高等有机重排反应机理

1、重排反应Molecular Rearrangementsch3 ch3-cch-ch3ch3-c=ch-ch3ch2=c主要ch-ch3ch3少量Wagner-Meerwein重排（烯坯制备）RCONH2 + NaOBr水解a R-N = C = O iRNH2Hofmann重排（降解）竣酸衍生物制备胺重排反应的定义分子中的基团从一个位置迁移到另一个新的位置的反应RG = rearrangement groupsRGB(1)位置 1，2重排和非1，2重排:多数重排是从一个原子向邻近原子迁移1,2迁移。 长距离迁移很少。(2)反应历程带着电了对迁移,可以称为亲核或阴离子重排,可看作亲核试剂。不带

2、电子对迁移，可以称为亲电或阳离子重排，迁移氢叫做质子转移重排。 带一个电子迁移，称为自由基重排。(3) 基团断开与否可分为分子间(迁移基团RG与A完全分离，移到另一个分子的B上)和分子内 (迁移基团RG从同一个分子的A上移到B上)重排。(4) 按元素分类根据迁移基团从某种元素的原子迁移到另一种原子上分为：c T c，c T N,C->O 等等。重排反应历程的研究方法一 交叉实验法“分子内重排和分子间重排在反应混合物中加入另一种化合物，观察产物的变化。或者将两种可以发生重排的反应物放在一 起，分子间重排，有交叉产物产生，分子内重排，无交叉产物产生。器k醫基豔翥籍霽重排产物为对氨基偶氮担如果

3、有曜酚存在只得到和咏酚Ns N- NHZ ccr 二二立体化学的研究三示踪原子法用示踪原子法的方法，可以得到一些直接有用的信息。Claisen重排是通过示 踪原子方法对其历程进一步确证的。四中间体的研究重排反应的中间体有的可以分离、鉴定或者捕捉来进行研究。如贝克曼重排中间体可以用核磁共振谱直接证明，而且可以加入试剂进行捕捉。RnMgX+R'C二 N RRHIRC=NRRn2AlSR,!RC=NR、亲核 二、亲电 三、自由基重排重排重排排一 亲核重排在亲核重排中，迁移基团带一对电子转移到缺电子的原子上。重排反应分为三步：1.创造一个缺电子的六电子中心；2.真正的迁移，产生新缺电子中心；3

4、.新的缺电 子中心获得电子。多数情况是第二和三步同时发生。产生带六个电子原子中心的两个重要的方法：1.碳正离子的形成，例如醇与酸的反应RRR口+IIOCcOH C-C-OH2 C-C®2氮烯的形成，酰基叠氮的分解CHOCHO+另外，还有碳烯和缺电子氧原子的形成可以得到缺电子体系。亲核重排大部分是1, 2-重排，亲核的1, 2-重排的动力来自三个方面:1重排成更稳定的正离子。如仲碳正离子或伯碳正离子重排成叔碳正离子。2通过重排转化为更加稳定的中性化合物。如片哪醇重排成酮。3重排后减少空间张力。如伯碳正离子重排成叔碳正离子，正离子更加稳 定，空间阻力减小。CH3I ®ch3c-

5、ch2 ch3 C - ch2ch3IIch3ch3又如a -菠烯重排生成氯化顼也是张力减小的过程。C11-1Wagner-Meer we in®M反应物：一级或二级醇（卩位具有两个或三个桂基或芳香基） 反应条件：酸性条件ch3CCH- CH3ch3 OHch3ch3cch-ch3I Ich3 oh2产物：烯桂ch3ch3比。. CH3 C CH- CH3 A CH3 C C= CH2CH3ch3少量正常产物車排ch3CH2=CCH- CH3ch3ch3+ CH3C= CH-CH3 «Ich3CH3 CCH- CH3ch3少最主要（稳定）直接产生重排的碳正离子本身必须稳定下

