高等有机合成化学-02.4-分子重排反应讲解

2.4

分子重排反应4/15/202412.4分子重排反应

2.4.1频哪醇-频哪酮重排及其它碳正离子重排

2.4.2通过“卡宾”或其它缺电中间体的重排

2.4.3芳环上发生的重排

2.4.4通过负离子中间体的重排

2.4.5其它重要的重排4/15/20242本节预备知识碳正离子的形成与稳定性碳正离子的重排碳负离子的形成与稳定性4/15/20243有机化学的反应中，经常涉及反应过程中分子骨架发生改变的问题。例如E1反应中双键的移位，傅-克烷基化反应中直链烃基转变为支链烃基等。2.4

分子重排反应分子中一个基团从一个原子上转移到另一个原子上形成一个新的分子的反应称为分子重排反应(moleculerearrangementreaction)。4/15/20244分子重排反应分为分子间重排和分子内重排两类。如果重排中，迁移原子或基团完全游离并脱离原来的分子，然后再与其它部分相连，这种重排称为分子间重排。而分子内重排则与其它分子无关，迁移基团自始至终没有脱离原来的分子，仅从分子的一部分迁移到另一部分。4/15/20245根据迁移基团和迁移终点电荷的性质，重排还可分为正离子重排、负离子重排和自由基重排等。它们分别为迁移基团迁移到正离子、负离子和自由基上的反应。M=迁移基团(migrationgroup)；Y=离去基团；A=重排始点；B=重排终点4/15/20246根据迁移基团的距离，重排还可分为1,2-、1,3-、1,4-、

重排。大多数反应属于分子内1,2-重排，即迁移基团经“桥”离子迁移到相邻原子上。[1,2]H迁移重排重排是一种复杂的有机化学现象。在有机合成中，一些重排经常是所需反应的竞争反应，合成中应加以避免；一些则是可提供巧妙的合成途径，应尽量加以利用。4/15/202471.频哪醇-频哪酮重排邻二叔醇又叫频哪醇（pinacol）。在酸存在下，频哪醇脱水不是生成预期的烯烃产物，而是生成叔烷基酮。该反应称为频哪醇-频哪酮重排(Pinacol-Pinacolone)重排历程如下：2.4.1频哪醇-频哪酮重排及其它碳正离子重排4/15/20248重排的推动力是，新形成的碳正离子更稳定。当两个烃基不同时，一般是亲核性更强的发生迁移。两个烃基所连的碳不同，通常以生成更稳定的碳正离子占优势。迁移基团的活性大致是：Ar>H>R。4/15/20249当所用催化剂不同时，可能影响碳正离子的结构。具有环状结构的频哪醇重排后可得环扩大后的产物。4/15/202410其它能形成类似碳正离子的化合物，也会发生同样的重排。例如：4/15/2024112.Weigner-Meerwin重排

-碳上有两个或三个烃基的醇，在酸作用下脱水生成碳正离子后，

-碳上的烃基发生1,2-迁移形成新的碳正离子，然后经消除或取代生成稳定产物的反应称为瓦格纳-梅尔魏因重排，简称瓦-梅重排。4/15/202412有趣的是，该重排的起始物与频哪醇重排产物的骨架十分相似，而产物又很像频哪醇骨架，因此有人称它是“反频哪醇”重排。在萜烯中，许多异构化作用都是按相似作用进行的。例如，异冰片在硫酸作用下，经历重排生成茨烯，最后经盐酸作用生成茨氯。4/15/2024133.蒂芬欧重排

