重排反应

7 重排反应重排反应指同一分子内，某一原子或基团从一个原子迁移到另一个原子形成新的分子的反应。

利用重排常常可以合成用其它方法难以合成的物质。

其反应机理不外乎亲核、亲电和自由基几种。

按其迁移的方式大致可分为从碳原子到碳原子的重排、从碳原子到杂原子的重排以及从杂原子到碳原子的重排等几种。

7.1从碳原子到碳原子的重排从碳原子到碳原子的重排使碳骨架发生变化。

其中典型的重排包括亲核1,2-重排和亲电1,2-重排。

前者包括Wagner-Meerwein重排和Pinacol重排；后者包括Wolf和Arndt-Eistert重排等。

7.1.1Wagner-Meerwein重排在质子酸或Lewis酸催化下形成的碳正离子中，烷基、芳基或氢从正离子相邻的碳原子上迁移到正离子上的反应，称为Wagner-Meerwein重排。

生成更稳定的碳正离子或产物成为重排的动力。

反应示例：双环二烯酮重排为四氢萘酚。

用质子酸处理某些环外烯烃可致重排。

7.1.2 Pinacol重排酸催化下，邻二醇脱水重排为醛或酮的反应称为Pinacol重排。

(1)四取代邻二醇的重排如果四个取代基相同，得单一产物。

如果是对称的邻二醇，产物分配主要取决于迁移基团的迁移能力。

迁移能力可能与亲核能力正相关。

一般而言，芳基>烷基>氢。

对位供电子基取代的芳基>未取代的芳基>邻位取代的芳基(空间障碍)。

如果是不对称的邻二醇，产物分配主要取决于形成的碳正离子的稳定性，与迁移基团的迁移能力关系不大。

不对称Pinacol重排的选择性不是太好，常常得到混合物，在药物合成上的意义不太大。

(2)三取代邻二醇的重排对于三取代的邻二醇，其中的叔碳上形成的碳正离子较稳定，所以一般是仲碳上的基团(或氢原子)迁移。

如果需要叔碳上的基团迁移，可采用衍生物法在碱性条件下重排。

(3)脂环上的邻二醇重排羟基位于脂环上的邻二醇的重排常导致脂环结构的变化。

螺环的形成：羟基共环的情形：如上，对于羟基共环的情形，总是处在离去的羟基反式的基团迁移，这在一定程度上说明Pinacol重排可按分子内SN2机理进行。

(4)准Pinacol重排能在羟基的邻位形成碳正离子非邻二醇化合物，进行类似Pinacol重排的反应称为准Pinacol 重排。

其中能形成碳正离子的前体可以是卤化物、重氮化物以及烯烃等。

前体为卤化物：前体为重氮基：前体为双键：7.1.3Benzil-benzilic Acid重排用强碱处理alpha-二酮，重排得到alpha-羟乙酸盐的反应。

其中以二苯基乙二酮重排为二苯基乙醇酸最具代表性。

脂肪族alpha-二酮重排示例：某甾体的转化。

7.1.4Favorsky重排alpha-卤代酮在碱的作用下，重排为羧酸或其衍生物的反应称为Favorsky重排。

直链的Favorsky重排：合成张力较大的脂环：有杂原子参与的Favorsky重排：酰胺氮原子上的氢具酸性，同样可以在碱性条件下去质子。

立方烷二甲酸的合成：7.1.5Wolff重排alpha-重氮酮经加热、光照或金属催化脱氮生成烯酮的反应，称为Wolff重排。

所得烯酮可分别与水、醇和胺加成生成羧酸、酯和酰胺。

其反应机理一般被认为是碳烯历程。

研究表明氮的放出与重排同时进行，而且没有发现碳烯存在的证据，所以这一过程也被认为是协同反应(分子内SN2反应)。

脂环alpha-重氮酮重排可得缩环产物：7.2从碳原子到杂原子的重排迁移基团带着一对电子从碳原子迁移到杂原子(氮、氧和硫等)上，形成新的碳杂键得反应。

这类反应以碳－氮迁移最为重要。

典型得反应机理是分子内SN2历程及碳烯机理。

7.2.1Beckmann重排醛肟或酮肟在酸催化下重排为酰胺的反应称为Beckmann重排。

反应机理被认为是分子内SN2历程。

(1)底物的影响手性迁移基团在重排过程中构型保持。

肟有顺反异构，酮肟重排时，处在离去的羟基反位的基团优先迁移。

环酮重排可得到内酰胺。

醛肟有时可发生消除反应，得到腈。

醛肟消除为腈的另一实例。

Veratronitrile, Organic Syntheses, Coll. Vol. 2, p.622; Vol. 15, p.85.在重排条件下，酮肟也可发生裂解(消除)的副反应(异常Beckmann重排)，得到腈。

(2)催化剂的影响催化剂不限于质子酸(硫酸、盐酸、多聚磷酸和三氟甲磺酸等)和Lewis酸(三氯化铝、四氯化钛和三氟化硼等)，实际上，凡是能与肟羟基反应，并使其成为更好的离去基团的物质，都可能成为Beckmann重排的催化剂，如氯化亚砜、五氯化磷、三氯氧磷和甲磺酰氯等酸酐或酰氯。