6、来，通常是失去B氢, 因此产物多为烯婭。反应特点：(1)如果失去质子有多种选择的话，产物由Zaitsev规则决定。 Zaitzevg则：醇失水形成烯坯时，如果醇轻基有两个卩碳 原子，含氢较少的卩碳原子提供质子。(2)氢负离子可以迁移。(3)反应最后步骤也可能是取代反应而不是消去。离去基团不一定是水，可以是产生碳正离子的任何物种, 如氢原子。氢负离子重排的例子： 反应最后步骤是取代反应CH3CH2CH2Br + AlBr3CH3CH2CH® +AlBr4-CH3CHCH3 +AlBr4-BrIA CH3CHCH31-2 Pinanol 贅排反应物：邻二反应条件：酸性条件CH3J +3H

7、C3HCICIO +ch3 ch3-c-IOHH+CICIOCICIO-3Hc3H3-C3 H - H CICIC-H+CHO-3HcCH3ch3Cc-ch3 II IOH CH3+相继发生基团迁移，缺电子中心转移到轻基的氧上,疑基质子化，失水成碳正离子，氧为8个电子所以比较稳定，失去质子生成酮。Pinanol重排的几个问题：(1) 不对称取代醇中形成的碳正离子的稳定性决定了哪个轻基的质子化;(2) 碳正离子的邻碳有不同取代基，提供电子稳定正电荷较多的基团优先转移;(3) 迁移基团与离去基团处于反式位置。另外，a位有OH基的碳正离子化合物均有可能发生这种重排(1) 卩氨基醇，与亚硝酸作用发生重

8、排;(2) 碘代醇，在氧化汞或硝酸银作用下;(3) 烯丙醇在能使其双键质子化的强酸作用下;(4) 环氧化物在加热或在酸性试剂如BF4或MgBr-乙醯络合物作用下。Ph2C(OH)-CH2OHM，通过高度稳定的Ph2C+-CH2OH离子全部 生成 Ph2CH-CHOo在重排的过渡态中，正电荷由原来的碳正离子中心、氧原子、迁移基团 及迁移基团所离开的碳原子共享。R1CHOZr3R4般情况，芳基及间位和对位给电子取代基可使迁移能力大大提高。1-3 Demyanov2环的扩大和缩J、反应反应物：脂肪环桂或脂环的a碳产生碳正离子的化合物，如胺类 反应条件：与酸反应 产物：环的扩大和缩小，新的碳正离子与亲

9、核试剂结合或消去。这个变化涉及仲碳正离子和伯碳正离子的互变。22OH口 +2(1) C3到的环扩大已实现，小环产率高，因为角张力的解除提供动力，环缩小已用 于四员环和C6到C&的环，环戊基阳离子缩小成环丁基体系，由于张力增大而行不通。(2) 某些轻胺发生环扩大反应：hno2(3) 类似的反应如漠代环醇与格氏试剂(起碱的作用)反应消去OH中的质子，加热环扩大。iso-PrMgBr同样，环丙基碳上产生卡宾或类卡宾会使环扩大。>2" D|一些脂肪族伯胺与亚硝酸作用发生类似重排。CH3ch3c-ch2-nh9Ich3O2HCICICN-=ch3Ich3C-CH2-OHIch3O

10、HCH3C-CH2-CH3 Vch3CH3C-CH2-CH3ch3（主要产物）1-4缺电子氮的重排酮岳、酰胺或酰基叠氮化合物，氮原子周围形成六电子缺电子中心,迁移基团从碳向氮原子的亲核迁移，一般遵循下两个模式:C=N-RII+OX® :niha-x©X+RNIH-CHO Hofmann® Curtius 重排 Lossen 重排 Schmidt 重排I Beckmann®#Hofmann 置排反应物：没有取代的酰胺 反应条件：次漠酸钠产物：比原来少一个碳的一级胺RCONH2 + NaOBrRN=C=O水飓rnh2反应的实际产物是异鼠酸酯，由于水解很少分离