-氨甲基环醇类经重氮化作用，并脱氮形成碳正离子的重排称为蒂芬欧(Tiffeneau)重排。4/15/202414该反应在合成中主要用于环酮的扩大。

由于重排起始物很容易从环酮制得，因此，重复这个反应可以逐步将环酮扩大。4/15/2024154.贝克曼重排

酮肟在酸催化下脱水形成亚胺氮正离子，相邻碳上原来与羟基处于反位的烃基迁移到氮原子上，形成亚胺正离子中间体后，再与溶剂水加成生成酰胺的整个过程，称为贝克曼(Beckmann)重排。醛或酮肟经此重排转变为酰胺，从而该反应提供了将醛、酮转变为羧酸衍生物的一种有用方法。4/15/202416该反应一个重要的用途是由环己酮制备己内酰胺，后者是生成尼龙-6的原料。尼龙是美国杰出的科学家卡罗瑟斯(Carothers)及其领导下的一个科研小组研制出来的，是世界上出现的第一种合成纤维。尼龙的出现使纺织品的面貌焕然一新，它的合成是合成纤维工业的重大突破，同时也是高分子化学的一个重要里程碑。聚酰胺俗称尼龙（Nylon），英文名称Polyamide（简称PA），是分子主链上含有重复酰胺基团—[NHCO]—的热塑性树脂总称。尼龙中的主要品种是尼龙6和尼龙66，占绝对主导地位,尼龙6为聚己内酰胺，而尼龙66为聚己二酸己二胺。尼龙66比尼龙6要硬12％，而理论上说，尼龙硬度越高，纤维的脆性越大，从而越容易断裂。但在地毯使用中这点微小的差别是无法分别的。4/15/2024175.贝耶尔-菲林格重排另一种将酮转变为羧酸衍生物的方法是酮与过酸作用成酯的反应。该反应称为贝耶尔-菲林格(Baeyer-Villiger)重排。4/15/2024186.杰米扬诺夫重排脂肪族或脂环族伯胺经重氮化作用，脱氮形成碳正离子所发生的重排称为Demjanov重排。脂环族伯胺重排后经常发生环缩小或扩大的反应，可用来合成三到六元环。反应机理与瓦-梅重排相似。+4/15/2024192.4.2通过“卡宾”或其它缺电中间体的重排

卡宾(carbene)又称碳宾、碳烯。是H2C:和它的取代衍生物的总称。卡宾含有一个电中性的二价碳原子，在这个碳原子上有两个未成键的电子。卡宾有两种结构：单线态卡宾和三线态卡宾。4/15/202420重氮酮在银或铜催化下，经光或热分解为烯酮，后者加水或醇等，生成比原来多一个碳的羧酸或其衍生物的反应称为沃尔夫(Wolff)重排1.沃尔夫重排4/15/202421当重氮基相邻碳上含有氢原子时，该氢优先向卡宾碳迁移，得

,-不饱和酮环状重氮酮经重排生成环缩小的烯酮；4/15/202422

酰基叠氮化合物分解生成酰基氮烯中间体，随后酰基的R迁移到缺电子的氮上形成异氰酸酯，后者经溶剂解生成伯胺或氨基甲酸酯或脲的反应称为Curtius重排2.柯蒂斯重排4/15/202423类似的反应还有霍夫曼重排、洛森重排、施密特重排，这些反应都经历酰基氮烯和异氰酸酯中间体而实现。其关系如下：4/15/2024242.4.3芳环上发生的重排

氢化偶氮苯在强酸存在下加热，分子中的N-N键断裂，两个芳环通过新形成的C-C单键直接连接的反应称为联苯胺(Benzidine)重排。该反应提供了制备联苯类化合物的重要方法。反应机理如下：1.联苯胺重排4/15/202425联苯胺重排在理论和实际两方面都很重要，重排后生成4,4

-联苯胺外，还有2,2

-和2,4

-联苯胺及少量半联胺生成。产物的组成因起始物结构而异。研究表明，如果两个苯环取代不同，一般总是碱性较大的苯胺提供4位生成2,4

-产物。实际生产中，联苯胺重排常用于偶氮染料的生产。如果氢化偶氮苯的一个或两个对位被占据，重排成对半联胺或邻半联胺4/15/202426实际生产中，联苯胺重排常用于偶氮染料的生产。例如下列刚果红、直接红-4B和直接天蓝的生产。4/15/202427二苯基乙二酮或其它

-二酮与KOH一起熔融，得产物

-羟基酸的反应称为二苯基乙二酮(Benzil)重排。

反应机理和实例如下：2.二苯基乙二酮重排请写出机理4/15/202428氧化偶氮苯经浓硫酸作用，生成对羟基偶氮苯的反应称为沃利奇(Wallach)重排。如果苯环对位被占据，重排发生在邻位。3.沃利奇氧化偶氮苯重排

