重排反應(yīng)專(zhuān)題培訓(xùn)課件

重排反應(yīng)PPT講座一、重排反應(yīng)的分類(lèi)1.按遷移基團(tuán)遷移的距離分類(lèi)：（1）1,2遷移

1,2遷移是指遷移基團(tuán)從一個(gè)原子向相鄰的原子遷移。(2)非1，2遷移2.按反應(yīng)機(jī)理分類(lèi)(1)親核重排親核重排中遷移基帶著它的一對(duì)成鍵電子向缺電的原子進(jìn)行遷移。(2)親電重排親電重排中遷移基帶著正電荷向富電原子進(jìn)行遷移。(3)自由基重排自由基重排的過(guò)程中，遷移基帶著它的一個(gè)成鍵電子進(jìn)行遷移，遷移終點(diǎn)是自由基中心。(4)周環(huán)反應(yīng)按周環(huán)反應(yīng)機(jī)理進(jìn)行的重排過(guò)程中，既沒(méi)有正離子或負(fù)離子又沒(méi)有自由基生成，反應(yīng)是協(xié)同進(jìn)行的，有一環(huán)狀過(guò)渡態(tài)。3.按遷移起點(diǎn)和終點(diǎn)的元素種類(lèi)進(jìn)行分類(lèi)可分為C→C、C→N、C→O、N→C、O→C、O→P等。C→C是指遷移起點(diǎn)和終點(diǎn)都是C，而C→N是指遷移起點(diǎn)是C，終點(diǎn)是N。例如，4,4-二甲基環(huán)己二烯酮重排成3，4-二甲基酚是C→C。第一節(jié)從碳原子到碳原子的重排Wagner-Meerwein重排Pinacol重排苯偶酰-二苯乙醇酸型重排Favorski重排Wolff重排一、Wagner-Meerwein重排定義：終點(diǎn)碳原子上羥基、鹵原子或重氮基等，在質(zhì)子酸或Lewis酸催化下離去形成碳正離子，其鄰近的烷基、芳基或氫作1,2-遷移至該碳原子，同時(shí)形成更穩(wěn)定的起點(diǎn)碳正離子，后經(jīng)親核取代或質(zhì)子消除而生成新化合物的反應(yīng)。機(jī)理：極不穩(wěn)定較穩(wěn)定主要產(chǎn)物醇或鹵代烴在酸催化下進(jìn)行親核取代（SN1）或消除反應(yīng)烯烴進(jìn)行親電加成時(shí)發(fā)生的重排1.形成C+形式(1)鹵代烴Ag+、AgCl或Lewis酸催化(2)含-NH2，重氮化放氮N2(3)-OH,加H+(-H2O)(4)烯烴親電加成2.遷移基團(tuán)遷移順序易帶負(fù)電荷或帶負(fù)電荷后相對(duì)穩(wěn)定、且易給出電子的基團(tuán)容易遷移。據(jù)此，可得出一般情況下遷移基團(tuán)的活性順序。

3.注意：遷移基團(tuán)構(gòu)型保持，重排是在分子內(nèi)進(jìn)行。遷移基團(tuán)很有可能是經(jīng)由“橋式”正離子進(jìn)行的。過(guò)渡態(tài)分子軌道模型：構(gòu)型保持反應(yīng)實(shí)例：二、Pinacol重排

在酸催化作用下，取代的鄰二醇失去一分子水，重排生成醛或酮的反應(yīng)稱(chēng)Pinacol重排。取代的鄰二醇稱(chēng)為頻吶醇，重排生成的酮稱(chēng)為頻吶酮1.反應(yīng)機(jī)理：IIIII重排反應(yīng)的動(dòng)力是：由三級(jí)C+生成更加穩(wěn)定的質(zhì)子化的酮注意問(wèn)題：1）驅(qū)動(dòng)力？2）兩個(gè)羥基中誰(shuí)先離去？（生成的正碳離子穩(wěn)定性）3）哪個(gè)基團(tuán)遷移？4）立體化學(xué)上離去基與遷移基成反式共平面5）擴(kuò)展反應(yīng)6）應(yīng)用羥基位于脂環(huán)上的鄰二叔醇化合物在酸或Lewis酸的催化下發(fā)生重排，生成擴(kuò)環(huán)脂肪酮、螺環(huán)酮2.溫度：

