大学有机化学重排反应

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1、 第 五 章 重 排 反 应Chapter 5: Rearrangement Reaction OH 第 五 章 重 排 反 应 定 义 :同 一 分 子 内 部 一 个 原 子 重 排 到 另 一 个 原 子 ,形成 新 分 子 。 A:重 排 起 点 原 子 ,B:重 排 终 点 原 子 ,W:重 排 基 团 分 类 : 离 子 型 机 理 （ 亲 核 重 排 ,亲 电 重 排 ） 自 由 基 重 排 周 环 机 理 重 排 （ -键 迁 移 重 排 ）AW B A BW 第 一 节 从 碳 原 子 到 碳 原 子 的 重 排 一 Wangner-Meerwein重 排 R2 C R3 R

2、1 C OH R4 R5 R2 C R3 R1 C R4 R5 R1 C R2 CR 3 R4 R5 R1 CR 2 C R3 R4 R5 OH H+(-H2O) 重排 H2O(-H+) 发 生 的 重 排 第 一 节 从 碳 原 子 到 碳 原 子 的 重 排 一 Wangner-Meerwein重 排 1 形 成 C+ 形 式 (CH3)3C-CH2Cl (CH3)3C-CH2+AgClAg (AgNO3) (CH3)3C-CH2N2Cl -N2 (CH3)3C-CH2(CH3)3C-CH3NH2 NaNO2HCl (CH3)3C-CH2OH (CH3)3C-CH2=CH2 (CH3)3C

3、-CH2 (CH3)3C-CH-CH3 H+ -H2O H+ (a)卤 代 烃 Ag+ AlCl3 (b)含 -NH2,重 氮 化 放 氮 (c)-OH, 加 H+ (-H2O) 第 一 节 从 碳 原 子 到 碳 原 子 的 重 排 一 Wangner-Meerwein重 排 2 迁 移 基 团 迁 移 顺 序 Cl R3C- R2CH- RCH3- CH3- H- OCH3 第 一 节 从 碳 原 子 到 碳 原 子 的 重 排 一 Wangner-Meerwein重 排 苯 的 迁 移 速 度 为 甲 基 的 3000倍 C CH3 CH2ClH3C H3C C CH CH3 H3C C

4、 CH2 CH3 Ag+ H3C C CH3 CH2Cl CH3 H3C C CH3 CH2CH3 H3C C CH3 CHCH3 Ag+ Ph C CH3 CH3 HC CH3 OTs H3C C CH3 HC CH3 Ph 第 一 节 从 碳 原 子 到 碳 原 子 的 重 排 一 Wangner-Meerwein重 排 反 应 实 例 H3C HC CH3 Br H3C CH2CH2Br H3C CH2CH2 H3C CH CH3AgNO3 Br O CH2OH O CH2 O O H (H3C)3C HC CH3 OH H3C C H3C C CH3 CH3 H3C CH H3C CH

5、 3C CH2 (H3C)3C CH CH2 (H3C)3C CH CH3 (H3C)2C CH(CH3)2 61% 31% 3% 第 一 节 从 碳 原 子 到 碳 原 子 的 重 排 一 Wangner-Meerwein重 排 OH NHTs OPPh3 NHTs Ph3P/DEAD NHTs NHTs NHTs -Ph3P=O 第 一 节 从 碳 原 子 到 碳 原 子 的 重 排 二 频 纳 醇 重 排 （ Pinacol） 二 Pinacol 邻 二 醇 （ 或 邻 二 官 能 团 ） 合 成 酮 的 方 法 R C C R R OH R OH R C C R O R R H+ R

6、C C R R OH R OH H+ R C C R R OH R R C C R OH R R R C C R OH R R H+R C C R O R R -H+ 第 一 节 从 碳 原 子 到 碳 原 子 的 重 排 二 频 纳 醇 重 排 （ Pinacol） R2 C C R2 R1 OH R1 OH Ph C C Ph CH3 OH CH3 OH Ph C C CH3 Ph CH3O H2SO4 冷却 迁移基团电荷密度越高越有利于迁移 第 一 节 从 碳 原 子 到 碳 原 子 的 重 排 二 频 纳 醇 重 排 （ Pinacol） R C C R R OH R OH Ph C

