)移到缺電子中心的過程。通常正離子形成的方式主要有離子化和π鍵與酸的加成兩種方法。一、Wagneer-Meerwein重排反應(yīng)醇或鹵代烷在質(zhì)子酸或路易斯酸催化下在發(fā)生相關(guān)反應(yīng)的過程中，可能生成的碳正離子中間體，與之相連的另一個碳上的芳基、烷基或氫遷移至正電荷的碳上，生成更加穩(wěn)定碳正離子的反應(yīng)稱為Wagneer-Meerwein重排反應(yīng)?；鶊F遷移的趨勢是H＞芳香環(huán)＞烷基。二、Pinacol重排反應(yīng)

在酸的催化下，鄰二叔醇失去一分子水，形成碳正離子，經(jīng)過R基團的[1,2]-遷移，重排生成醛或酮的反應(yīng)稱為Pinacol重排反應(yīng)。遷移基團的活性趨勢是苯基＞烷基＞氫。當(dāng)芳基上包含有不同取代基時，也會影響遷移活性，推電子基有利于芳基遷移。大體上變化趨勢為：對甲氧基取代＞對甲基取代＞鄰甲基取代＞鄰甲氧基取代＞無取代＞對氯取代＞間甲氧基取代＞間氯取代。Pinacol重排反應(yīng)碳正離子10-21中氫的轉(zhuǎn)移，是通過C-Hσ鍵與共平面的空P軌道之間相互作用轉(zhuǎn)移電子的方式完成，最終形成酮10-22。實現(xiàn)定向的Pinacol重排，可先選擇性磺?；岣咂潆x去能力來引導(dǎo)反應(yīng)的進(jìn)行。含有脂環(huán)基結(jié)構(gòu)的Pinacol醇的重排反應(yīng)，能夠完成藥物合成過程中環(huán)的擴張或環(huán)縮小，也能用于螺環(huán)酮的合成。在脂環(huán)系統(tǒng)中，若兩個羥基處于一個環(huán)上，且呈順式，處于離去羥基的背向氫原子遷移，得到甲基環(huán)己酮Semipinacol重排

具有特殊結(jié)構(gòu)的非Pinacol醇，在進(jìn)行一些相關(guān)化學(xué)轉(zhuǎn)化的過程中會發(fā)生Pinacol重排反應(yīng)，得到酮類化合物，這類重排反應(yīng)稱為Semipinacol重排。氯胺酮合成過程中環(huán)己酮部分的的生成就是利用了Semipinacol重排反應(yīng)擴環(huán)得到的。三、Benzilicacid重排反應(yīng)

二苯基乙二酮在堿的作用下重排生成α-二苯基羥基乙酸衍生物反應(yīng)被稱為Benzilicacid重排反應(yīng)。使用醇鉀（如叔丁醇鉀），重排產(chǎn)物為相應(yīng)的α-羥基乙酸酯（10-31）。Benzilicacid重排反應(yīng)實例如果是非對稱的乙二酮，重排反應(yīng)表現(xiàn)出一定的選擇性。二芳基乙二酮的重排產(chǎn)物與環(huán)上取代基的電子效應(yīng)相關(guān)。使用含有α-氫的醇鹽（10-34）進(jìn)行反應(yīng)時，發(fā)生歧化反應(yīng)，將負(fù)氫轉(zhuǎn)移到底物碳原子上，將底物還原為α-羥基酮（10-35）。四、Beckman重排反應(yīng)