低溫下用酸處理時(shí)，重排反應(yīng)優(yōu)先于單純的脫水反應(yīng)；

較高溫度和強(qiáng)酸條件下，可以發(fā)生脫水反應(yīng)，生成二烯烴。這是Pinacol重排反應(yīng)的主要副反應(yīng)。

產(chǎn)物（4）環(huán)庚酮是降壓藥胍乙定合成的原料。三、苯偶酰-二苯乙醇酸型重排二苯基乙二酮(苯偶酰)類(lèi)化合物用堿處理，生成二苯基-羥基酸(二苯乙醇酸)的反應(yīng)稱(chēng)為苯偶酰-二苯乙醇酸型重排反應(yīng)。1.反應(yīng)機(jī)理生成穩(wěn)定的羧酸鹽是反應(yīng)的動(dòng)力2.影響因素

(1)堿該反應(yīng)所用的堿主要是苛性堿。將α-二酮類(lèi)化合物與KOH共熔，或與濃KOH醇溶液共熱，或與70％NaOH的水溶液共熱，均可引起該重排反應(yīng)。若用醇鹽(ROM)取代苛性堿，其重排產(chǎn)物為相應(yīng)的酯。(2)α-二酮的結(jié)構(gòu)

芳香族α-二酮

吸電子基對(duì)反應(yīng)有利

給電子基對(duì)反應(yīng)不利；

鄰位取代基，立體位阻較大，使反應(yīng)速度減慢。3.應(yīng)用實(shí)例α-二酮類(lèi)化合物通過(guò)該重排反應(yīng)，可以發(fā)生縮環(huán)

四、Favorski重排-鹵代酮在親核堿(NaOH,RONa等)存在的條件下，發(fā)生重排得到羧酸酯、鹽或酰胺的反應(yīng)稱(chēng)為Favorski鹵化酮重排反應(yīng)。α-基團(tuán)遷移到鹵素位置1.Favorski重排機(jī)理α,α-二鹵代酮也可發(fā)生類(lèi)似的重排，根據(jù)所用堿的不同，分別得到α,β-不飽和羧酸衍生物及共軛烯酮類(lèi)化合物。

Favorski鹵化酮重排應(yīng)用

制備碳上多烴基取代羧酸衍生物

合成有張力的脂環(huán)烴羧酸衍生物大環(huán)類(lèi)化合物的縮環(huán)64%五、Wolff重排和Arndt-Eistert反應(yīng)Wolff重排:重氮酮在銀、銀鹽或銅存在條件下，或用光照射或熱分解都消除氮分子而重排為烯酮，生成的烯酮進(jìn)一步與羥基或胺類(lèi)化合物作用得到酯類(lèi)、酰胺或羧酸的反應(yīng)。通式：重排機(jī)理研究表明：重排與氮?dú)獾氖ネ瑫r(shí)進(jìn)行，即該重排是一協(xié)同過(guò)程，利用質(zhì)譜及各種有效的探測(cè)方法均未發(fā)現(xiàn)碳烯中間體存在的證據(jù)。重排生成的脂環(huán)烯酮在氧氣的存在下經(jīng)光照，釋放出CO2，生成環(huán)酮?？笻Ⅳ病毒藥物Oxetanocin可通過(guò)該重排而制得中間體，經(jīng)還原、脫保護(hù)而制得產(chǎn)品。Amdt-Eistert反應(yīng)：由于α-重氮酮不易制備，使該重排反應(yīng)受到一定限制。Arndt-Eistert等用酰氯與重氮甲烷反應(yīng)得α-重氮酮，再經(jīng)Wollf重排，生成比原酰氯多一個(gè)碳的羧酸的反應(yīng)。第二節(jié)從碳原子到雜原子的重排Beckmann重排Hofmann酰胺重排為胺類(lèi)Curtius重排Schmidt羰基化合物的降解反應(yīng)Baeyer-Villiger氧化重排一、Beckmann重排