7、C CH3 Ph OH OH CH3 Ph C C CH3 Ph OH CH3 Ph C C CH3 Ph CH3 O Ph C C CH3 Ph OH OAc Ph C C Ph O CH3 PhCH3 H2SO4 冷却 Ac2O/ZnCl2 第 一 节 从 碳 原 子 到 碳 原 子 的 重 排 二 频 纳 醇 重 排 （ Pinacol） R1 C C R3 R2 OH H OH Ph C C Ph Ph OH OH Ph C HC Ph O PhH Ph C C Ph Ph OH HH + (少)(A) Ph CH C Ph Ph O (B)H Ph C C H Ph OPh (C)草

8、酸 Ph CH CPh OH H 不稳定 Ph C HC Ph OHPh Ph CH C Ph OPh (A) A:B:C=88.3/11.7/0(条件:浓硫酸) A:B:C=42.1/45.3/12.6(条件:：草酸） 第 一 节 从 碳 原 子 到 碳 原 子 的 重 排 二 频 纳 醇 重 排 （ Pinacol） HO R OH R OH Ph Ph O Ph Ph 第 一 节 从 碳 原 子 到 碳 原 子 的 重 排 二 频 纳 醇 重 排 （ Pinacol） R C C R R OH R Y R C C R R OH R C HC Ph OH Ph NH2 Cl C HC Ph

9、 OH Ph Cl C HC Ph O Ph ClHNO2 O OHCH2NO2 CH2NH2HO OCH2HO + CH3NO2 OH H/Ni HNO2 第 一 节 从 碳 原 子 到 碳 原 子 的 重 排三 、 二 苯 基 乙 二 酮 二 苯 乙 醇 酸 型 重 排 三 、 二 苯 基 乙 二 酮 二 苯 乙 醇 酸 型 重 排 Ar C C Ar O O Ar C C OK OH O Ar KOH Ar C C Ar O O OH Ar C C Ar O O OH Ar C C O O OH Ar Ar C C O OHO Ar 第 一 节 从 碳 原 子 到 碳 原 子 的 重 排

10、三 、 二 苯 基 乙 二 酮 -二 苯 乙 醇 酸 型 重 排 Ar C C OR OHO Ar C C OO G G为吸电子基时,G所在的芳环迁移（实际产物为混合物） C C OO GOH 第 一 节 从 碳 原 子 到 碳 原 子 的 重 排三 、 二 苯 基 乙 二 酮 -二 苯 乙 醇 酸 型 重 排 C C OCH3 OCH3 O O OCH3 2 OH C COOHKOH/n-BuOH/H2O 回流 94% CH2COOH C C CH2COOH O O (HOOCCH 2)2 OH C COOHKOH/H2O 柠檬酸 第 一 节 从 碳 原 子 到 碳 原 子 的 重 排三 、

11、 二 苯 基 乙 二 酮 -二 苯 乙 醇 酸 型 重 排 O O O OH COOHKOH/H2O SeO2 O O O HO COOH KOH/H2O H C C H O O H C H COOH OHKOH/H 2OH迁移 第 一 节 从 碳 原 子 到 碳 原 子 的 重 排四 Favorski重 排 四 Favorski (法 沃 尔 斯 基 ） 重 排 R C R X C CH3 O R C CH3 R COOEt R C CH3 R COOH R C CH3 R CNH2 O EtONa/EtOH NaOH NaNH2 -卤代酮的反应基 团 迁 移 到 卤 素 位 置 第 一 节

12、 从 碳 原 子 到 碳 原 子 的 重 排四 Favorskii重 排 四 Favorskii重 排机 理 : R H2C C HC R X O EtONa(EtO-)R HC C HC R X O -X R HC HC R C O EtONa R HC HC RC O OEt a b R HC HC R COOEt R H2 C HC R COOEt a) H R HC HC R EtOOC R HC H2 C R COOEt b) H 第 一 节 从 碳 原 子 到 碳 原 子 的 重 排四 Favorski重 排 Cl C CH3O O O COOEtCH2 CH2COOEt EtON

13、a EtONa EtO C 所连接的取代基越少越稳定 主 Cl O* O * * OEt O COEt O EtONa -ClH EtONaO Cl COEt O + * 50% 50%* 第 一 节 从 碳 原 子 到 碳 原 子 的 重 排四 Favorski重 排 H3C C C CH3 Br Br O Br C H3C CH2C O Br C H3C CH2C O OEt Br C CH2 CH3 COOEt H3C C EtOOC CH2 EtOEtONa Br Br H3C CH3 O BrH3C CH3 O BrH3C CH3 O OEt Br CH3H3C COEtO C CH

