药物合成反应 第六章 重排反应

1、第六章 重排反应药物合成技术药物合成技术 第一节第一节 概述概述v 重排反应的定义 同一分子内，某一原子或基同一分子内，某一原子或基团从一个原子迁移到另一个原团从一个原子迁移到另一个原子形成新的分子的反应。子形成新的分子的反应。v 重排反应的分类ABWWBAW表示迁移基团（或子），A、B分别表示迁移的起点和终点原子。亲核重排亲电重排自由基重排按迁移的方式分按反应机理分碳原子到碳原子重排碳原子到杂原子重排杂原子到碳原子重排第二节第二节 重排反应及其在药物重排反应及其在药物合成中的应用合成中的应用一、从碳原子到杂原子的重排一、从碳原子到杂原子的重排（一）（一） 贝克曼（贝克曼（beckmann）重

2、排反应）重排反应 醛肟或酮肟类化合物在酸性催化剂作用下，烃基醛肟或酮肟类化合物在酸性催化剂作用下，烃基从碳向氮原子迁移，生成取代酰胺的反应。从碳向氮原子迁移，生成取代酰胺的反应。1. 机理机理H2OC NHHARRCOHNR-RROHNRCR重 排异 构 化CONHR2. 影响因素及反应条件影响因素及反应条件（1）底物的影响）底物的影响酮肟结构酮肟结构 芳脂酮肟较为稳定，不易异构化，重排时主要是芳基芳脂酮肟较为稳定，不易异构化，重排时主要是芳基发生迁移，得到具有芳酰胺结构的产物。发生迁移，得到具有芳酰胺结构的产物。 脂环酮进行重排时，易发生扩环，生成内酰胺类化合脂环酮进行重排时，易发生扩环，生

3、成内酰胺类化合物。如物。如第二节第二节 重排反应及其在药物重排反应及其在药物合成中的应用合成中的应用ArNHOHNArCH3COArCCH3COCH3NH2OH.HCl催化剂ONN.HOONH2OHHClH2SO42. 影响因素及反应条件影响因素及反应条件（2）催化剂的影响）催化剂的影响 催化剂不限于质子酸催化剂不限于质子酸(硫酸、盐酸、多聚磷酸和三氟甲磺酸等硫酸、盐酸、多聚磷酸和三氟甲磺酸等)和和Lewis酸酸(三氯化铝、四氯化钛和三氟化硼等三氯化铝、四氯化钛和三氟化硼等)，实际上，凡是能与肟羟基反应，实际上，凡是能与肟羟基反应，并使其成为更好的离去基团的物质，都可能成为并使其成为更好的离去

4、基团的物质，都可能成为Beckmann重排的催化剂重排的催化剂，如氯化亚砜、五氯化磷、三氯氧磷和甲磺酰氯等酸酐或酰氯。，如氯化亚砜、五氯化磷、三氯氧磷和甲磺酰氯等酸酐或酰氯。 其中质子酸作催化剂在极性溶剂中重排时，顺反两种异构体可以互相其中质子酸作催化剂在极性溶剂中重排时，顺反两种异构体可以互相转化，使原来处于肟羟基顺位的基团在重排前转化成反位羟基，再进行迁转化，使原来处于肟羟基顺位的基团在重排前转化成反位羟基，再进行迁移，往往得到酰胺的混合物。用移，往往得到酰胺的混合物。用Lewis酸或酰氯可以避免上述副反应。酸或酰氯可以避免上述副反应。 （3） 溶剂的影响溶剂的影响 质子酸催化时，极性溶剂

5、的存在使基团迁移的选择性降低，所以溶剂质子酸催化时，极性溶剂的存在使基团迁移的选择性降低，所以溶剂以非极性为主。基团迁移后，形成一个碳正离子，所以使用亲核性溶剂时以非极性为主。基团迁移后，形成一个碳正离子，所以使用亲核性溶剂时，往往得不到期望的酰胺，而是生成该溶剂的相应反应产物。，往往得不到期望的酰胺，而是生成该溶剂的相应反应产物。第二节第二节 重排反应及其在药物重排反应及其在药物合成中的应用合成中的应用2.2.影响因素及反应条件影响因素及反应条件（4 4）温度的影响）温度的影响 反应温度会直接影响重排反应的收率，因此，在温反应温度会直接影响重排反应的收率，因此，在温度的选择上，应对催化剂、溶

