高等有机第九章 分子重排反应

1、济南大学济南大学 化学化工学院化学化工学院第九章第九章 分子重排反应分子重排反应P1 -22 郭晓琴2012080116P23-44 陈 颖2012080119P45-65 张志梅2012080118目录（3学时）一一. .分子重排反应的分类分子重排反应的分类 1. 1.分子内重排及分子间重排分子内重排及分子间重排 2. 2.按反应历程分类按反应历程分类 3. 3.按不同元素间的迁移分类按不同元素间的迁移分类 4. 4.按迁移的相对位置分类按迁移的相对位置分类 5. 5.按化合物和官能团分类按化合物和官能团分类二.亲核重排二二. .亲核重排亲核重排 1.1,2 1.1,2迁移重排迁移重排 2.

2、 2.碳碳- -碳的重排碳的重排 3. 3.碳碳- -碳的重排碳的重排 4. 4.碳碳- -碳的重排碳的重排三三. .亲电重排亲电重排 1.Favorskii 1.Favorskii重排重排 2.Stevens 2.Stevens重排重排 3.Wittig 3.Wittig重排重排 4.Meisenheimer 4.Meisenheimer重排重排 5.Neber 5.Neber重排重排 6.Lossen 6.Lossen重排重排四四. .芳环上的重排芳环上的重排 1.1.联苯胺重排联苯胺重排 2.Fries 2.Fries重排重排 3. 3.苯醚重排苯醚重排 4.Fischer-Hepp 4

3、.Fischer-Hepp重排重排 5.N- 5.N-重氮基重排重氮基重排 6.Orton 6.Orton重排重排五五. .自由基的重排自由基的重排CCOOOCH2CH2O尼龙尼龙-66-66的工业废料含有相对分子量小的聚的工业废料含有相对分子量小的聚酯化合物，如何将其转化成重要的医药中间酯化合物，如何将其转化成重要的医药中间体对苯二胺和乙二醇？体对苯二胺和乙二醇？什么是分子重排反应？什么是分子重排反应？分子中共价键结合顺序发生变化的分子中共价键结合顺序发生变化的反应。反应。这种改变可导致重键位置的转移、这种改变可导致重键位置的转移、官能团的转移、扩环官能团的转移、扩环/ /缩环或基本碳缩环或

4、基本碳架的改变等等。架的改变等等。形式上看，某些周环反应也可以看形式上看，某些周环反应也可以看作是重排反应。作是重排反应。一一. .分子重排反应的分类分子重排反应的分类1 1. .分子内重排及分子间重排分子内重排及分子间重排 按照重排发生在分子内或分子间分为：按照重排发生在分子内或分子间分为：分子内重排分子内重排发生重排的原子及原子团始终没有脱发生重排的原子及原子团始终没有脱离原来的分子。离原来的分子。分子间重排分子间重排迁移的原子或原子团在没有重排到新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。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

5、判别以上两种历程可以通过不同底物的交叉实验得以判别2.2.按反应历程分类按反应历程分类 按照迁移集团的电性分类按照迁移集团的电性分类: :l 亲核重排亲核重排l 亲电重排亲电重排l 自由基重排自由基重排 MABYMABMABMABABMABMABM（亲核重排）（亲电重排）(自由基重排)M=迁移基团（migration group0；Y=离去基团；A=重排始点；B=重排终点 亲核重排（Nuclcophilic rcarrangement)CH3CH2CH2CH2OHHCH3CH2CH2CH3OH2H2OCH3CH2CHCH2HCH3CH2CH2CH4CH3CHHCHCH3亲电重排（Electro

6、philic rearrangement)PhCH2O CH3PhLiC6H6PhCH2O CH3LiPhCHCH3OLiH2OPh CHCH3OH自由基重排（Radical rearrangement)CClClCHClCH2Cl C CClClCH2BrCClCHClCH2BrBr2CBrClClCHClCH2BrBrCl 按迁移始点和终点元素的不同分类： 从碳原子到另一个碳原子（CC) 从碳原子到氮原子（CN) 从氮原子到碳原子（NC) 从碳原子到氧原子（CO) 从氧原子到碳原子（OC） 其它杂原子与碳原子间重排3.按不同元素间的迁移分类4.按迁移的相对位置分类 1，2迁移重排 1，3迁