14、3H3C COEtOEtOEtO 第 一 节 从 碳 原 子 到 碳 原 子 的 重 排五 Wolff重 排 和 Arndt-Eistert 5 Wolff（ 沃 尔 夫 ） 重 排 Arndt-Eistert -重 氮 酮 重 排 成 乙 烯 酮 R C C R N N O O C C RR光 或 热 Ag +或 Cu2+ R C C RO +N2 O C CH R H2O ROH NH3 RNH2 RCH2COOH RCH2COOR RCH2CONH2 RCH2CONHR 第 一 节 从 碳 原 子 到 碳 原 子 的 重 排 五 Wolff重 排 和 Arndt-Eistert RCOO

15、H RCOX RCOCH=N2 RCH2COOHCH2N2+ 制备多一个碳的羧酸 H2O 阿 恩 特 -埃 斯 特 尔 特 （ Arndt-Eistert） 合 成 第 一 节 从 碳 原 子 到 碳 原 子 的 重 排五 Wolff重 排 Arndt-Eistert COCl CH2COOHCH 2N2 PhCOOAg/EtOH 多一个碳的酸 O N2 C O COOHO光 H2O 第 一 节 从 碳 原 子 到 碳 原 子 的 重 排 五 Wolff重 排 Arndt-Eistert 教材P249 N NN N NH2 O ON2 TBSONN N N NH2 OTBSO CO2Me N

16、NN N NH2 OHO OH 光，MeOHNaBH4,EtOH 脱保护 Curtius （ 库 尔 悌 斯 ） 反 应 酰 基 叠 氮 化 物 在 惰 性 溶 剂 中 加 热 分 解 生 成 异 氰 酸 酯 Curtius 反 应 实 例 Schmidt （ 施 密 特 ） 反 应 羧 酸 、 醛 或 酮 分 别 与 等 摩 尔 的 叠 氮 酸 (HN3)在 强 酸 (硫 酸 、 聚 磷 酸 、 三 氯乙 酸 等 )存 在 下 发 生 分 子 内 重 排 分 别 得 到 胺 、 腈 及 酰 胺 ： Schmidt 反 应 当 R为 手 性 碳 原 子 时 ， 重 排 后 手 性 碳 原 子

17、的 构 型 不变 ： 第 二 节 由 碳 原 子 到 杂 原 子 的 重 排 1 Beckmann重 排 1 Beckmann重 排 醛 肟 或 酮 肟 在 酸 性 催 化 剂 作 用 下 重 排 生 成 取 代 酰 胺 的 反 应 R C R N OH R C NHR O H机 理 : R C R N OH H R C R N OH2 亲核重排 R C N R R C N R RCONHRH2O RCOOH RNH2+ 第 二 节 由 碳 原 子 到 杂 原 子 的 重 排 1 Beckmann重 排 (1)催 化 剂 :质 子 酸 H+ ,H2SO4 , HCl, H3PO4 非 质 子

18、酸 PCl5, SOCl2, TsCl, AlCl3 R C R N OH R C R N OH H R和 R相差不大时,会发生异构化 但R=CH3, R=Ph不会发生异构化 用 质 子 酸 (极 性 溶 剂 中 ） 催 化 时 存 在 异 构 化 问 题 第 二 节 由 碳 原 子 到 杂 原 子 的 重 排 1 Beckmann重 排 (2)肟 的 结 构 O CH3 N CH3 HO H2NOH H NH O CH3 脂 环 酮 肟 发 生 扩 环 反 应 生 成 内 酰 胺Ph CHCH3 C CH3NOH CH3CO NHCHPh CH3*H 构型保持率99.6%芳 酯 酮 肟 不

19、易 发 生 异 构 化 ， 得 芳 胺 重 派 产 物 第 二 节 由 碳 原 子 到 杂 原 子 的 重 排 1 Beckmann重 排 CPh N OH OH * CPh N* HO N O Ph* H O C NH2OH HCl+ HCOOH/SiO2 O CNH 第 二 节 由 碳 原 子 到 杂 原 子 的 重 排 2 H ofmann重 排 2 H ofmann重 排 R C NH2 O RNH2NaOX or X2/NaOH 第 二 节 由 碳 原 子 到 杂 原 子 的 重 排 2 H ofmann重 排 R C HN O BrR C NH2 O Br 2 -HBr R C N

20、 O BrOH R C N O-Br O C N R HO C N R HO HO CH HN R OH H2O CO 2 NH2R+ HO C N R OCH3 H3CO C NHR O H3CO C OH OHOCH3 NH2R+ 第 二 节 由 碳 原 子 到 杂 原 子 的 重 排 2 H ofmann重 排 R HC X CONH2 R HC X NH2 R C O HH2O X=卤素, -OH, -NH2 C2H5 CC 2H5 Br CONH2 C2H5 CC 2H5 ONaOBr H2O PhHC HC CONH2 PhHC CH CONH2 PhH2C CH NH PhH2C

