第六章重排反应

1、第六章第六章 重排反应重排反应重排反应重排反应有机化学中的变形金刚有机化学中的变形金刚重排反应：重排反应：在试剂、加热或其他因素影响下，分子中某些原在试剂、加热或其他因素影响下，分子中某些原子或基团发生转移或分子碳骼改变生成新的物质的反应。子或基团发生转移或分子碳骼改变生成新的物质的反应。重排反应的分类重排反应的分类重排类型重排类型离子型机理重排离子型机理重排卡宾卡宾carbenecarbene、氮宾、氮宾nitrenenitrene机理重排机理重排亲核重排亲核重排亲电重排亲电重排周环机理重排（周环机理重排（-键迁移重排）键迁移重排）( (自由基型机理重排自由基型机理重排) )1 离子型重排反

2、应离子型重排反应亲核重排亲核重排原子或基团带着一对电子转移到相邻的缺电子的原子上CCM+CCM+缺电子中心缺电子中心C+ 片呐醇重排、麦尔外因重排；片呐醇重排、麦尔外因重排；N+ 贝克曼重排；贝克曼重排；O+ 过氧化氢烃重排过氧化氢烃重排/拜尔拜尔-维利格反应维利格反应1.1 重排到缺电子的碳原子上重排到缺电子的碳原子上 1. 片呐醇（片呐醇（Pinacol）重排）重排CRCROH OHRCRCRORRR片呐醇片呐醇（Pinacol）片呐酮片呐酮（Pinacolone）反应历程CCH3CCH3OH OHCH3CH3H+CCH3CCH3OH OHCH3CH3H+-H2OCCH3CCH3OHCH3

3、CH3+重 排CCH3CCH3CH3CH3OH：+CCH3CCH3OCH3CH3注意点： R：脂肪烃基、脂环烃基、芳基 R: 可各不相同，也可部分相同或全同。问题： 如果R为4个不同的基团时： 哪个羟基先被H+进攻，再失水生成C+？ 与C+相邻的基团中哪个基团先转移？ 反应的立体化学要求。CRCROH OHRCRCRORRRA. 羟基脱去的难易取决于碳正离子的稳定性羟基脱去的难易取决于碳正离子的稳定性CC6H5CC6H5OH OHCH3CH3H+-H2OCC6H5CC6H5OHCH3CH3+CC6H5CC6H5OHCH3CH3+碳正离子稳定性碳正离子稳定性,首先生成首先生成CC6H5CC6H5

4、OH OHCH3CH3H+-H2OCC6H5CC6H5OHCH3CH3+CC6H5CCH3OCH3C6H5CC6H5CC6H5OHCH3+CH3B.基团迁移的活性取决于基团的亲核性基团迁移的活性取决于基团的亲核性 一般规律：Ar(CH3)3C (CH3)2CH CH3CH2CH3H芳环上有邻对位取代基，增大迁移倾向，芳环上有邻对位取代基，增大迁移倾向，但但邻位有邻对位取代基，则降低迁移倾向；邻位有邻对位取代基，则降低迁移倾向；芳环上有间位基，降低迁移倾向。芳环上有间位基，降低迁移倾向。COHCOHOMeMeOCH3CH3H+Other access to generate the carboc

5、ation intermediate?发生类似反应底物的：发生类似反应底物的：卤代醇、氨基醇、环氧化物卤代醇、氨基醇、环氧化物 卤素和银离子结合，从而形成碳正离子卤素和银离子结合，从而形成碳正离子环氧化合物在酸性条件下的历程环氧化合物在酸性条件下的历程H3CCCH3OHCCH3CH3NH2H3CCCH3CH3CCH3OHNO2H3CCCH3OCCH3CH3H3CCCH3CH3CCH3OH+H3CCCH3OHCCH3CH3XH3CCCH3CH3CCH3OAgNO3重排反应的立体化学重排反应的立体化学问问 题：题：n 迁移基团迁移前后构型是否变化；迁移基团迁移前后构型是否变化；n 迁移起点的碳和迁