7、移重排 1，5迁移重排 1，7迁移重排 3，3迁移重排 3，5迁移重排 脂肪族化合物重排 芳香族化合物重排 杂环化合物重排5.按化合物和官能团分类 亲核重排的一般步骤： 第一步：缺电子中心的创建； 第二步：迁移基团带着一对电子迁移至缺电子中心，同时迁移的始点成为缺电子中心； 第三步：满足迁移始点外层8电子的结构（消除或亲核试剂结合）。二.亲核重排1.1，2迁移重排（1）1，2H迁移重排（酸性介质中）C6H5CC6H5CHHC6H5CC6H5C6H5CHHC6H5碳正离子的寿命约长，碳正离子的寿命约长，H位移的机位移的机会越多。会越多。中环化合物（中环化合物（8-11）中，氢容易发）中，氢容易发

8、生越过环的转移。生越过环的转移。（2）1,2C迁移重排碳正离子重排的最普通的方式碳正离子重排的最普通的方式反应特点反应特点：迁移基团的构型保持不变。2.2.碳碳碳的重排碳的重排CCH3H3CCH3CH2OHHClCCH3H3CCH3CH2OH2H2OCCH3H3CCH3CH2（1）Wagner-Meerwein 当醇羟基的-碳原子是个仲或叔碳原子时，在酸催化脱 水反应中，常常会发生重排反应，得到重排产物。亲核重排CCH3H3CCH2CH3CCH3CH CH3H3C消除产物CH3CClCH3CH2CH3取代产物通过生成碳正离子中间体进行的实验证明：实验证明：Wagner-Meerwein重拍反应

9、是按重拍反应是按SN1碳正离子的历程进行的。碳正离子的历程进行的。重排的趋势一般取决于碳正离子的相对稳定性。重排的趋势一般取决于碳正离子的相对稳定性。CCH3CH3CHH3CPhBrSN1CH3CCH3CH3CHPhCH3CCH3CHCH3PhCCH3H3CCHCH3CH3产物CH3CCH3CH3CHBrCH3SN1CH3CCH3CH3CHCH3迁移基团的迁移基团的活性顺序活性顺序CH3OClCH2CHR3CR2CHCH3H脂环伯胺在亚硝酸作用下发生的脱氮重排反应，常常伴随着环的扩大和缩小，称为Demyanov重排反应。 可用于制备三员到八员环的脂环化合物。CH2NH2HNO2N2CH2H2O

10、HHCH2OHCH2NH2HNO2N2H2OHHOHCH2NH2HNO2N2CH2H2OHH(2)频哪醇重排（Pinacol Rearrangement) 邻二醇在酸作用下发生重排反应，生成醛和酮。CH3CCH3OHCCH3OHCH3CH3CCH3OH2CCH3OHCH3HH2OCH3CCH3CCH3CH3OH2 2，3-3-二甲基二甲基-2,3-2,3-丁二醇丁二醇（频哪醇，（频哪醇，Pinacol)Pinacol)CH3CCH3CH3COHCH3HCH3CCH3CH3COCH3甲基叔丁基酮甲基叔丁基酮（频哪酮）（频哪酮）注意（1）哪个羟基被质子化？脱水形成稳定碳正离子C6H5)2COHC(

11、CH3)2H(C6H5)2CC(CH3)2OHH(C6H5)2CH2CH3COCH3(C6H5)2COHC(CH3)2HC6H5COC(CH3)2C6H5（主要产物）（次要产物）（次要产物）.哪个基团优先转移？COHCH3C6H5COHCH3C6H5H+CH3COCC6H5CH3C6H5表表12-1 12-1 几种迁移基团在重排中转移的相对速率几种迁移基团在重排中转移的相对速率电负性大，体积小.迁移反应的立体化学反式迁移OHH3CHOCH3CH3H3COH+ 快快CH3HOHOCH3CH3COCH3H+ 慢CH3HOCH3+CH3CH3HO+卤代醇和氨基醇一频哪醇重排COHCH3CC6H5CH