11、出来。氤酸酯的加成产物为氨基甲酸酯(RNHCOOMe),此化合物容易离析或水解。当R是六或七个以上的碳的炷基，要用Bq和CHQNa,否则产率很低，异 当用NaOH作为碱时，则发生RNH?及RCONH?加成的副反应，得到尿素及 酰服。反应历程如下：OCHOR-C-NH2 + Br2OCHO第一步的中间体N卤代酰胺已经离析出来，第二步是碱夺取质子，第三步可 能首先是失去漠离子形成氮烯，随后是实际的转移。四乙酸铅与酰胺发生类似的反应,HOA RNH-C-NHRrkPb(OAc)4r_*_NH2 R-N = c=o -< RNH2 HOAc> RNH-Ac°I 有 ROH RNH

12、-C-ORIIo在这种情况下，初产物异氤酸酯和由异氤酸酯形成的胺，与四乙酸铅释放出的乙酸反应，分别生成服及酰基服；如果有醇存在，形成氨基甲酸酯。Cur tius 重排反应物：酰基叠氮化合物 反应条件：加热 产物：异氧酸酯 反应中没有水，可得到高产率的异氤酸酯，当然可以进一步水解，反应在水中或 醇中进行，产物为胺类、氨基甲酸酯或酰基服。这个反应几乎可以应用于任何酸，脂肪酸、芳香酸、脂环、杂环及不饱和酸。酰基叠氮化合物可由酰卤与叠氮化钠作用或用酰基腓与亚硝酸作用得到。RCOX + Nf RCON3RCONHNH2 + HONO RCON3此反应可能为一个协同过程,R/ R-N = C=OC N/

13、O N：N重排中，具有旋光性的化合物不发生外消旋化作用，故这个反应是分 子内的。如:CH3IA PhC_NH7ch3IPUCONILossen 董排反应物：异羟肪酸或其酰基衍生物反应条件：与碱共热 产物：异氤酸酯R-C-NHOHII0R-C-NHOCOR or II0R_N二C=0 Hz(» RNH2R-C-NHOHIIOHfC=N-RIIOSchmidt 童排反应物：叠氮酸与（1）竣酸；（2）醛或酮；（3）醇或烯。反应条件：酸催化产物比原来少一个碳的一级胺或者酰胺最普通的是和竣酸的反应RCOOH + HN3 R N = C Oa RNH2RCR1IIOH+ hn3 硫酸是常用的催化

14、剂，有时也用Lewis酸做催化剂。长链及有位阻的竣酸反应收率较高。 酮和叠氮酸反应是使NH“插入”到援基和R基之间，这样把酮转变成酰胺。RCNHR'IIO醛的重排产物通常是睛RCHO + HN3a RCN + RNHCHO竣酸的反应首先酰基正离子，后面的重排反应类似于Curtius重排，不同的是发生重排的是质子化的叠氮化物。OOII口十IIOHC-N2R-HIN-OHC6C+2HNR酮与叠氮酸的重排反应的历程如下: 然后重排，新的碳正离子中心加成,首先形成碳正离子，叠氮酸加成，失去水分子 失去氢离子，产生可以互变的酰胺结构。oIIR-C-R1OHR-C-R*-H “NICIO H -4

15、2:N-H-GN L, R-C-NH-RII0R-C=N-RR*-C=N-RR*-C=N-ROHR_C-OH _ R-C-OH2反应物:肪或肪的酯Beckmann 董排反应条件：PCI5.浓硫酸、甲酸、液体SO?、PPh3-CCI4.多聚磷酸等酸性条件 产物：取代酰胺N-OHIIRCR'OIIR!C-NH-R环酮厉重排反应时发生扩环反应O首先是OH基质子化离去，后面反应类似于Schmi dt重排反应的机理。礬麟离請幣貓加称瓣'断麟飜紂种酰胺。不（1）酸催化，帮助-0H离去；（2）迁移基团与离去基团处于反式位置；（3）基团的离 去和迁移是同步的，无混合物产生；（4）迁移基团迁移后

