分子重排反应PPT演示课件

第七章分子重排反应,1,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。,A:重排起点原子,B:重排终点原子,W:重排基团,2,重排反应的分类,（一）按照分子内或分子间进行重排分为：1.分子内重排发生重排的原子或原子团始终没有脱离原来的分子。2.分子间重排迁移的原子或原子团在没有重排到新的位置前,就完全与原来的分子脱离。以上两种历程可以通过不同底物的交叉实验得以判别。,3,4,5,（二）按照所经历的活泼中间体或历程分类：1.正离子重排（缺电子重排）2.负离子重排（富电子重排）3.-键迁移重排4.自由基重排,6,缺电子重排：,富电子重排：,7,自由基重排：,8,1.从碳原子到另一碳原子（CC）2.从碳原子到氮原子（CN）3.从氮原子到碳原子（NC）4.从碳原子到氧原子（CO）5.从氧原子到碳原子（OC）6.其它杂原子与碳原子间重排,（三）按元素分类：,9,重排反应方式的判断方法,10,重排反应的动力,从不稳定结构趋向于稳定结构,11,12,缺电子重排（亲核重排）,缺电子体系的重排亦称亲核重排。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：,式中A为C、N、O原子，Z为X、O、S、C、N、H。,缺电子重排的中间体为碳正离子、卡宾Carbene、氮宾Nitrene。,13,例如：,甲基带着一对成键电子向伯碳正离子迁移，生成新的仲碳正离子，在此过程中，可以将迁移甲基看作是亲核试剂。,14,15,碳正离子重排,当反应物分子在反应过程中生成一个正碳离子时，其邻位碳上的烃基或氢带着键合电子对断裂下来并迁移到这个正碳上，从而生成一个新的更稳定的正碳离子，然后发生进一步变化而得重排产物。,(a)卤代烃在酸催化下进行亲核取代或消除（Ag+AlCl3）,(d)含-NH2,重氮化放氮,形成C+的方式,(b)醇在酸催化下进行亲核取代或消除反应(OH,加H+(-H2O),(c)烯烃亲电加成,16,实例分析1：,17,实例分析2:,18,1）甲基迁移,共轭,19,2）氢迁移,3）苯基迁移,20,基团的迁移顺序,哪个基团先迁移？是C6H5还是R？,21,基团的迁移顺序-反应事例1,22,基团的迁移顺序-反应事例2,23,经过碳正离子的重排中，一般为反式迁移，基团迁移的活泼性顺序大致为：,转移基团的电子密度越高，亲核能越大，越易转移。,24,苯的迁移速度为甲基的3000倍,25,反应实例,26,27,注意不同结构的不同情况：,Stablecation,Stablecation,Wagner-Meerwein（瓦格奈尔-梅尔外英）重排,醇或卤代烃在酸催化下进行亲核取代或消除时烯烃进行亲电加成时发生的重排,发生的重排,在质子酸或Lewis酸催化下生成的碳正离子中，烷基、芳基或氢从一个原子通过过渡态，迁移至相邻带正电荷碳原子的反应称Wagner-Meerwein重排。,28,极不稳定,机理：,29,转变成更稳定的正离子是重排的一个动力，另外，转变成中性化合物也是重排的一种动力，有时为促进重排，常在离去基或其-位上引入活性基团。如庚醇（heptanol）在三苯基膦的作用下，经重排、水解得双环2.2.1庚醇：,30,原菠烷正离子和萜类化合物的亲核重排在环上的反应。,31,瓦格奈尔-梅尔外英（Wagner-Meerwein）重排在这些经过碳正离子的重排中，一般为反式迁移，基团迁移的活泼性顺序大致为：,32,频呐醇（Pinacol）重排,邻二醇（或邻二官能团）合成酮的方法,反应机理:在H+作用下失去一分子水，生成碳正离子，R作1,2-迁移，最后失去质子，得到醛或酮。,在酸催化下，邻二叔醇失去一分子水，重排成醛或酮的反应称Pinacol重排。,33,不仅邻二醇（二叔、叔仲、双仲醇），而且卤代醇、氨基醇也可能发生片呐醇重排。,34,35,(a)四个取代基相同,单一产物,(b)对称,四取代乙二醇的频呐醇重排,在酸催化下脱去任何一个羟基，得到相同的碳正离子，生成何种产物主要取决与R和R的迁移能力；在对称的邻二叔醇重排中，一般来讲，其迁移能力为：芳基烃基，如,36,频呐醇反应中的几个问题：,（1）不对称的取代乙二醇R1R2C(OH)-C(OH)R3R4中，哪个羟基离去，取决于碳正离子的稳定性。