6、剂、酮肟的结构及产物的度的选择上，应对催化剂、溶剂、酮肟的结构及产物的性质进行综合考虑性质进行综合考虑3. 3. 应用应用 抗高血压药胍乙啶中间体庚内酰胺的合成：抗高血压药胍乙啶中间体庚内酰胺的合成： ONOHOH2SO4NH7580110140H2NOH12H2SO4,第二节第二节 重排反应及其在药物重排反应及其在药物合成中的应用合成中的应用一、从碳原子到杂原子的重排一、从碳原子到杂原子的重排（二）霍夫曼（二）霍夫曼（hofmannhofmann）重排反应）重排反应 酰胺用卤素（溴或氯）及碱处理，失去酰胺中的羰酰胺用卤素（溴或氯）及碱处理，失去酰胺中的羰基，生成的伯胺的反应。基，生成的伯胺的

7、反应。1.1.机理机理 RCONH2Br2ROHRCONHBrBrN(1)CONaOH/H2ORNH2 + Na2CO3 + CH3OHRNHCO2CH3RNH2 + CO32CH3OHOH /H2OR(2)NCO第二节第二节 重排反应及其在药物重排反应及其在药物合成中的应用合成中的应用2. 影响因素及反应条件影响因素及反应条件（1）底物的影响）底物的影响酰胺的结构酰胺的结构 当酰胺的当酰胺的碳原子上有羟基、氨基、卤素、烯键时碳原子上有羟基、氨基、卤素、烯键时，经霍夫曼重排，生成的胺或烯胺不稳定，易继续水，经霍夫曼重排，生成的胺或烯胺不稳定，易继续水解，生成醛或酮解，生成醛或酮 CONH2卤素

8、RCHXCHNH2XRX = -OH , NH2 ,RCHONH2CHCHCONH2RCHRCHRCH2CHO第二节第二节 重排反应及其在药物重排反应及其在药物合成中的应用合成中的应用2. 影响因素及反应条件影响因素及反应条件（2） 溶剂的影响溶剂的影响 霍夫曼重排的反应溶剂有水和醇类。对于能溶于氢氧化钠水溶液的霍夫曼重排的反应溶剂有水和醇类。对于能溶于氢氧化钠水溶液的酰胺，则采用霍夫曼重排的经典操作方法；酰胺，则采用霍夫曼重排的经典操作方法； 对于某些碳原子个数大于对于某些碳原子个数大于8的脂肪酰胺若改用醇作溶剂，以醇钠代的脂肪酰胺若改用醇作溶剂，以醇钠代替氢氧化钠，可以使反应速度加快，反应

9、温度降低，从而减少酰脲的替氢氧化钠，可以使反应速度加快，反应温度降低，从而减少酰脲的生成，使收率提高，举例：生成，使收率提高，举例：CH3OHBr2 ,CH3ONaNaOBr,H2O(CH2)10CH3NHCOCOOCH3CH3(CH2)10CONH2CH3(CH2)10COCH3(CH2)10NH(90%)月桂酰胺在不同条件下进行霍夫曼重排月桂酰胺在不同条件下进行霍夫曼重排 第二节第二节 重排反应及其在药物重排反应及其在药物合成中的应用合成中的应用二、从碳原子到碳原子的重排二、从碳原子到碳原子的重排（一）频哪醇（一）频哪醇（pinacol）重排反应）重排反应 连乙二醇类化合物在酸催化下，失去

10、一分子水，连乙二醇类化合物在酸催化下，失去一分子水，得到醛或酮的反应。得到醛或酮的反应。1. 机理机理H2ORCRRCROHHRCROHCROHRHRCROHRCROHRCOHRCOHCRRRRCRR第二节第二节 重排反应及其在药物重排反应及其在药物合成中的应用合成中的应用2. 影响因素及反应条件影响因素及反应条件（1）底物的影响）底物的影响连乙二醇类化合物结构连乙二醇类化合物结构四取代连乙二醇的重排四取代连乙二醇的重排 a.如果四个取代基相同，得单一产物；如果四个取代基相同，得单一产物；b.如果是对称的邻二醇，产物分配主要取决于迁移基团的迁移能力：如果是对称的邻二醇，产物分配主要取决于迁移基

11、团的迁移能力： 一般而言，芳基烃基一般而言，芳基烃基H；在芳基中，迁移能力随芳环上电子云密；在芳基中，迁移能力随芳环上电子云密度的增加而增大，对位有供电子基的芳基迁移能力最强，间位的次之，度的增加而增大，对位有供电子基的芳基迁移能力最强，间位的次之，邻位取代基则抑制芳基的迁移邻位取代基则抑制芳基的迁移 (1)COHCOHR1COHR1R2R2R1R1R2R2COHCOHR3R4R2R1COH(2)对称的连乙二醇化合物不对称的连乙二醇化合物第二节第二节 重排反应及其在药物重排反应及其在药物合成中的应用合成中的应用2. 影响因素及反应条件影响因素及反应条件（1）底物的影响）底物的影响连乙二醇类化合

