第五章 重排反应(Rearrangement reaction).ppt

1、1，第五章重排反应，所谓重排反应是指一个原子或基团从一个原子移动到另一个原子，在同一分子内形成新分子的反应。其中w代表迁移基团，a和b分别代表迁移的起始原子和终止原子，根据a和b之间的位置可分为1，2迁移和非1，2迁移；非1，2迁移是指一个或几个原子在迁移起点和终点之间的重排，如1，3；1，4；1，5迁移和其他重排反应。根据反应机理，重排反应可分为亲核重排、亲电重排和自由基重排。(1)亲核重排在这种重排中，一对结合电子被迁移基团携带并迁移到缺电子原子上。甲基通过一对成键电子迁移到一级碳正离子上，形成新的二级碳和正离子。在此过程中，迁移的甲基可被视为亲核试剂。(2)亲电重排在这种重排中，带正电荷

2、的迁移基团迁移到富电子原子上。迁移的甲基以CH3的形式迁移到碳阴离子上。在这个过程中，可以看出，3充当亲电试剂。(3)自由基重排在这种重排中，自由基首先形成，然后迁移，自由基随电子迁移形成新的自由基。例如，在过氧化二叔丁基引发下，PhC(CH3)2CH2CHO脱酸，重排产物占反应产物的50%。4。此外，还有另一种不受催化剂影响的重排反应。重排过程中有离子或自由基中间体。钨原子间键的断裂和钨原子与硼原子间新键的形成是一个协同过程。这种重排称为迁移重排。第一部分是从碳原子到碳原子的重排，主要包括亲核1，2-重排和亲电1，2-重排。前者主要包括频哪醇重排和Wag-，ner-麦尔外因重排。后者可包括沃

3、尔夫重排和阿恩特-埃斯特反应；苯偶姻酸(二苯乙二酮-二苯乙醇酸)属于亲核1，2-重排，但羰基只有部分正电荷，基团向羰基的迁移不同于向碳正离子的迁移。1.瓦格纳-麦尔外因重排，在质子酸或路易斯酸的催化作用下生成的碳正离子中，烷基、芳基、5或氢从一个原子通过过渡态迁移到相邻的带正电荷的碳原子，这应称为瓦格纳-麦尔外因重排。转化成更稳定的正离子是重排的动力。此外，转化成中性化合物也是重排的动力。有时，为了促进重排，活性基团通常被引入离去基团或其位置。例如，庚醇在三苯基膦的作用下重排和水解，得到双环2.2.1庚醇：此外，碳正离子也可以通过其它方式形成，如烯烃的卤素加成、氨基的重氮化等。通过这种重排，可

4、以制备具有张力的脂环化合物，例如甾族化合物，16-氨基-D(环)-脱碳甾族化合物可以亚硝化和重排，并且C和D环可以同时膨胀和收缩。8，2，频哪醇重排频哪醇重排在酸的催化下，o-叔醇失去一个水分子，重新排列成醛或酮，这称为频哪醇重排。反应机理：在h的作用下，失去一个水分子，形成碳正离子，r进行1，2-迁移，最后失去质子，得到醛或酮。9。从重排产物可以看出，迁移基团是R而不是R，这意味着R优先迁移。然而，产品通常是混合物。从产品的比例，我们可以预测哪些群体具有优先权和迁移能力，即群体的迁移能力。根据o-二叔醇的结构特点，可分为四取代、三取代、脂环上带有羟基的o-二叔醇重排和半胱氨酸重排。1.四取代

5、的o-二叔醇的重排。在四取代的o-二叔醇的结构中，如果四个取代基相同，重排反应简单单一，得到单一产物。如果职业选手实验表明，在这三个基团中，芳香基的迁移能力大于烷基，氢的迁移能力不确定，有时大于芳基，有时小于烷基；这一结论仅适用于o-二叔醇的对称重排，不适用于o-二叔醇的不对称重排。(1)对称的o-叔醇重排，该对称的o-叔醇化合物具有如下结构通式：(1)在酸催化下除去任何羟基，得到相同的碳正离子，产生什么样的产物主要取决于R and R的迁移能力；在o-二叔醇的对称重排中，11，一般来说，它的迁移能力是：芳基烃基，例如，PPSE是三甲基甲硅烷基多磷酸盐。当R and R都是芳基时，芳香环上取代