16、构型不变1-5缺电子氧的童排心 Baeyer-V订1i ger4* 排心联苯酰-二苯基经基乙酸隹排反应Baeyer-V illi ger 童排反应物：酮与过酸或其他过氧化物反应条件：酸催化剂产物：把氧插入到按基和烷基之间的酯OII R-C-OR*oOIIIIR-C-R1 + Ph-C-COOH不对称酮的迁移顺序：叔烷基仲烷基、芳基伯烷基甲基。供电基团增大芳基的迁电基团相反。移能力,0IIC-COOHX 411一 0一 C RH Ro A 1|R/T-gR CR'0II- RO-C-R*OHOHo II0HS-H®一OMC支持这个机理的重要证据是，二苯甲酮-180反应的产物，其

17、同位素氧全在拨基上，而烷 基氧没有任何放射性。联苯酰一二苯基经基乙酸童排反应反应物：a二酮 反应条件：碱作用下 产物：or轻基酸的盐 芳香族反应物较常见，反应也能用于脂肪二酮和a酮醛ArCHO-CMOI ArC-COO'IOHOH进攻拨基产生氧负离子，苯基带一对电子迁移到另一个拨基上。烷氧基代替OH 直接生成相应的酯CHO phaPhPh(Ph*2HX HO-CC-Ph1 HQ-C-C-Ph* 质(迁孕 O-C-C-Phffi II VII I® II I< XD： O：TX3 ：O：o OH© " ©亲枚反应的特点、分子内反应基团的迁移多

18、数匚2迁移是为分子内反应，即迁移基团RG没有裂解，仍以某种形式相 连。最有力的证据是手性基团迁移构型保持。下列转变保持原有构型，但是，迁移基团的起点和终点A、B原子的构型有可能发生转化。Ph HPhI I honoI(-)PhCC-Me 史竺厶(+) PhCC-MeI III IOH NH2O H若在B处发生消旋化，B处形成碳正离子,裂，类似SnI历程可能迁移基团与母体分子断RGAB-XRGABRGAB若在B处反转，则前两步是协同的，类似SQ历程RG' ABRGAB注意下列三点:(a) 当B是三级碳原子或至少带有一个芳基多发生类似SnI的过程。(b) 当迁移基团RG为芳香基或乙烯基，可

19、能形成中间体。由于芳香体 系分散了正电荷而稳定。ch2ch2(c) 氢迁移，中间体没有定论。2-迁移的倾向许多反应迁移基团是一定，有些反应只有一个基团可以迁移, Beckmann重排，与轻基处于反位的基团迁移。R、C*°H RCONHRi但是，如Wagner-Meerwein重排和Pinanol重排，分子含有几个迁移 基团，迁移的倾向往往是芳基桂基。3-记忆效应下列反应形成的中间体好象一样，但是得到的主要产物是不一样的，好 象记住了怎样形成的碳正离子。机理还没有完全清楚，可能离子不同的溶剂化作用，或者形成过程中具有 相反的扭曲几何结构HHOHO4长距离亲核重排例如氢负离子的匚3迁移,

20、ch3Ich3-ch9-ch-ch2ohKOHch3ICH 尸 CH-CHCH3也有更长距离的重排，如跨环重排。一般桂基不会跨环重排，芳基有时发生跨环重排。二亲电重排mi亲电重排，基团不带电子迁移，这种重排反应少的多，但原理是一样 的，产生阴碳离子或具有活泼的未共用电子对中心，重排基团不带电子迁 移，产物可能稳定也可能继续反应。RGFavorskii 童須E反应物：a-卤代酮、a轻基酮和a环氧酯 反应条件：和烷氧负离子反应 产物：酯片卤代酮和烷氧离子反应重排生成酯。利用氢氧离子或胺作碱，得到游离酸或酰胺。C1RO" ICOORR21R21CCr3 II 1 O Cl1+ R4O a