12、3NH2C6H5HNO2CC6H5OCCH3CH3C6H5+CCH3COCH3C6H5C6H5CCH3COHC6H5CH3BrC6H5CCC6H5CH3CH3C6H5O+CCCH3C6H5C6H5H3COAgNO3OHOHH+OOH2021-12-15.小环扩环 2021-12-15（3）乙二醇重排无无-H的的1，2-乙二酮乙二酮在在强碱强碱作用下，生成作用下，生成-羟基酸羟基酸COCOKOHH3OCCOOHOHCCOOCCHOOOPhCCOHOOCCOHOO迁移基团不是转移到碳正迁移基团不是转移到碳正离子上，而是转移到离子上，而是转移到具有具有电正性的羰基碳原子电正性的羰基碳原子上。上。迁移

13、2021-12-15以以MeO?或或BuO?代替代替OH?，则生成酯，则生成酯。CCPhOCCPhOOPhOMe(Ph)2COCOOMePhOH+(Ph)2COHCOOMe芳香族，脂肪族，脂环族及杂环族的-二酮都可以发生类似的重排注意注意a.反应较适合于芳香反应较适合于芳香-二酮。二酮。因为带有因为带有-氢的脂肪族氢的脂肪族=二酮在碱二酮在碱的存在下易发生羟醛缩合，使收率降低。的存在下易发生羟醛缩合，使收率降低。b.不能用不能用EtO?和和i-PrO?代替代替OH?，因为这些负离子会将二酮还原，因为这些负离子会将二酮还原成醇酮。成醇酮。也不能用也不能用ArO?，因为它是一个弱碱，不符合反应的要

14、求。，因为它是一个弱碱，不符合反应的要求。（4）醛酮烷基的迁移反应）醛酮烷基的迁移反应CCR4R1R3R2OH+CCR1R4R3R2OCR2R4R3CR1OHCCR4R3R2R1OHCR3OHCR4R1R2碳正离子中间体碳正离子中间体环氧中间体环氧中间体 两次重排两次重排酸酸催化作用下催化作用下，醛酮的烷，醛酮的烷基移位基移位，生成新的醛酮生成新的醛酮（5）CR2NHR4CR3R1OH+CR1NHR4CR3R2OCR2NHR4R3CR1OHCNHR4R3CR2OHR1-氨基酮的热重排氨基酮的热重排加热加热条件下条件下，酮的烷基与氨基碳上的烷基互换。酮的烷基与氨基碳上的烷基互换。 碳碳-氮的重排

15、氮的重排（1）Beckmamn重排重排醛醛或或酮酮 在酸（硫酸，五氧化二磷）作用下重排为在酸（硫酸，五氧化二磷）作用下重排为酰胺酰胺的反应的反应CRRH+NOHCRRNOH2CRNRH2OCRNROH2HCHNRRH+CHNROROH迁移基团的构迁移基团的构型保持型保持反式迁移反式迁移（2）Hofmann重排重排 酰胺的降解成胺酰胺的降解成胺在在碱碱性溶液中，用性溶液中，用氯或溴氯或溴或或酰伯胺酰伯胺作用作用生成少一个碳的生成少一个碳的伯胺伯胺。CNH2RONaOHRNH2BrH2CNH2R+Br2H2CNHBrROH-CNRBrO-Br-H2CNRNRCOH2OCOHOHNRCOHNROHC

16、O2RNH2迁移基团的构迁移基团的构型保持型保持乃春乃春-消除消除（3）Wolff重排重排重氮酮重氮酮在在AgO，光或热，光或热的作用下，与的作用下，与水，醇或胺水，醇或胺反应，生成相反应，生成相 应的应的羧酸，酯，酰胺。羧酸，酯，酰胺。CCH2N2ROAg2O-N2CCHROCCHRO 烯酮烯酮卡宾卡宾迁移基团的构型迁移基团的构型保持保持羧酸羧酸酯酯酰胺酰胺水水醇醇胺胺2021-12-15 4.碳碳-氧的重排氧的重排（1）过氧化氢重排）过氧化氢重排 酸酸作用下，作用下，过氧化物过氧化物经脱水，烷基移动、加水后，形成经脱水，烷基移动、加水后，形成酮和酚酮和酚的反应的反应 基团迁移能力顺序基团迁