6、基的性质(电子释放或电子吸收)和位置会直接影响芳基的迁移能力；当芳香环的对位和间位为排斥亚基时，环上的电子云密度增加，芳基的迁移能力增强，有利于亲核重排。如果芳香环的邻位有取代基(释电子基团或吸电子基团)，芳基的迁移能力会因空间位阻而降低甚至重排。在芳香核的任何位置存在吸电子基团都会降低芳基的迁移能力，例如：12。使用对称的频哪醇作为反应物，不同基团的相对迁移能力(以苯基的迁移能力为1计算)如下：13，(2)o-叔醇的不对称重排，该不对称o-叔醇具有通式(a)和(b):一般来说，这与群体的迁移能力无关。碳阳离子的稳定性顺序为：叔碳、仲碳、伯碳。如下列化合物的重排，只能获得稳定的甲基迁移产物，但

7、不能获得苯基迁移产物。在该反应中，甲基的迁移率不大于苯基的迁移率，但与两个苯基共轭的碳正离子比与两个甲基共轭的碳正离子更稳定，这导致去除两个羟基的机会不相等，因此只有甲基迁移。如重排下列化合物，主要获得苯基迁移产物。然而，如果使用其它试剂，迁移能力可以逆转，并且可以获得不同的产物。例如，用含微量硫酸的乙酸或无水Zn2Cl处理下列化合物，主要得到苯基迁移的产物。当o-二-叔醇上的四个烃基不同时，它们经常被重排以获得混合物，这没有准备和价值。如果通式(b)中的R3和R4相同，并且R1或R2之一是苯基硫代甲基，由于硫原子的邻位参与，可以获得高选择性的重排产物。16，2。三取代o-二叔醇重排，在三取代

8、o-二叔醇的结构中，一个羟基为叔羟基，另一个为仲羟基，在不同的反应条件下，重排反应得到不同的产物；例如，当在酸性条件下重排时，叔羟基首先被质子化，然后离开，并且氢、原子或连接到仲碳上的基团迁移。例如，下列化合物在酸催化下重排以获得氢迁移产物，如醛或酮。如果你想消除仲羟基并转移连在叔碳上的基团，你可以选择o-二叔醇，17，选择磺酰化，仲羟基可以转化成磺酸盐。在碱的催化下，磺酸基团离开，叔碳上的基团迁移得到酮。3.在酸或路易斯酸的催化下，脂环上带有羟基的o-叔醇重新排列，脂环上带有羟基的o-叔醇化合物重新排列，生成三种酮：扩环脂肪酮螺环酮和相应的具有骨架结构的酮。下述化合物中的一个羟基直接与脂环相

9、连，重排后得到扩环和脂肪酮。具有以下结构的18，o-二叔醇20.从7，8-二苯基-7，8-苊二醇顺式和反式异构体的重排可以看出，顺式反应物中的迁移苯基和离去基团(OH2)相互形成反式，其反应速度是反式反应物的6倍。21，4。半氨基醇重排，从o-叔醇的重排反应机理来看，酮重排过程中首先消除一个或两个羟基，形成碳正离子中间体，进行重排反应。因此，可以产生相同中间体的所有其它类型的反应物可以经历类似的频哪醇重排以获得酮化合物。这种重排称为半隐式重排。例如，-卤代醇可以在银盐的作用下通过脱卤作用进行半缩醛重排。22，在重氮化和失去氮之后，脂环族氨基醇经历环膨胀，导致半氨基醇和重排。这种反应也被称为Ti

10、ffeneau-Demyanov环扩张。在以氯为电解质的溶液中，-羟基硫醚发生电解氧化，发生半炔醇重排，得到相应的重排或扩环产物。23，反应机理：与羟基或甲氧基相比，磺酸酯是一个很好的离去基团，经过重排，产物纯净，适合酸敏感化合物的重排。具有环氧结构的化合物在开环时也可以发生半炔醇重排。当下列化合物重排时，会发生苯基迁移，从而产生高产率的产物。24，当在脂环族羟基的邻位有双键时，在酸或碱的催化作用下，在羟基位置会产生碳正离子，还会发生半胱氨酸重排生成螺酮。25，3，二苯基乙二醇-二苯基乙醇酸型重排，-二酮用强碱处理生成-羟基乙酸酯。例如，因为二苯乙二醇最著名的是重排成二苯乙醇酸，该反应被称为二

11、苯乙二醇-二苯乙醇酸型重排。26，形成稳定的羧酸盐是反应的原动力，并且反应速度与-二酮和碱的浓度成正比。重排反应是制备二芳基乙醇酸的常用方法，而原料芳族双酮是通过芳族醛与安息香缩合并进一步氧化制备的。如果苛性碱被醇盐取代，则重排产物是相应的酯。例如，在干苯中用Me3COK/Me3COH处理二苯乙二醇，得到93，二苯乙醇酸叔丁酯。在该反应中使用的醇盐应满足两个条件：27、羟基位置不应有氢原子，以避免醇盐提供氢阴离子来将芳基和乙二醇还原成-羟基酮。不能使用酚盐(ArOM)，因为它的碱性不足以使-芳香二酮发、重排。取代或未取代的对称芳基乙二醇的重排取决于中间体的形状和形成。当Z是吸电子基团时，主要生