21、goCCRsII 1O RI环叶卤代酮反应使环收缩，w羟基酮和a-环氧酯也能发生类似反应1下列反应中i和h发生重排时都生成化合物ra,由此判断认为卤素先离去，相邻基团没有断裂来占领它的位置，否则化合物口生成PhCHMeCOOH（CH3 基团迁移）。0IIPhCH2-CCH2 、CloIIPhCH-CCH3 >ClIIa PhCH2CH2COORIIIF面反应历程同样解释了化合物i和ii重排生成相同化合物hi,oIIPhCHo-CCHo 、 一 I 一ClIO IIPhCH-CCH3 >PhCHCHoCOORCl下列化合物IV中，和C2用14C等量标记，产物拨基碳含有50%的标记碳，

22、产物中CJ和C2各含有25%的标记碳。开始的化合物本来就有50%的标记碳原子的援基碳原子，重排产物没有变化,说明重排反应没有影响到援基碳原子。6IV如果C6碳原子迁移到02,贝另外50%放射性应该只在产物的C-l±o同样，如果C2碳原 子迁移到06,则另外50%放射性应该只在产物的02上。事实上，04和C2各含有相等的 放射性。表明两种迁移方式具有相同的可能性，但是化合物IV中C2和06不是同等的，因 此反应过程必然经过一个对称的中间体，使C2和06位置等同.H这个反应历程要求在卤素的另一侧含有一个a氢原子，所以一般情况下, 前面的R】需要用CHR5R6来代替R2R3/、c/CHOc

23、5/6 R RN2 s3RR2CG亠CHOGc: /6R R2 - 1 RICICOHCHJR62 T1 R:HR5C-CCOR43R2 - © RIC 三自由基重排一般是形成一个游离基，迁移基团带一个电子迁移，新游离基进一步反应 得到稳定。制备自由基最普通的方法是醛类的脱援基。Ph二叔丁基过氧化氢PhMeC-CH2CHO aMeC-CH2MeMePhPh丨提取Ha MeC-CH2 Me-CH-CH2MeMe般是芳基、乙烯基、乙酰氧基和卤素迁移。芳香基能迁移，而炷基和氢不能发生迁移，有人提出桥式过渡态环重排联苯胺重排Claisen 重排 cope重排4-1联苯胺童排反应物：氢化偶氮苯

24、反应条件：酸催化剂产物：主要为4/T -二氨基联苯和乙Q 二氨基联苯NHNH氢化偶氮苯反应过程中没有裂解 交叉实验，如ArNHNHAr有生成含有两个Ar原子团或者两个AP原子团的产物，同样,ArNHNHAr与ArNHNHAL混合物进行重排时也没有得到同时含有 Ar和Ar啲产物。（2）当环的氢被笊所取代，没有观测到任何动力学同位素效应（就是说反应过程中没有碳氢（宛）键断裂，或者它们不是决速步骤）。极性过渡态理论解释为，反应过程中，电子沿环运动，使两个环能按2,2,、 4,0或2,4,方式连接，中间体转化为产物或其他化合物。G0nh2 nh2GGnh2 nh2HHg enh24-2 Claisen®k反应物：烯丙基芳基瞇 反应条件：加热 产物：邻烯丙基酚烯丙基芳基瞇的Cl aisen重排是由侧链到环上的分子内重排oCH2CH = CH2OH200°CCH2CH=CH2这是一种协同重排反应(concerted rearrangement)o反应中两个共轨系形成 环状中间体，有一个键断裂，同时结合成新键，所以好象b键在位移，过程 中没有正、负离子和碳烯等中间体存在。ch2ch=ch2反应物:1,