6、移终点的碳构型是否变化；迁移起点的碳和迁移终点的碳构型是否变化； n 迁移基团与离去基团的空间位置的关系。迁移基团与离去基团的空间位置的关系。在同一反应体系中：在同一反应体系中：CArCArOH OHCH3CH3H+CArCArOH OHC2H5C2H5CArCArCH3OCH3CArCArC2H5OC2H5CArCArC2H5OCH3无无CArCArCH3OC2H5说明重排反应是在分子内部进行的。说明重排反应是在分子内部进行的。+三中心二电子过渡态三中心二电子过渡态（1）迁移基团的构型不变）迁移基团的构型不变（2）迁移基团和离去基团处于反式）迁移基团和离去基团处于反式HOHHNH2HRR =

7、C(CH3)3HNO2HOHHN2HR+HHRHOH+-H+OHOHNH2HHRHNO2HOHN2HHR+-N2RHHCHOH+-H+RCHO2. 瓦格涅尔瓦格涅尔-麦尔外因（麦尔外因（Wangner-Meerwein）重排）重排 醇在酸催化下进行亲核取代或消除反应时，或卤代烃在进醇在酸催化下进行亲核取代或消除反应时，或卤代烃在进行亲核取代或消除反应时，烯烃进行亲电加成时发生的重排行亲核取代或消除反应时，烯烃进行亲电加成时发生的重排R2CR3R1COHR4R5R2CR3R1CR4R5R1CR2CR3R4R5R1CR2CR3R4R5OHH+(-H2O)重排H2O(-H+)典型的碳正离子重排典型的

8、碳正离子重排1.1 重排到缺电子的碳原子上重排到缺电子的碳原子上(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)卤代烃卤代烃 Ag+ AlClAg+ AlCl3 3 (b)-OH, (b)-OH, 加加 H H+ + (-H (-H2 2O)O)形成形成碳正离子碳正离子的几种方式的几种方式迁移基团迁移顺序迁移基团迁移顺序ClR3C-R2CH-RCH2-CH3-H-OCH3苯的迁移速度为甲基的苯的迁移速度为甲基的3000倍倍PhCC

9、H3CH3HCCH3OTsH3CCCH3HCCH3Ph反应实例反应实例(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%反应实例反应实例3、杰姆

10、杨若夫、杰姆杨若夫(Demjanov)重排重排 脂肪族的伯胺与亚硝酸作用形成碳正离子，重排的反应脂肪族的伯胺与亚硝酸作用形成碳正离子，重排的反应 CCH3CH2CH3CH3NH2H+CCH3CH2CH3CH3N2+NaNO2- N2CCH3CH2CH3CH3+CCH3CH2CH3CH3+-H2OCCH3CH2CH3CH3OH1.1 重排到缺电子的碳原子上重排到缺电子的碳原子上4. 二苯基乙二酮二苯基乙二酮二苯基羟基乙酸的重排二苯基羟基乙酸的重排PhCOCOPh1)OH-2)H3O+PhCCOOHOHPh（1 1）历程）历程 OCPhCOPhOH-CHOCOPhPhO-CHOCO-PhOPhC-

11、OCOHPhOPhCHOCOHPhOPhH3O+1.1 重排到缺电子的碳原子上重排到缺电子的碳原子上特点：特点：碱碱(无机碱醇溶液无机碱醇溶液),若有机碱若有机碱(CH3ONa, t-BuOK)得到酯得到酯 ArCCOROH OArCCOOGG为吸电子基时,G所在的芳环迁移（实际产物为混合物）CCOOGOH羟基首先进攻活泼的羰基羟基首先进攻活泼的羰基 OCCOPhCHOCOHOPhH3COOCH3*1)OH-2)H3O+C COCH3OCH3O OOCH32OHCCOOHKOH/n-BuOH/H2O回流94%CH2COOHCCCH2COOHOO(HOOCCH2)2OHCCOOHKOH/H2O柠

12、檬酸反应实例反应实例OOOOHCOOHKOH/H2OSeO2OOOHOCOOHKOH/H2OH C C HO OHCHCOOHOHKOH/H2OH迁移反应实例反应实例1.2 1.2 重排到缺电子的氮原子上重排到缺电子的氮原子上1.贝克曼（贝克曼（Beckmann）重排）重排酮肟在酸性条件下（酮肟在酸性条件下（PCl5、H2SO4)重排生成重排生成N-取代酰胺的反应取代酰胺的反应第二节第二节 由碳原子到杂原子的重排由碳原子到杂原子的重排1 Beckmann重排重排1 1 BeckmannBeckmann重排重排醛肟或酮肟在酸性催化剂作用下重排生成取代酰胺的反应醛肟或酮肟在酸性催化剂作用下重排生成