12、物结构连乙二醇类化合物结构四取代连乙二醇的重排四取代连乙二醇的重排 c.对于不对称的连乙二醇类，重排产物主要取决于羟基失去后，所生对于不对称的连乙二醇类，重排产物主要取决于羟基失去后，所生成的碳正离子的稳定性，稳定性顺序为叔碳仲碳伯碳。成的碳正离子的稳定性，稳定性顺序为叔碳仲碳伯碳。 (1)COHCOHR1COHR1R2R2R1R1R2R2COHCOHR3R4R2R1COH(2)对称的连乙二醇化合物不对称的连乙二醇化合物COH2OHCCH3OHCH3CPhOHPhPhCPhCCH3OHCH3CH3CPhCH3Ph第二节第二节 重排反应及其在药物重排反应及其在药物合成中的应用合成中的应用2. 影

13、响因素及反应条件影响因素及反应条件（1）底物的影响）底物的影响连乙二醇类化合物结构连乙二醇类化合物结构羟基位于脂环上的连乙二醇的重排羟基位于脂环上的连乙二醇的重排 OHCOHPhPhPhPhOH2SO4/Et2Or.t.3hOHO-20 , 5minHO0.2mol/L ,SnCl4/HC(OMe)3重排后生成螺环酮 重排后得到扩环脂肪酮 第二节第二节 重排反应及其在药物重排反应及其在药物合成中的应用合成中的应用2. 影响因素及反应条件影响因素及反应条件（1）底物的影响）底物的影响连乙二醇类化合物结构连乙二醇类化合物结构 Semipinacol重排重排 RCOCRRRRCOHRCRRRRRCR

14、LLCOHR上式中，L为卤素、氨基、酯基、环氧基等(97%)H3COCOHPhH3CONaNO2/AcOHCNH2HPhCHPhPhCO如：第二节第二节 重排反应及其在药物重排反应及其在药物合成中的应用合成中的应用2. 影响因素及反应条件影响因素及反应条件（2）催化剂的影响）催化剂的影响 频哪醇重排主要使用酸性催化剂，最常使用的是硫酸频哪醇重排主要使用酸性催化剂，最常使用的是硫酸 （3）温度的影响）温度的影响 对于频哪醇重排，若在较低的温度（低于室温）下进行，则重排对于频哪醇重排，若在较低的温度（低于室温）下进行，则重排优先于单纯的脱水反应；反之，在较高温度和强酸的条件下，连乙二优先于单纯的脱

15、水反应；反之，在较高温度和强酸的条件下，连乙二醇类化合物发生脱水反应，生成副产物二烯烃。醇类化合物发生脱水反应，生成副产物二烯烃。3. 应用应用 降压药胍乙啶（降压药胍乙啶（Guanethidine）原料环庚酮的合成）原料环庚酮的合成 CH2HOHOCH2NH25NaNO2/AcOH2)Raney Ni/H21)CH3NO2/EtONaOO第二节第二节 重排反应及其在药物重排反应及其在药物合成中的应用合成中的应用二、从碳原子到碳原子的重排二、从碳原子到碳原子的重排（二）二苯基乙二酮（二）二苯基乙二酮-二苯乙醇酸二苯乙醇酸（Benzil-Benzilic acid）型）型重排反应重排反应1. 机

16、理机理OCOCOCOHArCOArArAr慢OHOCOCHOArCOArCOArArOH第二节第二节 重排反应及其在药物重排反应及其在药物合成中的应用合成中的应用2. 影响因素及反应条件影响因素及反应条件（1）底物的影响）底物的影响-二酮的结构二酮的结构 芳香族芳香族-二酮的重排方向，主要受取代基的种类二酮的重排方向，主要受取代基的种类和在芳环上的位置的影响。芳环的对位或间位有吸电和在芳环上的位置的影响。芳环的对位或间位有吸电子基时，使反应易于进行；反之，对位或间位有给电子基时，使反应易于进行；反之，对位或间位有给电子基时，使重排反应速度减慢；当取代基位于芳环邻子基时，使重排反应速度减慢；当取

17、代基位于芳环邻位时，均使重排反应速率减慢。位时，均使重排反应速率减慢。 脂肪族的脂肪族的-二酮进行该重排时，可以发生缩环。二酮进行该重排时，可以发生缩环。（2）碱的影响）碱的影响 反应所用的碱除选择苛性碱（反应所用的碱除选择苛性碱（NaOH、KOH）外，）外，还可以使用醇盐，得到的产物为相应的酯。还可以使用醇盐，得到的产物为相应的酯。第二节第二节 重排反应及其在药物重排反应及其在药物合成中的应用合成中的应用3. 应用应用 A-降胆甾烷的合成OOC8H17H2O , KOH / n-C3H7OHOOCHOC8H171)H2) ,-CO2C8H17HO第二节第二节 重排反应及其在药物重排反应及其在