肟類化合物在酸性條件下重排形成N-烴基酰胺的反應(yīng)稱為Beckmann重排。Beckman重排反應(yīng)影響因素Beckmann重排反應(yīng)受多種因素的影響，如催化劑、反應(yīng)溶劑、肟的結(jié)構(gòu)等。催化Beckmann重排的常用催化劑包括質(zhì)子酸（如硫酸、鹽酸、多聚磷酸和三氟磺酸等）、路易斯酸（三鹵化硼、三鹵化鋁、四氯化鈦和氯化鋅等）、三氯氧磷、五氯化磷、氯化亞砜、甲磺酰氯等。質(zhì)子酸作催化劑在許多情況下，因肟發(fā)生構(gòu)型的轉(zhuǎn)化而導(dǎo)致Beckmann重排產(chǎn)物為混合物，使其失去了使用價值，特別是在極性溶劑中，更為嚴(yán)重。Beckmann重排反應(yīng)受溶劑的影響也是非常明顯的，反應(yīng)在非極性溶劑中極不理想。如果溶劑具有強的親核能力的話，重排的產(chǎn)物可能是胺的其他衍生物。Beckman重排反應(yīng)實例Beckman重排反應(yīng)應(yīng)用在甾體藥物的合成中借助此反應(yīng)實現(xiàn)降級反應(yīng)，選擇性地從分子中轉(zhuǎn)移部分結(jié)構(gòu)。阿奇霉素合成

五、Baeyer-Villiger氧化重排反應(yīng)

在酸的催化下，醛或酮與過氧酸反應(yīng)，在烴基和羰基間插入氧原子生成酯的反應(yīng)稱為Baeyer-Villiger氧化重排反應(yīng)。Baeyer-Villiger重排反應(yīng)機理反應(yīng)實例遷移能力:叔烷基＞環(huán)己基，仲烷基，芐基，苯基＞伯烷基＞甲基第三節(jié)自由基重排和碳烯、氮烯重排促進(jìn)反應(yīng)發(fā)生的動力是新形成的自由基具有更高的穩(wěn)定性，能量更低。另一類可發(fā)生重排反應(yīng)質(zhì)體為卡賓（碳烯）和乃春（氮烯），在重排反應(yīng)中有著廣泛的應(yīng)用。碳烯又稱卡賓，與碳自由基一樣，屬于不帶正負(fù)電荷的中性活潑中間體。氮烯又稱乃春，是卡賓（碳烯）的氮類似物，通式R-N:，其中氮原子周圍有6個電子，具親電性。

一、Wolff重排反應(yīng)

α-重氮酮在光、熱或過渡金屬催化劑（如氧化銀）作用下，放出氮氣生成卡賓中間體，然后發(fā)生1,2-重排反應(yīng)生成烯酮的反應(yīng)稱為Wolff重排反應(yīng)。Wolff重排反應(yīng)應(yīng)用二、Arndt-Eistert反應(yīng)

活化的羧酸（酰氯或酸酐）與重氮甲烷反應(yīng)得到的α-重氮酮，在金屬催化劑（氧化銀等）和親核試劑（如水）作用下，經(jīng)過Wolff重排反應(yīng)生成多一個碳原子的羧酸的反應(yīng)稱作Arndt-Eistert反應(yīng)。三、Curtius重排反應(yīng)

?；B氮化合物加熱分解生成異氰酸酯的反應(yīng)稱為Curtius重排反應(yīng)反應(yīng)在非質(zhì)子溶劑下進(jìn)行，得到較高收率的異氰酸酯；若在水、醇或胺中進(jìn)行，則得到胺、取代脲或氨基甲酸酯。Curtius重排反應(yīng)的應(yīng)用四、Schmidt重排反應(yīng)

在酸的催化下，羧酸和酮（或醛）與疊氮酸反應(yīng)，生成伯胺、酰胺（或腈）的反應(yīng)稱為Schmidt重排反應(yīng)。機理Schmidt重排反應(yīng)實例五、Lossen重排反應(yīng)

異羥肟酸經(jīng)過O-?；螅诩訜峄驂A性條件下發(fā)生遷移重排生成異氰酸酯的反應(yīng)稱為Lossen重排反應(yīng)。Lossen重排反應(yīng)應(yīng)用異羥肟酸不能直接發(fā)生Lossen重排反應(yīng)，