第七章 分子重排反应
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重排反应有机化学中重排反应很早就被⼈们发现,研究并加以利⽤。
第⼀次被Wohler 发现的,由⽆机化合物合成有机化合物,从⽽掀开有机化学神秘⾯纱的反应—加热氰酸铵⽽得到尿素,今天也被化学家归⼊重排反应的范畴。
⼀般地,在进攻试剂作⽤或者介质的影响下,有机分⼦发⽣原⼦或原⼦团的转移和电⼦云密度重新分布,或者重键位置改变,环的扩⼤或缩⼩,碳架发⽣了改变,等等,这样的反应称为是重排反应。
按照反应的机理,重排反应通常可分为亲核反应、亲电反应、⾃由基反应和周环反应四⼤类。
也有按照不同的标准,分成分⼦内重排和分⼦间重排,光学活性改变和不改变的重排反应,等等。
⼀、亲核重排重排反应中以亲核重排为最多,⽽亲核重排中⼜以1,2重排为最常见。
(⼀)亲核1,2重排的⼀般规律1.亲核1,2重排的三个步骤:离去基团离去,1,2基团迁移,亲核试剂进攻2.发⽣亲核1,2重排的条件(1)转变成更稳定的正离⼦(在⾮环系统中,有时也从较稳定的离⼦重排成较不稳定的离⼦)(2)转变成稳定的中性化合物(3)减⼩基团间的拥挤程度,减⼩环的张⼒等⽴体因素。
(4)进⾏重排的⽴体化学条件:带正电荷碳的空p轨道和相邻的C-Z 键以及α碳和β碳应共平⾯或接近共平⾯(5)重排产物在产物中所占的⽐例不仅和正电荷的结果有关,⽽且和反应介质中存在的亲核试剂的亲核能⼒有关3.迁移基团的迁移能⼒(1)多由试验⽅法来确定基团的固有迁移能⼒(2)与迁移后正离⼦的稳定性有关(3)邻位协助作⽤(4)⽴体因素4.亲核1,2重排的⽴体化学:(1)迁移基:构象基本保持,没有发现过构型反转,有时有部分消旋(2)迁移终点:取决于离去及离去和迁移基进⾏迁移的相对时机5.记忆效应:后⼀次重排好像和第⼀次重排有关,中间体似乎记住了前⼀次重排过程(⼆) 亲核重排主要包括基团向碳正离⼦迁移,基团向羰基碳原⼦迁移,基团向碳烯碳原⼦迁移,基团向缺电⼦氮原⼦转移,基团向缺电氧原⼦的迁移,芳⾹族亲核重排,下⾯就这六种迁移作简要介绍:1.基团向碳正离⼦迁移:(1)Wagner-Meerwein重排:烃基或氢的1,2移位,于是醇重排成烯(2)⽚那醇重排:邻⼆醇在酸催化下会重排成醛和酮(3)Demyanov重排,Tiffeneau-Demyanov扩环以及有关反应(4)⼆烯酮-酚重排:4,4-⼆取代环⼰⼆烯酮经酸处理重排成3,4-⼆取代酚的反应(5)醛酮同系物的合成:醛或酮和重氮甲烷作⽤⽣成⾼⼀级的同系物(6)烯丙基重排:烯丙基系统中双键发⽣位移的反应2.基团向羰基碳原⼦迁移:(1) Benzil-Benzilic Acid重排:α-⼆酮经强碱处理会发⽣重排,⽣成α-羟基⼄酸盐(2) 酸催化下醛酮的重排:在烃基的交换后,醛重排成酮,酮则重排成另⼀种酮3.基团向碳烯碳原⼦迁移:(1) Arndt-Eistert合成和Wolff重排:由羧酸经酰卤,重氮酮合成⾼⼀级同系物的⽅法(2) 其他的碳烯重排反应,主要是1,2氢迁移⽣成烯4.基团向缺电⼦氮原⼦转移:(1)Beckmann重排:醛肟或酮肟重排成酰胺(2)Hoffmann重排:氮上⽆取代基酰胺经溴及碱处理,脱羰⽣成伯胺(3)Curtius重排:酰基叠氮热分解⽣成异氰酸酯(4)Schmidt重排:酸、醛和酮在酸催化下和叠氮酸反应,⽣成胺、酰胺等的反应(5)Lossen重排:异羟肟酸及O-酰基衍⽣物经类似Hoffmann的重排⽣成少⼀个碳的胺(6)Neber重排:肟酮的磺酸酯在⼄醇钾处理后⽔解⽣成α-氨基酮5.基团向缺电氧原⼦的迁移:(1)氢过氧化物的重排:氢过氧化物在酸催化下,O-O键断裂,同时烃基从碳原⼦迁移到氧原⼦上(2)Baeyer-Villiger重排:酮在酸催化下与过酸作⽤,在分⼦中插⼊氧⽣成酯的反应6.芳⾹族亲核重排:(1)芳羟胺重排(Bamberger重排):经硫酸处理重排成氨基酚(2)Sommelet-Hauser重排:苄基季胺盐经氨基钠等强碱处理重排成邻位取代的苄基叔胺⼆、⾃由基重排反应1.1,2迁移:⽐正离⼦重排反应少得多,主要发⽣在:(1)某些双⾃由基的1,2-烷基和氢(2)烯基(迁移的⼄烯基若是环的⼀部分,则发⽣重排)2.⾮1,2迁移:多发⽣1,5迁移3.Barton反应:处于羟基δ位上的甲基氧化成醛基的反应4.Hofmann-loffler-freytag反应:质⼦化N-卤化胺经热分解或光解形成六氢吡啶等的反应。