其中质子酸作催化剂在极性溶剂中重排时，经常得到不同基团迁移的混合物，其原因就在于上述条件下，反应体系中可能存在碳氮双键质子化形成的碳正离子。

极性溶剂可帮助稳定碳正离子。

由于形成了碳正离子，使得顺反异构的肟得以快速转化并达成平衡。

用Lewis酸或酰氯可以避免上述副反应。

(3)溶剂的影响质子酸催化时，极性溶剂的存在使基团迁移的选择性降低，所以溶剂以非极性为主。

基团迁移后，形成一个碳正离子，所以使用亲核性溶剂时，往往得不到期望的酰胺，而是生成该溶剂的相应反应产物，如醇中的Beckmann重排。

7.2.2Hofmann重排(降解)用卤素(氯或溴)和碱处理氮上未取代的酰胺，得到少一个碳的胺，称为Hoffmann重排(降解)。

重排可能是协同反应(分子内SN2过程)，也可能经过氮烯中间体(氮烯存在的证据很难找到)。

迁移基团所含的手性中心构型得以保持。

Hofmann重排的协同反应机理：Hofmann重排的氮烯机理：反应的中间体异氰酸酯已经分离得到。

该中间体也可与其它亲核试剂加成，该亲核试剂可以是外来的，也可来自分子内。

alpha-碳上连有羟基、卤素和烯键的酰胺重排得到的胺或烯胺不稳定，可水解为醛或酮。

Hofmann重排的应用：环丙胺(环丙沙星中间体)的合成。

类似地，用碱处理异羟肟酸及其衍生物也可经由异氰酸酯中间体得到少一个碳的胺，称为Lossen重排。

7.2.3Curtius重排酰基叠氮化合物热解为异氰酸酯的反应称为Curtius重排。

重排可能是协同反应(分子内SN2过程)，也可能经过氮烯中间体(氮烯存在的证据很难找到)。

该反应不限于酰氯，也可以是羧酸、酯和酐等。

得到的异氰酸酯也可与其它亲核试剂加成。

与Hofmann重排一样，迁移基团若含有手性中心，其构型将得以保持。

7.2.4Schmidt重排醛或酮与叠氮化物在酸催化下生成酰胺的反应，称为Schmidt重排。

反应结果是在羰基邻位插入-NH-。

一般情况下，芳基优先迁移。

环酮为原料时产物是内酰胺。

7.2.5Baeyer-Villiger重排醛或酮与过氧酸在酸催化下生成酯的反应，称为Baeyer-Villiger重排。

迁移基团的迁移能力顺序为叔烷基>环烷基≈仲烷基≈苄基≈苯基>伯烷基>甲基；二芳酮重排是迁移顺序取决于芳基的亲核能力；氢的迁移能力大于烷基，所以醛与过氧乙酸反应生成酸。

但间氯过氧化苯甲酸在室温下可将某些醛氧化为甲酸酯。

酰基有时也可以成为迁移基团：不能形成烯醇式的alpha-二酮氧化重排为酸酐。

7.3从杂原子到碳原子的重排含杂原子(氧、氮或硫)的化合物，在强碱的作用下，在其与杂原子相邻的碳原子上去质子，形成碳负离子，之后杂原子上的烷基迁移到该碳负离子上，通式如下：这类重排的典型代表是Wittig重排、Stevens重排和Sommelet-Hauser重排。

7.3.1Wittig重排醚类化合物经强碱(烷基锂或氨基钠等)处理，分子中的一个烷基迁移生成醇的反应称为Wittig重排，有[1,2]-Wittig重排和[2,3]-Wittig重排之分。

[1,2]-Wittig重排的反应机理：由于曾检测到自由基的存在，以下自由基机理也得到支持(March’s Advanced Organic Chemistry, 5th ed., p1422)：基团迁移能力顺序为烯炳基>苄基>乙基>甲基>苯基，这与自由基的稳定性顺序相同，也在一定程度上支持了自由基机理。

[2,3]-Wittig重排是烯丙醚的重排，反应机理为：7.3.2Stevens重排a-位上含吸电子基的季铵盐，在强碱的作用下，发生分子内烷基的[1,2]-迁移，生成叔胺的反应，称为Stevens重排。

吸电子基Z主要为酰基、酯基、芳基乙烯基和乙炔基等。

迁移基团可以是烯炳基、苄基和烷基等。

7.3.3Sommelet-Hauser重排苄基季铵盐在强碱作用下，重排生成邻位烷基取代的苄基叔胺的反应称为Sommelet-Hauser重排。

环状季铵盐也可发生重排：锍盐也可发生Sommelet-Hauser重排。

7.4sigma键迁移重排邻近共轭体系的一个原子或基团的sigma键迁移到新的位置，同时共轭体系发生转移，这种分子内非催化的协同异构化反应称为sigma键迁移重排。

常见的，在有机合成上较为重要的是Claisen重排和Cope重排。

7.4.1Claisen重排加热烯醇或酚的烯丙醚，可通过[3,3]-s迁移使烯炳基自氧原子迁移到碳原子上，此为Claisen 重排。

其反应机理为协同反应历程。

此类反应在天然化合物的合成上有广泛的应用，如某些羟基醌的合成：酚的烯丙醚重排时以邻位产物为主，但邻位产物也可经Cope重排部分转化为对位产物。

邻对位都被占据时甚至可以重排到间位：硫杂Claisen重排：氨基Claisen重排，常用Lewis酸作催化剂。

既然要Lewis酸作催化剂，是不是离子机理呢?7.4.2Cope重排1,5-二烯(联二烯炳基)经[3,3]-s迁移重排为另一双烯炳基衍生物的反应称为Cope重排。

其反应机理亦为协同反应历程。

可逆反应，平衡受产物的稳定性控制。

如生成更稳定的多取代的(共轭)烯烃：以及环张力的释放：。