17、移能力顺序 CCH3CH3OOHH+CCH3CH3OOH2-H2OCCH3CH3OOCCH3CH3H2OOCCH3CH3OH2-H+OHCH3COCH3+(CH3)3C(CH3)2CHCH3CH2CH3Ph H+ 2021-12-15(2).Baeyer-Villger重排重排酮酮与与过氧酸过氧酸作用，在分子中插入氧生成作用，在分子中插入氧生成酯酯的反应的反应基团的亲核性越大，迁移的倾向性也越大 迁移基团的构型保持迁移基团的构型保持+CRORHOOCORCOORROCOR-H+CORRO-RCO2-2021-12-15 三三.亲电重排亲电重排第一步：分子中脱去一个正离子，留下碳负离子或具有未共

18、用电子对的 活泼富电子中心。第二步：相邻的基团以正离子形式转移过来，该转移基团所遗留的一对电子，可以吸取一个质子。 碳负离子重排碳负离子重排2021-12-151.Favorskii重排重排 - -卤代酮卤代酮（氯，溴或碘）在（氯，溴或碘）在碱碱催化下重排生成催化下重排生成羧酸或羧酸或酯酯的反应的反应CCR2ClR3R1O-OR4H2CCR2R1R3R4O碱为RO?一酯；碱为OH?一羧酸；碱为 一酰胺?RNH2如为环状如为环状-卤代酮，则导致环缩小。卤代酮，则导致环缩小。OBrNaOH,H2OCO2NaH+CO2H反应历程要求在反应历程要求在-卤代羰基的另一侧有卤代羰基的另一侧有 -HCCCR

19、3R5R6ClOR2HOR4CCCOR5R6R3R2ClSN2CCCOR2R3R5R6OR4CCR2R3R5R6COR4OCCR5CR2R3OR4OCR5CHR6CR2R3OR4O碳负离子碳负离子亲电重排亲电重排环丙酮环丙酮中心体中心体碳负离子碳负离子开环方向取决于生成碳负离子的稳定性开环方向取决于生成碳负离子的稳定性2021-12-15CCH2PhCH2OClCCH3PhCHOClPhOH2CCORCHOCHCOROC6H5CH2PhRO?2021-12-152.Stevens重排重排季胺（硫）盐分季胺（硫）盐分子中与氮原子相连的碳原子上具有吸电子中与氮原子相连的碳原子上具有吸电子的取代基时

20、，在强碱作用下，重排得到子的取代基时，在强碱作用下，重排得到叔胺（硫醚）叔胺（硫醚）。NRRRH2CYNaNH2NRRHCYRSRRH2CYCHSRYR BY=RCO,ROOC,Ph最常见的迁移基团：烯丙基、二苯甲基、最常见的迁移基团：烯丙基、二苯甲基、3-苯基丙炔基、苯基丙炔基、苯甲酰甲基等。苯甲酰甲基等。反应机理反应的第一步使碱夺取酸性的-氢原子形成内鎓盐，然后重排得三级胺。NRRRCH2YNaNH2HCYNRRRNRRHCRY 迁移基团的构型保持迁移基团的构型保持NRRHCYR3.Witting重排醇溶液中，醚在强碱性试剂作用下，醚分子中的烷基或芳基迁移到碳原子上，使醚转变为醇的反应。较

21、强的碱（烷基锂、苯基锂或氨基钠等）才能达到脱去质子的目的R1,R2通常可以为烷基，也可以使芳基。基团的迁移能力一般式：烯丙基，苄基乙基甲基苯基解水CHRR2OLi+RHCH2ROR2H3OCHOHRR2ROHR3Li4.Meisenheimer4.Meisenheimer重排重排叔胺氧化物在加热条件下，重排得到取代羟胺NRRRONRRRO5.Neber重排6.Lossen重排自学四.芳环上的重排与与X X取代基相连的原子或原子团，在取代基相连的原子或原子团，在酸酸的作用下，转的作用下，转移到芳环的移到芳环的邻位或对位邻位或对位。这种重排涉及芳环，所以称为芳环上的重排。这种重排涉及芳环，所以称为