13、取代酰胺的反应RCRNOHRCNHROH机理机理: :RCRNOHHRCRNOH2亲核重排RCNRRCNRRCONHRH2ORCOOHRNH2+CRRONH2OHCRNOHROHHCRRNOHH+CRRNOH2+-H2OCRRN+CRN+RH2OCRN+RH2O-H+CRNROHRNHCR O反应机理：反应机理：(1) 催化剂催化剂: 质子酸质子酸 H+ , H2SO4, HCl, H3PO4 非质子酸非质子酸PCl5, SOCl2, TsCl, AlCl3 RCRNOHRCRNOHHR和 R相差不大时,会发生异构化但R=CH3, R=Ph不会发生异构化用质子酸用质子酸(极性溶剂中极性溶剂中)

14、催化时催化时, 存在异构化问题存在异构化问题(2)肟的结构肟的结构 OCH3NCH3HOH2NOHHNHOCH3脂环酮肟发生扩环反应生成内酰胺脂环酮肟发生扩环反应生成内酰胺PhCHCH3CCH3NOHCH3CONHCHPhCH3*H构型保持率99.6%芳脂酮肟不易发生异构化，得芳胺重排产物芳脂酮肟不易发生异构化，得芳胺重排产物 1、羟基的离去与基团的迁移是同时进行、羟基的离去与基团的迁移是同时进行 2、与羟基处于反位的基团发生迁移、与羟基处于反位的基团发生迁移 3、迁移基团若有手性时，迁移过程中构型保持不变、迁移基团若有手性时，迁移过程中构型保持不变(3) 重排特点重排特点NHHOHH+110

15、HHNOHNHHOHH110HHNOHONH2OHNOHH+NHO己内酰胺己内酰胺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、由酮制备酰胺、羧酸和胺、由酮制备酰胺、羧酸和胺2、由重排后的产物确定酮肟的构型、由重排后的产物确定酮肟的构型酰酰胺胺羧羧酸酸胺胺H+H3O+C=NOHCH3CNHCH3=OCOOHCH3NH2C=NOHCH3C

16、NHCH3=OCOOHCH3NH2 根据水解得到的产物可推知酰胺的结构，根据酰胺的结构根据水解得到的产物可推知酰胺的结构，根据酰胺的结构和基团反式迁移的规律，可进一步推知原来肟的构型为和基团反式迁移的规律，可进一步推知原来肟的构型为Z型。型。H+H3O+贝克曼（Beckmann）重排OH2NOH+NOHH+NOH2+CN+CNOHNHOH2OH+NH(CH2)5COnH+H2SO43、工业化：尼龙、工业化：尼龙-6的合成的合成尼龙尼龙61.3 重排到缺电子的氧原子上重排到缺电子的氧原子上1. 氢过氧化物的重排氢过氧化物的重排 异丙苯氧化法生产苯酚异丙苯氧化法生产苯酚CCH3CH3OOHH+CC

17、H3CH3OOH2+-H2OCCH3CH3O+OCCH3CH3+H2OOCCH3CH3+OH2OH+CCH3CH3O基团迁移能力顺序：基团迁移能力顺序： 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基团迁移的顺序为：基团迁移的顺序为：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 重排到缺电子的氧原子上重排到缺电子的氧原子上小小 结结缺电子中心缺

18、电子中心C+ 片呐醇重排、片呐醇重排、 瓦格涅尔瓦格涅尔-麦尔外因重排；麦尔外因重排； 杰姆杨若夫重排；杰姆杨若夫重排； 二苯基乙二酮二苯基乙二酮-二苯基羟基乙酸重排二苯基羟基乙酸重排N+ 贝克曼重排；贝克曼重排；O+ 过氧化氢烃重排过氧化氢烃重排 拜伊尔拜伊尔-维利格反应维利格反应2 离子型重排反应离子型重排反应-亲电重排亲电重排 缺电子原子或基团转移到相邻的富电子的原子上。缺电子原子或基团转移到相邻的富电子的原子上。大多数亲电重排是在碱中进行的。大多数亲电重排是在碱中进行的。ABGHB-HB:AB:-GA:-BG1. Stevens重排重排 季铵盐（季铵盐（ -位有吸电子基）在碱催化条件下