21、 C H ONaOBr H2O H2O 第 二 节 由 碳 原 子 到 杂 原 子 的 重 排 2 H ofmann重 排 Ph H2 C C CONH2 H CH3 * Ph H2C C NH2H H3C *NaOBr 96.5%构型保持 第 二 节 由 碳 原 子 到 杂 原 子 的 重 排 2 H ofmann重 排 N N CONH2 NH2F3C N N N NH2F3C C O NaOCl N N N HN F3C OH 第 二 节 由 碳 原 子 到 杂 原 子 的 重 排 2 H ofmann重 排 C NH C O O COOH NH2 COOH C O NH2 NaOCl

22、RNH2生成伯胺Hoffmann重排RCOOH RCONH2 二 元 酸 的 酰 亚 胺 ： 第 三 节 丛 杂 原 子 到 碳 原 子 的 重 排 一 Stevens重 排 一 、 Stevens重 排 季 铵 盐 （ 位 有 吸 电 子 基 ） 在 碱 催 化 条 件 下 ， 重 排 生 成 叔 胺 的 反 应（ 连 有 活 泼 亚 甲 基 的 季 铵 盐 的 重 排 ） N CH2R1R2 Z R3 B N CH R1 R2 ZR 3 N CH R1 R2 Z R3 N CHR1R 2 ZR 3 氮叶立德 Z=-Ph, -CH=CH2, -C-RO 吸电子基团 B:强碱(NaNH2) 第

23、 三 节 丛 杂 原 子 到 碳 原 子 的 重 排 一 Stevens重 排 N H2C=HC-H2C CH2-CH=CH2 KOH CH3OH N C-CH=CH2CH2=CH-CH2 NaNH2/Liq NH3 (C2H5)3N-CH2=CH-CH2 (C2H5)3N-CH-CH=CH2 (C2H5)3N-CH-CH=CH2 (C2H5)3N-CH2=CH-CH2 C2H5 C2H5 (C2H5)3N-CH2-CH=CH2 第 三 节 丛 杂 原 子 到 碳 原 子 的 重 排 一 Stevens重 排 N Ph CH3 NaNH 2 PhH N Ph CH3 N Ph CH3 烯丙基迁

24、移 迁移:烯丙基、苄基、炔丙基、甲基 第 三 节 丛 杂 原 子 到 碳 原 子 的 重 排 二 Witting重 排 二 Witting重 排 醚 类 化 合 物 在 烃 基 锂 或 氨 基 钠 等 强 碱 的 作 用 下 醚 分 子 中 的 一 个 烷 基 发 生 位 移 生 成 醇 的 反 应 R1CH2OR2 RLi CHOHR 1 R2 R1CH2OR2 B： R1 HC OR2 R1 HC O R2 R1 CH O R2 R1 CH O R2 R1-CHO + R2 Li R1 CH OR2 分子内 分子间 同时存在 CH2O CH CH 3 PhPh CH OHPh CH Ph

25、CH3 n-BuLi 30%保留构型（三元环） 70%消旋化：R 平面结构从两个方面进攻C=O 迁移能力：CH2=CH-CH2-C6H5CH2-CH3C2H5p-NO2PhPh 第 三 节 丛 杂 原 子 到 碳 原 子 的 重 排 二 Witting重 排 H OCH2-CH=CH2 HO CH2-CH=CH2 KOH H 2O CH2OHCH 2OH O -H2O H2SO4 n-BuLi OH -H2O 菲 PhCH2OCH2Ph NaNH2 PhCH-O-CH2Ph PhCH=O + CH2Ph PhCH=O CH3Ph+ Ph-CCH2Ph OH 二苯甲醚进行此重排时，除得正常产物外

26、，还得少量苯甲醛和甲苯 第 四 节 键 迁 移 重 排 键 迁 移 反 应 叫 重 排 反 应 。 是 指 共 轭 体 系 ： 键 从 一 端 迁 移 到 另 一 端 H H2C CH CH2 H2C CH CH2 H H1,3迁移 Y Y Cope重排 3,3- 迁移 123 123 O O Claisen重排3,3- 迁移 1 23 123 第 四 节 键 迁 移 重 排 一 、 Claisen重 排 一 、 Claisen重 排 烯 丙 基 乙 烯 基 醚 生 成 羰 基 O 2 3 1 2 3 1 O 3,3迁移 O-CH2CH=CH2 O OH H+ 1 2 3 1 2 3 CH2C