22、芳环上的重排。XYXHY+XHY 1.1.联苯胺重排联苯胺重排NHNHH+H2NNH2H2NNH270%30%此外还有少量副产物此外还有少量副产物NHNH20.3%邻苯胺基苯胺（邻半联胺）NH2NH20.3%2,2-二氨基联苯NHH2N1.0%对苯胺基苯胺（对半联胺）二苯肼二苯肼用用强酸强酸处理，发生分子内重排反应生成处理，发生分子内重排反应生成联苯胺联苯胺。 酸首先使反应物中碱性较强的氮原子质子化，酸首先使反应物中碱性较强的氮原子质子化，N-NN-N键减弱。键减弱。同时由于电子效应的影响，使一个苯环的邻对位碳子上显负同时由于电子效应的影响，使一个苯环的邻对位碳子上显负电性，另一个苯环的邻、对

23、位或对位显正电性；电性，另一个苯环的邻、对位或对位显正电性； 这样通过静电吸引，相互接近而这样通过静电吸引，相互接近而形成新的形成新的C-CC-C键，同时键，同时N-NN-N键断裂键断裂而完成重排。而完成重排。HNNHH2NNH 2.Fries2.Fries重排重排酚酯酚酯在在LewisLewis酸酸（AlClAlCl3 3、ZnClZnCl2 2或或FeClFeCl3 3等）的等）的催化下，酰基迁移到芳环的邻位或对位，而生催化下，酰基迁移到芳环的邻位或对位，而生成成邻、对位酚酮邻、对位酚酮的混合物。的混合物。OCORAlCl3OHCOROHCRO低温低温（如室温），有利于形成（如室温），有利

24、于形成邻位邻位产物（动力学控制）；产物（动力学控制）；高温高温，有利于形成，有利于形成对位对位产物（热力学控制）。产物（热力学控制）。反应机理反应机理分子内分子内- -分子间重排学说分子间重排学说OCOCH3AlCl3OCOCH3AlCl3-OAlCl3-分子内重排分子内重排分子间重排分子间重排CH3C=OOHCOCH3OHCOCH33.3.苯醚重排苯醚重排苯醚苯醚在在LewisLewis酸酸（AlCl3AlCl3、ZnCl2ZnCl2或或FeCl3FeCl3等）的等）的催化下，烷基迁移到芳环的邻位或对位，而生催化下，烷基迁移到芳环的邻位或对位，而生成成邻、对位烷基酚邻、对位烷基酚的混合物。的

25、混合物。ORAlCl3OHR+OHR 自学自学4.Fischer-Hepp4.Fischer-Hepp重排重排5.N-5.N-重氮基重排重氮基重排6.Orton6.Orton重排重排五.自由基的重排自由基重排反应少得多。自由基重排反应少得多。当发生自由基重排时，一般都是先生成当发生自由基重排时，一般都是先生成自由基自由基，然后再，然后再发生基团的转移。而迁移基团也必须是带有单个电子。发生基团的转移。而迁移基团也必须是带有单个电子。ABZZBA因为形成具有芳环的单电子过渡态比较稳定，因为形成具有芳环的单电子过渡态比较稳定，迁移基迁移基团往往是芳基团往往是芳基。通常情况下，烷基不发生迁移。通常情况下，烷基不发生迁移。醛的分解醛的分解发生苯基迁移重排，涉及发生苯基迁移重排，涉及苯桥自由基中间体苯桥自由基中间体或过渡态：或过渡态：Ph3C CH2CHOt-BuOPh3C CH2C O-COPh3C CH2Ph迁移Ph2C CH2PhPh2C CH2PhPh2C CH2PhPh2C CH2PhPh3C CH2CHOPh2CH CH2Ph(无Ph3C CH3生成生成)第九章第九章作业答案及课堂测试作业答案及课堂测试第九章作业(C6H5)2CC(CH3)2OH OHH1.1.完成反应