19、，重排生成叔胺的位有吸电子基）在碱催化条件下，重排生成叔胺的反应（连有活泼亚甲基的季铵盐的重排）反应（连有活泼亚甲基的季铵盐的重排）N CH2R1R2ZR3BNCHR1R2ZR3NCHR1R2ZR3NCHR1R2ZR3氮 叶 立 德Z=-Ph, -CH=CH2, -C-RO吸 电 子 基团B:强 碱(NaNH2) NCH3NaNH2PhHNCH3NCH3烯丙基迁移迁 移 顺 序 :炔 丙 基 、 烯 丙 基 、 苄 基 、 烷 基PhPhPhNH2C=HC-H2CCH2-CH=CH2KOHCH3OHNC-CH=CH2CH2=CH-CH2SPhCOCH2CH2PhCH3+HO-SPhCOCHCH

20、2PhCH3+-rearrangementCHCH2PhPhCOSCH32. Wittig重排重排 醚类化合物在烃基锂或氨基钠等强碱的作用下醚类化合物在烃基锂或氨基钠等强碱的作用下醚分子中的一个烷基发生位移生成醇的反应醚分子中的一个烷基发生位移生成醇的反应R1CH2OR2RLiCHOHR1R2R1CH2OR2B：R1HCOR2R1HCOR2R1CHOR2R1CHOR2R1-CHO +R2 LiR1CHOR2分子内分子间同时存在CH2OCHCH3PhPhCHOHPhCHPhCH3n-BuLi30%保留构型（三元环）70%消旋化：R 平面结构从两个方面进攻C=O迁移能力：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二苯甲醚进行此重排时，除得正常产物外，还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+热热力力学学产产物物动动力力学学产产物物5. Favorski 重排重排 a-a-卤代酮在碱的作用下重排得羧酸盐（酯）卤代酮在碱的作用下重排得羧酸盐（酯） RCRXCCH3ORCCH3RCOOEtRCCH3RCOOHRCCH3RCNH2OEtONa/EtOHNaOHNaNH2-卤代酮的反应基团迁移到卤素位置基团迁移到卤素位置RH2CCHCRXOEtONa(EtO-)RHCCHCRXO-XRHCHCRCOEtONaRHCHCRCOOEtabRHCHCRCO

23、OEtRH2CHCRCOOEta)HRHCHCREtOOCRHCH2CRCOOEtb)HClCCH3OOOCOOEtCH2CH2COOEtEtONaEtONaEtOC 所连接的取代基越少越稳定主ClO*O*OEtOCOEtOEtONa-ClHEtONaOClCOEtO+*50%50%*次次小小 结结 法沃斯基（法沃斯基（Favorskii）重排）重排 斯蒂文（斯蒂文（Stevens）重排）重排 萨姆勒特萨姆勒特-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 通过卡宾或氮宾为中间体的重排反应通过卡宾或氮

24、宾为中间体的重排反应1.通过碳烯（卡宾）重排：通过碳烯（卡宾）重排： Wolff（沃尔夫）和（沃尔夫）和Arndt-Eistert重排重排 a-a-重氮酮在加热、光照或银离子催化下经酰基碳烯重排成乙烯酮重氮酮在加热、光照或银离子催化下经酰基碳烯重排成乙烯酮RCCRNNOOCCRR光 或 热Ag +或 Cu2+RCCRO+N2OCCHRH2OROHNH3RNH2RCH2COOHRCH2COORRCH2CONH2RCH2CONHR由酸出发制备多由酸出发制备多一个碳的羧酸衍生物一个碳的羧酸衍生物2.通过氮宾中间体的重排：通过氮宾中间体的重排：2.1 R C NH2ORNH2NaOXor X2/NaOHRCHNOBrRC NH2OBr2-HBrRCNOBrOHRCNO-BrOCNRHOCNRHOHOCHNROH2OCO2NH2R+HOCNROCH3H3CO CNHROH3COCOHOHOCH3NH2R+当酰胺基的当酰胺基的a a- -碳上有羟基、氨基、卤素、烯键时碳上有羟基、氨基、卤素、烯键时 RHCXCONH2RHCXNH2RCOHH2OX=卤 素 , -OH, -NH2C2H5CC2H5BrCONH2C2H5CC2H5ONaOBrH2OPhHCHCCONH2PhHCCHCONH2PhH2CCHNHPhH2CCHONaOBrH2OH2O PhH2CCCONH2HCH3*PhH