,与供电基团相连的碳原子上的-OH易于失去，由于供电基团使-OH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。一船说来，对-OH离去难易影响的顺序为：p甲氧苯基苯基烷基H,37,例1.,例2.,38,例3.,39,（2）当形成碳正离子相邻碳上两个基团不同时，能使正电荷稳定较多的基团优先转移。,空间位阻不大时：,质子化以后，亲核性强的基团优先迁移，迁移基团迁移活泼性顺序如下：,对甲氧基苯基对甲基苯基苯基对溴苯基烷基氢,40,邻甲氧基空间阻碍大，迁移能力小，其它次序和亲核性相一致。,氢的迁移能力表现得不规律，有时小于烷基，有时大于芳基。,主产物,41,（3）迁移基团与离去基团处于反式位置时能迅速重排；处于顺式位置时反应很慢并导致环缩小。,42,反应经过了一个邻基参与的三元环状碳正离子，因此重排基团和离去的质子化羟基处于反式位置时有利。,注意：瓦格奈尔-米尔文重排，是从一个碳正离子重排成一个更稳定的碳正离子；而频呐醇重排是从一个碳正离子重排为另一个更稳定的盐离子。,43,片呐醇重排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。,44,45,脂环族氨基醇和脂环族卤代醇则发生扩环或缩环的反应,46,Semipinacol重排,从邻二叔醇重排反应机理看，生成酮的重排过程中先消除一个羟基，生成了位碳正离子的中间体，在发生重排反应。因此，凡能生成相同中间体的其他类型反应物,均可进行类似的Pinacol重排，得到酮类化合物。这类重排称Semipinacol重排。,47,氨基醇也可片呐醇（Pinacol）重排,48,碳烯重排,经过Carbene的重排,Wolff重排：-重氮酮在Ag2O存在下，或者加热、光解下，失去N2，重排得烯酮。其烯酮进一步反应生成羧酸、酯、酰胺或酮。,49,脂环烃的-重氮酮经光分解、重排得到缩环产物。,50,抗HIV病毒药物Oxetanocin可通过该重排而制得中间体，经还原、脱保护而制得产品。,51,阿恩特-埃斯特尔特（Arndt-Eistert）合成,由于-重氮酮不易制备，使该重排反应受到一定限制。Amdt-Eistert等用酰氯与重氮甲烷反应得-重氮酮，再经Wolff重排，生成比原酰氯多一个碳原子的羧酸，该反应称Amdt-Eistert反应。,52,氮烯重排,经过Nitrene的重排,53,54,当酰胺基的-碳上有羟基、氨基、卤素、烯键时,55,当酰胺基的-碳上有手性，重排后，构型不变,56,当酰胺分子的适当位置有羟基、氨基存在时，可以成环,57,二元酸的酰亚胺：,58,Curtius（库尔悌斯）重排,酰基叠氮化物在惰性溶剂中加热分解生成异氰酸酯，后者分别发生水解、醇解、胺解等生产胺、氨基甲酸酯、和取代脲等。,59,Schmidt（施密特）重排,羧酸、醛或酮分别与等摩尔的叠氮酸(HN3)在强酸(硫酸、聚磷酸、三氯乙酸等)存在下发生分子内重排分别得到胺、腈及酰胺：,其中以羧酸和叠氮酸作用直接得到胺的反应最为重要。羧酸可以是直链脂肪族的一元或二元羧酸、脂环酸、芳香酸等；与Hofmann重排、Curtius反应和相比，本反应胺的收率较高。,60,反应机理本反应的机理与Hofmann重排、Curtius反应和Lossen反应机理相似，也是形成异氰酸酯中间体,61,当R为手性碳原子时，重排后手性碳原子的构型不变：,62,例,63,Lossen重排,酰氯或酯等羧酸衍生物与羟胺发生作用得到的异羟肟算或其O-酰基衍生物在单独加热或在碱脱水剂（P2O5、Ac2O、SOCl2）存在下加热发生重排，生成异氰酸再经水解，脱羧转变为伯胺。,当R为手性碳原子时，重排后手性碳原子的构型不变：,64,Beckmann重排（氮正离子重排）,肟在酸如硫酸、多聚磷酸以及能产生强酸的五氯化磷、三氯化磷、苯磺酰氯、亚硫酰氯等作用下发生重排，生成相应的取代酰胺。,65,贝克曼（Beckmann）重排机理,以上几步在反应中几乎是连续同时发生的，转移基团只能从羟基的背面进攻缺电子的氮原子，因此基团为反位迁移，反应产物具有立体专一性。,66,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。,67,检验肟的构型,68,(2)肟的结构,脂环酮肟发生扩环反应生成内酰胺,芳酯酮肟不易发生异构化，得芳胺重派产物,69,应用,70,拜耶尔维利格（Baeyer-Villiger）重排分子内CO重排,酮在过氧酸的作用下，氧原子插入到羰基和迁移基团之间生成酯的重排反应。