18、药物合成中的应用合成中的应用三、从杂原子到碳原子的重排三、从杂原子到碳原子的重排（一）史蒂文斯（一）史蒂文斯（stevens）重排反应重排反应 -位上具有吸电子基（位上具有吸电子基（Z）的季铵盐在强碱催化下，）的季铵盐在强碱催化下，先脱去一个先脱去一个活泼氢生成叶立德，然后季氮上的一个烃基活泼氢生成叶立德，然后季氮上的一个烃基迁移到邻位的碳负离子上，生成叔胺的反应，称为史蒂迁移到邻位的碳负离子上，生成叔胺的反应，称为史蒂文斯重排反应。文斯重排反应。1. 机理机理CHN碱R1R2R3NCH2ZZCHNR3R2R1R1R2R3Z第二节第二节 重排反应及其在药物重排反应及其在药物合成中的应用合成中的

19、应用2. 影响因素及反应条件影响因素及反应条件（1）底物的影响）底物的影响季铵盐的结构季铵盐的结构 季铵盐中常见的迁移基为烯丙基、苄基、烷基及吸电子取代的烷季铵盐中常见的迁移基为烯丙基、苄基、烷基及吸电子取代的烷基等。若季铵盐分子中的迁移基有光学活性时，重排后构型保持基等。若季铵盐分子中的迁移基有光学活性时，重排后构型保持不变。这一现象说明，史蒂文斯重排具有高度的立体专一性。不变。这一现象说明，史蒂文斯重排具有高度的立体专一性。 （2）溶剂的影响）溶剂的影响 常用的碱是、常用的碱是、NaOR、NaOH、等，所用碱性强弱取决于亚甲基、等，所用碱性强弱取决于亚甲基上活泼氢的酸性大小。当亚甲基上的氢

20、易离去时，重排可在氢氧上活泼氢的酸性大小。当亚甲基上的氢易离去时，重排可在氢氧化钠的水溶液中进行，反应快，收率高；反之，则应选择更强的化钠的水溶液中进行，反应快，收率高；反之，则应选择更强的碱，如苯基锂、二甲基亚砜钠等，并且在非质子溶剂中才能进行碱，如苯基锂、二甲基亚砜钠等，并且在非质子溶剂中才能进行反应。反应。 第二节第二节 重排反应及其在药物重排反应及其在药物合成中的应用合成中的应用3. 应用应用(93%)CH2CH3NH3NaOHCH2NCH3CH3CH2CH3NCH3CH2CCH3CH2CCH3(80%)OCH3CH3OCH3OCH3OCH3CH3SOCH2NaDMSOOCH3OCH3

21、ICH3CH3OCH3ONN胺基-位有烃基取代的叔胺或螺环化合物的制备第二节第二节 重排反应及其在药物重排反应及其在药物合成中的应用合成中的应用三、从杂原子到碳原子的重排三、从杂原子到碳原子的重排（二）萨默莱特豪斯（二）萨默莱特豪斯（sommelet-hauser）重排反应重排反应 苄基季胺盐在氨基钠、苯基钾或烃基锂等强碱性试剂催苄基季胺盐在氨基钠、苯基钾或烃基锂等强碱性试剂催化作用下，重排生成邻位烃基取代的苄基叔胺的反应。化作用下，重排生成邻位烃基取代的苄基叔胺的反应。1.机理机理 与史蒂文斯重排相似，在强碱的作用下，发生分子内的与史蒂文斯重排相似，在强碱的作用下，发生分子内的亲电重排亲电重

22、排N(CH3)2CH3CH2Si(CH3)3N(CH3)2CsF/HMPA第二节第二节 重排反应及其在药物重排反应及其在药物合成中的应用合成中的应用2. 影响因素及反应条件影响因素及反应条件（1）底物的影响）底物的影响季铵盐的结构季铵盐的结构 最常用的是三甲胺的季铵盐最常用的是三甲胺的季铵盐 ，否则烃基上的氢原子在反应条件，否则烃基上的氢原子在反应条件下，会发生消除反应。下，会发生消除反应。 （2）溶剂和温度的影响）溶剂和温度的影响 一般情况下，温度升高，有利于发生史蒂文斯重排；而选择极一般情况下，温度升高，有利于发生史蒂文斯重排；而选择极性较大的溶剂，则有利于发生萨默莱特豪斯重排。性较大的溶剂，则有利于发生萨默莱特豪斯重排。3.应用应用 通过重排反应，可在芳环的邻位引入甲基通过重排反应，可在芳环的邻位