酮肟類(lèi)化合物在酸性催化劑的作用下，重排成取代酰胺的反應(yīng)稱(chēng)為Beckmann重排。肟羥基反位的基團(tuán)發(fā)生遷移如果遷移基團(tuán)為手性碳原子，遷移后，其構(gòu)型保持不變。當(dāng)酮肟具有兩種順?lè)串悩?gòu)體時(shí)，重排的產(chǎn)物也有兩種。1.反應(yīng)機(jī)理2．影響因素及反應(yīng)條件(1)催化劑:酮肟重排常用的催化劑為酸性試劑，如礦物酸、有機(jī)酸、Lewis酸、氯化劑或酰氯等。它們的作用是使肟羥基轉(zhuǎn)變成活性離去基團(tuán)，以利于氮─氧鍵的斷裂。質(zhì)子酸H+,H2SO4,HCl,H3PO4非質(zhì)子酸PCl5,SOCl2,TsCl,AlCl3(2)酮肟的結(jié)構(gòu)由于醛肟在重排條件下易失水形成腈，所以很少用醛肟制備甲酰胺。芳脂酮肟較為穩(wěn)定，不易異構(gòu)化，而且芳基比烷基優(yōu)先遷移，重排后主要得芳胺?；漠a(chǎn)物。脂環(huán)酮肟進(jìn)行Backmann重排反應(yīng)，則發(fā)生擴(kuò)環(huán)，生成內(nèi)酰胺類(lèi)化合物。如環(huán)己酮肟的重排，產(chǎn)物為七元環(huán)的己內(nèi)酰胺，它是合成尼龍－6的原料。(3)溶劑重排反應(yīng)中的溶劑，在反應(yīng)過(guò)程中既起到反應(yīng)介質(zhì)的作用，也起催化劑的作用，其催化劑作用與溶劑的質(zhì)子親和力呈正相關(guān)系。當(dāng)溶劑中含有親核性化合物或溶劑本身為親核性化合物(如醇、酚、硫醇、胺或疊氮、偏磷酸酯)時(shí)，重排生成的中間體與其結(jié)合得到相應(yīng)化合物，而不能異構(gòu)化成酰胺。

Beckmann重排的應(yīng)用將酮轉(zhuǎn)變?yōu)轷０泛檄h(huán)、擴(kuò)環(huán)成內(nèi)酰胺化合物制備仲胺二、Hofmann重排酰胺用鹵素（溴或氯）及堿處理，失去酰胺中的羰基，生成伯胺的反應(yīng)稱(chēng)為Hofmann重排。由于產(chǎn)物比反應(yīng)物少一個(gè)碳原子，故此類(lèi)反應(yīng)又稱(chēng)Hofmann降解反應(yīng)。1．反應(yīng)機(jī)理Hofmann重排反應(yīng)機(jī)理如下：當(dāng)酰胺基的α-碳上有手性，重排后，構(gòu)型不變當(dāng)酰胺分子的適當(dāng)位置有羥基、氨基存在時(shí)，可以成環(huán)。2．影響因素(1)酰胺的結(jié)構(gòu)

脂肪、脂環(huán)、芳香、雜環(huán)的單酰胺、雙酰胺、酰亞胺都可以進(jìn)行Hofmann重排。

苯甲酰胺：苯環(huán)的對(duì)位有給電子基取代時(shí)，可促進(jìn)鹵負(fù)離子脫離而加速重排；對(duì)位有吸電子基則不利于鹵負(fù)離子的脫離，使重排速度減慢。(2)溶劑：Hofmann重排反應(yīng)的溶劑有兩大類(lèi)，水和醇類(lèi)。若酰胺形成的鹵代酰胺鹽可溶于水時(shí)，多采用氫氧化鈉的水溶液進(jìn)行反應(yīng)。碳原子數(shù)大于8的脂肪酰胺，重排生成的異氰酸酯在氫氧化鈉水溶液中的溶解度較小，改用醇作溶劑，以醇鈉代替氫氧化鈉。3．應(yīng)用制備伯胺、氨基甲酸酯及脲酰胺經(jīng)Hofmann重排可轉(zhuǎn)變成比酰胺少一個(gè)原子的伯胺，用醇鈉代替NaOH可得氨基甲酸酯。如磺胺甲噁唑中間體3-氨基-5-甲基異噁唑（5），就是由Hofmann重排而制得。(2)制備醛、酮、腈