有机重排反应详尽总结重排反应(rearrangement reaction)是分子的碳骨架发生重排生成结构异构体的化学反应,是有机反应中的一大类。
重排反应通常涉及取代基由一个原子转移到同一个分子中的另一个原子上的过程,现将有机重排反应进行一个详尽的总结。
(1)Amadori重排反应酸或碱催化下醛糖的N-糖苷(糖胺,glycosylamines)异构化生成1-胺基-1-脱氧酮糖的反应被称为Amadori重排反应。
此反应的底物和产物都称为“Amadori化合物”。
各种Lewis酸都已应用于此反应:CuCl2 , MgCl2 , HgBr2 , CdCl2 , AlCl3 , SnCl4 , etc。
此反应中只需催化量的酸就可以催化胺和醛糖反应,进而重排。
伯胺,仲胺,脂肪胺或芳香胺都可以发生此反应。
糖胺类化合物会发生复杂的美拉德反应(食物在烹饪或储藏过程中糖,胺,氨基酸和蛋白质等进行重排和降解)。
此反应中生成的黑色产物是由于发生了此类非酶褐变反应。
(2)Baker-Venkataraman重排贝克-文卡塔拉曼重排反应(Baker-Venkataraman重排)是2-乙酰氧基苯乙酮衍生物在碱作为催化剂之下生成1,3-二酮的反应。
这个反应常用于制造色酮和黄酮类化合物。
(3)Bamberger RearrangementN-芳基羟胺在强酸水溶液作用下重排为氨基苯酚的反应。
(4)Beckmann Rearrangement贝克曼重排反应(Beckman rearrangement)指醛肟或酮肟在酸催化下生成N-取代酰胺的亲核重排反应,反应中起催化作用的酸常用五氯化磷。
此反应是由德国化学家恩斯特·奥托·贝克曼发现并由此得名。
(5)Brook RearrangementC-Si→O-Si的离子性重排反应,从羟基硅烷到硅醚的转化。
Brook 重排反应的推动力是产物中键能较高的 Si-O 键的生成。
分子重排反应合作者:缪文文(20082823)江会剑(20082824)1.亲核重排1.Wagner-Meerwein重排属于分子内的亲核碳重排反应,实例:其结果是正常产物(I)仅有3%,而两种重排产物(II)和(III)共有92%。
原因是反应过程中,反应中间体碳正碳子发生了重排:脂肪族或脂环族伯胺与HNO2作用时,亦可发生此亲核碳重排反应。
2 .片呐醇重排(Pinacol重排)在无机酸作用下,连有羟基的碳原子上的烃基带着一对电子转移到失去羟基的正碳离子上,生成不对称酮的反应,称片呐醇重排:例如:正碳离子的形成和基团的迁移系经由一个正碳离子桥式过渡状态,迁移基团和离去基团处于反式位置。
迁移基团可以是烷基,也可以是芳基。
对于R1R2C(OH)-C(OH)R3R4取代基不同的片呐醇,其重排方向取决于下列两个因素:(1)失去-OH的难易;(2)迁移基团的性质和迁移倾向。
3. Beckmann重排醛肟及酮肟在酸性催化剂(如H2SO4、HCl、P2O5、POCl3、SO2Cl2等)作用下,发生重排转变为酰胺,称Beckmann重排。
其立体化学特征:不对称酮肟的重排为反式重排,例如:在迁移过程中,迁移基团原有的结构(如碳架、构型等)保持不变,例如:4 . Baeyer-Villiger重排酮类经过氧酸氧化,发生重排生成酯,称Baeyer-Villege重排。
常用的过氧酸有:H2SO5、MeCO3H、PhCO3H、HCO3和CF3CO3H等。
机理:对不对称酮而言,各种烃基迁移难易大致顺序如下:叔烷基>仲烷基~环烷基>苄基~苯基>伯烷基>环丙基>甲基(易)(难)例如:本反应是由酮合成酚的一种方法,如:5. 苯偶酰(Benzil)重排苯偶酰重排,又称苯甲酰重排:苯偶酰类化合物(即α-二酮类)在强碱作用下,发生分子内重排生成α-羟基酸的反应。
最著名的是二苯基乙二酮(苯偶酰)的重排如以代替,则产物为酯,如:2 亲核氮重排反应1 . Hofmann重排酰胺在碱性介质中用Cl2或Br2(NaOCl或NaOBr)处理,放出CO2变为减少一个碳原子的伯胺,此反应成为Hofmann降解重排。