12、成中间体(A)，此时，主要使用取代和苯基迁移。例如，当Z为间氯时，间氯苯基的迁移率为81；当z是电子释放基团时，中间体(b)的形成占主导地位。此时，苯基迁移占主导地位。例如，28，对甲氧基苯基的迁移率仅为31(即苯基的迁移率为69)，所以不对称芳基乙二醇的重排产物是一种混合物，所以对称芳基乙二醇在合成中经常用于这种重排。脂环族中的环己二酮经过环化形成1-羟基-1-，环戊烷羧酸。29岁。在类固醇化学中，这种重排反应被用来收缩结构中的一个环。例如，将-二酮结构引入类固醇化合物结构中，并在碱性条件下进行重排以获得相应的环化产物。30，不对称-二酮，也可以获得单一产物。如下所示，化合物的酰胺基团在碱性

13、条件下发生亲核1，2-迁移，得到重排产物。同位素标记可以证实，在这种重排反应中只有酰胺基团迁移，这是一级反应，反应速度取决于苛性碱的浓度。Iv .Favorski重排。在碱(NaOH、RONa、HNRR)的催化下，从卤代酮中除去卤素和原子，并将其重排成羧酸或其衍生物的反应被称为Favorski重排。这一结果表明中间结构中的羰基和两侧的两个碳具有相同的开环位置，即中间结构应为环丙酮。沃尔夫重排和Arndt-Eistert反应，其中-重氮酮通过加热、光解或在某些金属和其它催化剂的作用下被除去，分子氮被重排成烯酮，称为沃尔夫重排。烯酮进一步反应生成羧酸、酯、酰胺或酮。脂环族烃的-重氮酮是通过光解和重

14、排获得的，并且是环化产物。34，通过重排产生的脂环族烯酮在氧存在下被照射，并且CO2被释放形成环酮。35岁。抗艾滋病药物氧杂环丁烷可通过重排制备成中间体，产物可通过还原和脱保护制备。沃尔夫除了光解之外，还可以用一些金属催化剂进行热重排。例如，在铑的催化下，通过这种重排可以成功地合成吲哚酮。36，因为-重氮酮难以制备，重排反应受到限制。Amdt-，Eistert等与酰氯和重氮甲烷反应得到重氮酮，重氮酮被Wolff重排生成比原始酰氯多一个碳原子的羧酸。这个反应叫做Amdt-Eistert反应。在第二部分，从碳原子到杂原子的重排，重排反应是将一对电子从碳原子转移到杂原子，如氮、氧、硫等。其中向氮原子

15、的转移更为重要。在转移过程中，离去基团在氮原子上被消除，形成新的氯化萘键。1.贝克曼重排。醛肟或酮肟在酸性催化剂作用下重排成取代酰胺的反应称为贝克曼重排。关于重排反应机理的研究很多，公认的反应机理如下：首先，在酸的催化下，肟的羟基成为易离去基团，然后羟基发生逆转，基团发生迁移，同时离去基团离开并生成碳正离子，碳正离子与反应基团反应，然后在羟基反应介质中发生亲核试剂(如H2O)，最后发生异构化。为了有效地进行贝克曼重排，选择合适的反应条件对反应速度、产率和酰胺异构体的比例有很大的影响。在这方面，上述反应机理分析如下。1.酮肟重排反应中常用的催化剂包括无机酸(H2SO4、HCl、多聚磷酸)、有机酸

16、(三氟磺酸)、路易斯酸(BX3、AlX3、TiCl4、39、ZnCl2、Re2O7)、氯化剂或酰氯(pocl3、pcl5、socl2、meso)它们的作用是将肟的羟基转化为活性离去基团，从而促进氮氧键的断裂。2.溶剂是重排反应中的溶剂，在反应过程中起着反应介质和催化剂的作用，其催化效果与溶剂的质子亲和力正相关。在极性质子溶剂中，不对称肟通常被异构化、转化和重排以获得酰胺混合物。3.酮肟的结构。从反应过程可以看出，与氮上羟基相反的烃基迁移占主导地位。因此，在没有异构化的重排条件下，酮肟可以从其结构预测，主要产物可以重排。40，例如，当芳香酯酮肟重排时，主要获得带有芳基迁移的芳香胺酰化产物。然而，在不同的反应条件下，芳香