反应过程：过氧酸先与羰基进行亲核加成，然后酮羰基上的一个烃基带着一对电子迁移到-O-O-基团中与羰基碳原子直接相连的氧原子上，同时发生O-O键异裂。,71,重排机理：,72,烷基的迁移次序为：,叔烷基仲烷基苯基伯烷基甲基,比如，下列酮进行拜耶尔维利格重排时，氧原子插入到箭头所指位置：,73,富电子重排,它是包含产生负离子中间体的重排。,这类重排在碱性条件下进行，一般说来，这种经由负碳离子中间体的重排不如前述经由正离子中间体的亲核重排普遍。该类重排大多数亦属1，2重排。,74,斯蒂文（Stevens）重排,在-碳原子上连有吸电子基的季铵盐，在强碱作用下，脱去一个活泼氢生成叶立德，烃基从氮原子迁移到邻近负碳离子上，而生成叔胺的反应。,机理：,75,76,在进行Stevens重排时，应注意以下几点：,在烯丙基季铵盐中，由于叶立德中负离子直接和乙烯基相连，出现离域作用，得1,2-迁移和1,4-迁移的混合物，而且产物的比例与反应条件密切相关。,增加溶剂的极性和温度均有利于1,4-迁移的生成。,77,该重排为立体专一性反应，如果迁移具有手性，重排后构型保持不变。,如果吸电子基（Z）为芳基时。Stevens重排将和Sommelet-Hauser重排进行竞争生成一定比例的Stevens重排产物和Sommelet-Hauser重排产物。,78,邻二酮重排,在强碱催化下，二芳基乙二酮重排为二芳基乙二酸的反应。,安息香酸,机理：,79,萨姆勒特-霍瑟（Sommelet-Hauser）重排,在季铵盐或锍盐中，如果有一个苯甲基，用氨基钠处理，发生如下重排，反应和斯蒂文重排相似。,互变异构为稳定的产物,80,注意：氮或硫原子上连接的烷基不能有-氢，否则发生消除反应，得不到重排产物。,81,魏悌息（Wittig）重排,在醇溶液中，醚与强碱如烷基锂、苯基钾、氨基钠等作用，醚分子中的烃基发生位移得到醇的反应称Wittig重排。,其中，R、R为烷基、芳基或烯基。迁移基团R的迁移能力大致循下列顺序：CH2=CH-CH2PhCH2Me-EtPh-,机理：,82,83,法沃斯基（Favorskii）重排,-卤代酮类在碱性催化剂(ROK、RONa、Na0H等)存在下发生重排生成羧酸或羧酸酯(NH3存在时生成酰胺)：,-基团迁移到卤素位置,84,反应中究竟以A方式开环，还是以B方式开环，则决定于碳负离子的稳定性。,机理,85,主要产物,产物的生成方式,碳负离子中的碳所连接的取代基越少越稳定,86,87,(CH3)2CBrCOR中的R为甲基、乙基或正丙基时，用干燥的烷氧化物在乙醚中重排，产率为3969；R为异丙基时，产率只有29；R为叔丁基时不发生此重排反应。当与卤素相邻碳上有烷基取代时，有利于重排反应进行。,脂肪族-卤代酮的法沃斯基重排，对结构因素和反应条件很敏感。比如：,88,利用-卤代环酮的重排反应，可以合成环缩小的羧酸。,89,环丙酮中间体的生成和卤原子的离去，实验证明一般为协同反应，类似于分子内SN2反应，反应具有立体专一性。,90,-二卤代酮和,-二卤代酮进行重排时，产物为不饱和酸（酯）。,91,环氧丙烷重排反应,环氧丙烷在BF3作用下开环氧化重排成醛。,92,芳环上的重排,芳香重排是一类用酸或Lewis酸催化的重排反应。在该类反应中，O取代酚和N取代芳胺中与杂原子相连的集团重排到芳基的邻位或对位。,联苯胺重排分子内重排,在强酸催化下，氢化偶氮苯类重排成4,4-二氨基联苯类的反应。,93,反应机理（自由基离子对机理）：,94,将两个底物混合反应，是证实分子间重排或分子内重排的重要依据。,实验证明，联苯胺重排只发生分子内重排不发生交叉重排。,95,偶联可以发生在对位、邻位或氮原子上：,96,N-取代苯胺重排,重排产物主要为对位，对位占据时重排至邻位。,97,弗里斯（Fries）重排分子间,酚类的羧酸酯在Lewis酸（AlCl3、FeCl3、ZnCl2等）存在下，加热重排生成邻、对位酚酮混合物的反应。,98,邻位和对位异构体的比率与反应的温度、溶剂和催化剂有关，一般低温有利于产生对位产物，高温有利于产生邻位产物。,99,反应机理:,分子内重排产物,分子间重排产物,100,克莱森（Claisen）重排,烯丙基芳基醚在高温（190200）下，发生3,3-迁移生成烯丙基酚的反应。,101,烯丙基苯基醚,环状过渡态,3,3迁移,邻烯丙基苯酚