4/15/2024294.费歇尔-赫普重排

N-烃基亚硝基苯衍生物在氢卤酸的醇溶液中被加热时，亚硝基迁移到苯环对位的反应称为费歇尔-赫普(Fischer-Hepp)重排，反应历程如下4/15/202430N-硝基衍生物可发生相似的重排，硝基从N上迁移到2位，称为Bamberger重排，反应机理有所差异。4/15/202431

苯胺在180℃下磺化，生成单一的对氨基苯磺酸的反应称为对氨基苯磺酸重排5.对氨基苯磺酸重排

4/15/202432酚酯类(包括脂族和芳族酯)在Lewis催化下受热，酰基从酚氧上重排到芳环碳上，生成邻或对羟基芳酮的反应称为Fries重排该反应是苯酚酰化的一个好方法，虽然一般情况下产物是邻位和对位的羟基酮，但适当控制条件，可使其中某种产物为主。例如，在低温(100℃)下，则主要得到邻位产物。6.弗赖斯重排

4/15/202433关于Fries重排的机理还不完全清楚，有分子间重排和分子内重排两种观点。下面是分子间重排的过程：4/15/202434由此可见，Fries重排实质上是傅-克酰化反应的一个特例，酰化剂RC+O在这里只不过含在起始物中而已。酚酯的结构对重排影响很大。不同酯发生重排的活性是：RCO>PhCH2CO>PhCH2CH2CO>PhCO，即，脂肪羧酸的酯比芳酸的酯容易重排。

芳环上的间位定位基阻碍重排发生，邻对位定位基则有利于重排。如果芳环上仅含一个烷基时，烷基位置直接影响产物结构：邻烷基主要得对羟基酮，对、间烷基则主要得邻羟基酮。4/15/2024357.克莱森重排

一个形式上与Fries重排很相似的反应是烯醇或酚的烯丙醚中的烯丙基，在加热条件下重排到邻位，如果邻位被占据，则重排到对位，该反应称为Claisen重排4/15/2024364/15/202437还有一个例子是Cope重排，该反应主要指1,5-二烯型化合物的异构化Cope重排，该反应主要指1,5-二烯型化合物的异构化。反应按协同方式进行，是立体专属性反应4/15/202438如果1,5-二烯系的3位或4位有羟基取代基，重排产物是5-烯基酮。该反应称为O-Cope重排。小环(三或四元环)的1,5-二烯系化合物，经Cope重排可得环扩大的新环系产物4/15/2024392.4.4通过负离子中间体的重排负离子，特别是碳负离子是一类非常重要的活性中间体。由于碳负离子具有未共用电子对，所以有时称为亲电重排。和碳正离子的重排不同，这里的离去基一般是氢和金属原子，迁移基团则是带正电的原子或基团。4/15/202440季铵盐在强碱作用下，季铵氮上的一个烃基迁移到相邻碳负离子上形成叔胺的反应，称为Stevens重排。

-碳上连有吸电子基团例如RCO、Ph时有利于重排，迁移基团一般是烯丙基、苄基、二苯甲基等。1.史蒂文斯重排4/15/202441通过Stevens重排制备

-位有烃基的叔胺。N4/15/202442在Stevens重排中，若迁移基团含有手性中心，该基团迁移后构型保持不变，故该反应属于立体专属性重排反应。另外，苄基季铵盐经类似重排，变成邻烃基取代苄胺的反应叫做Sommelet重排4/15/202443

苄醚或烯丙醚在强碱作用下，C-O键断裂，形成新的C-C键，使醚转变为醇的反应称为维蒂希重排2.Wittig重排维蒂希重排机理与Sommelet重排相似，也是通过

-碳负离子而实现的，当迁移基团含有手性中心时，仅部分保持构型，外消旋化约占70％4/15/2024442.4.5其它重要的重排

具有

-H的亚砜在酸酐、酰卤、异氰酸酯、无机卤化物等存在下加热，生成

-酰氧基硫醚的反应称为Pummerer重排。1.普梅雷尔(Pummerer)重排4/15/202445

-羟基亚砜重排可得

-羟基醛，

-酰基亚砜