27、H=CH2 CH2CH=CH2 第 四 节 键 迁 移 重 排 一 、 Claisen重 排 烯 丙 醇 +乙 烯 醚 反 应 + CH2=CH-O-C2H5-C 2H5OH Hg2+ CH2=CH-CH2-O-CH=CH2 O O CH2=CH-CH2OH CH2OH + C2H5-O-CH=CH3 Hg2+ CH2 O12 3 1 23 CHO 第 四 节 键 迁 移 重 排 一 、 Claisen重 排 烯 丙 醇 与 原 甲 酸 酯 羧 酮 （ 醛 ） 反 应 Et C H2C OCH3 OCH3 H + OH H3CCO CH3 Et O OCOCH3 CH31 2 3 1 2 3

28、Et CH3O OCOCH 3 Et CH3O CO H H2O 烯醇互变 HO H3C C OEtOEt OEt 原乙酸三乙酯 O C OEt OEt H3C O EtO 1 2 3 1 2 3 CH2COOEt -CH3OH 第 四 节 键 迁 移 重 排 一 、 Claisen重 排 HONC H3CO H3CO H3C CH3 CH3 O N C OCH3H 3C CH3H3C O N C CH3H3C CH2CON 第 四 节 键 迁 移 重 排 一 、 Claisen重 排 羧 酸 烯 丙 酯 与 烯 醇 硅 醚 C6H13 O O C6H13 O OH C6H13 O OSiMe

29、3 C6H13 O OSiMe3 C6H13 O OH LDA低温 ClSiMe3 H2O 第 四 节 键 迁 移 重 排 二 、 芳 香 族 Claisen重 排 二 、 芳 香 族 Claisen重 排 O O OH H+ 1 2 3 1 2 3 O O H OH H+1 2 3 1 2 3 第 四 节 键 迁 移 重 排 三 Cope重 排 三 Cope重 排 X X1 2 3 1 2 3 1 2 3 351 3 1 2 3 1 2 3 1 23 OH OH CH3 CH3 OH OH CH3 CH3 O O CH3 CH3190 1 23 Curtius （ 库 尔 悌 斯 ） 反 应

30、 酰 基 叠 氮 化 物 在 惰 性 溶 剂 中 加 热 分 解 生 成 异 氰 酸 酯 Curtius 反 应 反 应 机 理 Curtius 反 应 实 例 Schmidt （ 施 密 特 ） 反 应 羧 酸 、 醛 或 酮 分 别 与 等 摩 尔 的 叠 氮 酸 (HN3)在 强 酸 (硫 酸 、 聚 磷 酸 、 三 氯乙 酸 等 )存 在 下 发 生 分 子 内 重 排 分 别 得 到 胺 、 腈 及 酰 胺 ： Schmidt 反 应 反 应 机 理 本 反 应 的 机 理 与 Hofmann 重 排 、 Curtius 反 应 和 Lossen 反 应 机理 相 似 ， 也 是 形

31、 成异 氰 酸 酯 中 间 体 Schmidt 反 应 当 R为 手 性 碳 原 子 时 ， 重 排 后 手 性 碳 原 子 的 构 型 不变 ： Schmidt 反 应 Schmidt 反 应 Curtius 反 应 Curtius 反 应 酰 基 叠 氮 化 物 在 惰 性 溶 剂 中 加 热 分 解 生 成 异 氰 酸 酯 Curtius 反 应 酰 基 叠 氮 化 物 在 惰 性 溶 剂 中 加 热 分 解 生 成 异 氰 酸 酯 第 三 节 丛 杂 原 子 到 碳 原 子 的 重 排 一 Stevens重 排 RCOOH RCOCl CH 2N 2 RCOCHN2 HBrR-CO-C

32、H2Br CH2N(CH3)2 CH 2N H3C CH3 H2CC O R Na2CO3 重排 N CH3CH 3 HCC O R CH2Ph CH3I KOH CHPhHCC O R Zn-Hg HCl RCH2CH2CH2Ph 第 一 节 从 碳 原 子 到 碳 原 子 的 重 排四 Favorski重 排 O O RO2C CO2R Ar HBr(cat)/Br2/CCl4 15 O O RO2C CO2R Ar HBr O O RO2C CO2R Ar BrH + Ar O OH CH3 H O CO2R CO2R + Ar O OH CH3 H O CO2R CO2R H3C Ar H CO2H H H3C Ar CO 2H + 教材 p248