當(dāng)酰胺基的α-碳原子上有羥基、鹵素、烯鍵時(shí)，重排生成不穩(wěn)定的胺或烯胺，進(jìn)一步水解，則生成醛或酮。

三、Curtius(庫(kù)爾悌斯)反應(yīng)酰基疊氮化物在惰性溶劑中加熱分解生成異氰酸酯:該重排機(jī)理與Hofmann重排非常相似非質(zhì)子溶劑中進(jìn)行，可得到較高收率的異氰酸酯；水、醇或胺中進(jìn)行，其產(chǎn)物分別是胺、氨基甲酸酯和取代脲。四、Baeyer-Villiger氧化重排在酸催化下，醛或酮與過(guò)氧酸(如過(guò)氧乙酸、過(guò)氧三氟醋酸等)作用，在烴基與羰基之間插入氧原子生成酯的反應(yīng)稱(chēng)Baeyer-Villiger氧化重排。1.反應(yīng)機(jī)理2.影響因素（1）過(guò)氧酸及溶劑

常用的過(guò)氧酸有：后發(fā)現(xiàn)廉價(jià)、方便的H2O2/HOAc。同時(shí)需加緩沖劑調(diào)節(jié)pH，以防止生成的酯與生成的酸發(fā)生交換。（2）基團(tuán)的遷移能力一般為：叔烷基>環(huán)己基，仲烷基，芐基，苯基>伯烷基>甲基。二芳基酮重排時(shí)，芳環(huán)上取代基的性質(zhì)影響其遷移能力的相對(duì)大小，有給電子取代基時(shí)，對(duì)反應(yīng)有利；反之，使芳基遷移能力減小。其大小次序?yàn)椋篊H3O>CH3>H>Cl>NO2。利用該重排反應(yīng)，可以合成結(jié)構(gòu)特殊的醇類(lèi)；若用環(huán)酮，則得到內(nèi)酯，所以也是合成內(nèi)酯的方法。3.應(yīng)用第三節(jié)親電重排Steven重排Sommelet-Hauser重排Wittig重排與雜原子(N，O，S等)相鄰的碳原子，由于受雜原子和周?chē)娮踊?Z)的影響，其活潑氫原子在強(qiáng)堿作用下易形成碳負(fù)離子過(guò)渡態(tài)，然后雜原子上烴基通過(guò)分子內(nèi)(1，2-)遷移至該碳負(fù)離子上，從而改變分子骨架，以下列通式表示：一、Stevens重排

季銨鹽(或锍鹽）分子中連在氮(或硫）原子的碳原子上具有吸電子的基團(tuán)取代時(shí)，在強(qiáng)堿性條件下，可重排生成叔胺的反應(yīng)稱(chēng)為Stevens重排反應(yīng)。1.反應(yīng)機(jī)理為分子內(nèi)重排遷移基構(gòu)型保持2．影響因素所用堿性的強(qiáng)弱取決于z吸電子能力的大小。常用堿是NaNH2、NaOR、NaOH等。吸電子基通常是指?；?、酯基、芳基、乙烯基或乙炔基等。常見(jiàn)的遷移基（R3）主要為烯丙基、芐基、烷基及吸電子取代的烷基（-CH2Z）。3.注意（1）在烯丙基季銨鹽中由于葉立德中負(fù)離子直接和乙烯基相連，出現(xiàn)離域作用，得1，2-遷移和1，4-遷移的混合物，增加溶劑的極性和溫度均有利于1,4-遷移的生成。（2）該重排為立體專(zhuān)一性反應(yīng)，如果遷移基具有手性，重排后構(gòu)型保持不變。（3）如果芳基為吸電子基時(shí)，提高反應(yīng)溫度，減小溶劑極性將促進(jìn)Stevens重排。

應(yīng)用：二、Sommelet-Hauser重排Sommelet-Hauser重排芐基季銨鹽在強(qiáng)堿(如NaNH2，RLi等)催化下，重排成鄰位烴基取代的芐基叔胺的反應(yīng)。1.反應(yīng)機(jī)理分子內(nèi)的親電重排反應(yīng)三、Wittig重排醚類(lèi)化合物通過(guò)強(qiáng)堿（烷基鋰、苯基鋰、氨