药物合成教学资料-重排反应课件.ppt

1、第五章Rearrangement ReactionAWBABWA:A:重排起点原子重排起点原子,B:,B:重排终点原子重排终点原子,W:,W:重排基团重排基团在同一分子内，一个基团从一个原子在同一分子内，一个基团从一个原子迁移至另一个原子而形成一个新分子迁移至另一个原子而形成一个新分子的反应称为重排反应的反应称为重排反应离子型机理离子型机理 亲核重排亲核重排 亲电重排亲电重排自由基重排自由基重排-键迁移重排键迁移重排 周环机理重排周环机理重排按反应历程分类根据起点原子与终点原子的相对位置分类根据起点原子与终点原子的相对位置分类1,2-迁移1,3-迁移1,4-迁移1,5-迁移3,3-迁移-迁移，

2、实例少从碳原子到碳原子的重排从碳原子到碳原子的重排从碳原子到杂原子的重排从碳原子到杂原子的重排从杂原子到碳原子的重排从杂原子到碳原子的重排-键迁移重排键迁移重排按起点原子和终点原子的种类分类 重排反应机理复杂多样，规律性不强，重排反应机理复杂多样，规律性不强，在此就不罗列讲解了，后续课程会结合在此就不罗列讲解了，后续课程会结合具体的重排反应进行讲解，此部分内容具体的重排反应进行讲解，此部分内容仅供参考仅供参考第一节第一节 重排反应机理重排反应机理一、一、Wagner-MeerweinWagner-Meerwein重排重排第二节第二节 从碳原子到碳原子的重排从碳原子到碳原子的重排(如果R4=H)

3、(如果R2 含一个-氢)R=烷基、芳基或氢1.反应通式(如果R4=H)(如果R2 含一个-氢)R=烷基、芳基或氢1.反应通式L2 2、反应机理、反应机理3.3.影响因素影响因素(1)(1)碳正离子的稳定性碳正离子的稳定性正常反应的中间体碳正离子已是最稳定了，不重排由仲碳正离子重排成叔碳正离子，更稳定由仲碳正离子重排成苄位碳正离子，更稳定重排生成更稳定的碳正离子是Wagner-Meerwein重排的驱动力由卤代烃获取碳正离子(2)(2)碳正离子的形成碳正离子的形成卤代烃溶于强的极性溶剂，或加入Lewis酸，如银离子夺取卤素，形成碳正离子 醇与酸作用形成碳正离子醇与酸作用形成碳正离子烯烃经质子加成

4、后形成碳正离子烯烃经质子加成后形成碳正离子胺与亚硝酸作用形成碳正离子胺与亚硝酸作用形成碳正离子4.4.应用特点应用特点(1)(1)卤代烃卤代烃Wagner-MeerweinWagner-Meerwein重排重排(2)醇类化合物醇类化合物Wagner-Meerwein重排重排(3)烯烃化合物烯烃化合物Wagner-Meerwein重排重排(4)胺化合物胺化合物Wagner-Meerwein重排重排连二醇类化合物连二醇类化合物用用酸酸处理时处理时重排生成醛或重排生成醛或酮的反应，称为酮的反应，称为PinacolPinacol重排反应。重排反应。二、二、PinacolPinacol重排重排1.反应通

5、式R=烷基、芳基或氢2.2.反应机理反应机理重排的方向重排的方向哪个碳上的羟基更容易离去成为正碳离子？羟基离去后羟基离去后形成的形成的碳正离子碳正离子越越稳稳定定越有利于重排越有利于重排3.3.影响因素影响因素(1)(1)碳正离子的稳定性碳正离子的稳定性(2)立体化学因素的影响迁移基与离去基互成反应式才能迁移(3)反应条件的影响(4)(4)迁移基团的迁移能力迁移基团的迁移能力芳基芳基 氢氢 乙烯基乙烯基 叔丁基叔丁基 环丙基环丙基 仲烷基仲烷基 伯烷基伯烷基使正电荷稳定（好的供电性）使正电荷稳定（好的供电性）的取代基迁移倾向大的取代基迁移倾向大(94%)(6%)4.4.应用特点应用特点(1)P

6、inacol重排制备Pinacolone(2)Semipinacol重排制备酮类化合物重排制备酮类化合物X=Cl、Br、I、SR、OTs、OMs-氨基醇类氨基醇类-卤代醇类卤代醇类制备环状酮制备环状酮三、三、二苯基乙二酮二苯基乙二酮 二苯乙醇酸型重排二苯乙醇酸型重排 二苯基乙二酮二苯基乙二酮(苯偶酰苯偶酰)类化合物用碱处理，生类化合物用碱处理，生成二苯基成二苯基-羟基酸羟基酸(二苯乙醇酸二苯乙醇酸)的反应称为苯偶的反应称为苯偶酰酰-二苯乙醇酸型重排反应。二苯乙醇酸型重排反应。1.1.反应通式反应通式2.2.反应机理反应机理4.4.应用特点应用特点(1)(1)制备二芳基乙醇酸制备二芳基乙醇酸(2

7、)(2)制备环状酮制备环状酮缩小一个碳1.1.反应通式反应通式四、四、FavorskiiFavorskii重排重排-卤代酮在亲核碱卤代酮在亲核碱(NaOH,RONaNaOH,RONa等等)存在的条存在的条件下，发生重排得到羧酸盐、酯或酰胺的反件下，发生重排得到羧酸盐、酯或酰胺的反应称为应称为FavorskiFavorski重排重排2.2.反应机理反应机理重排产物的羧羰基保留在哪个重排产物的羧羰基保留在哪个碳上？碳上？PK稳定性3.3.影响因素影响因素(1)(1)反应物反应物-卤代酮的影响卤代酮的影响中间体环丙酮开环后形成的负碳离中间体环丙酮开环后形成的负碳离子稳定性较高的，导向重排产物子稳定性

8、较高的，导向重排产物共轭结构有利于碳负离子的稳定取代基少的碳负离子较稳定重排产物重排产物碱NaOH,KOHNaOR,KORNaNH2,KNH2HNR2(2)催化剂的影响4.应用特点(1)由-卤代酮制备羧酸衍生物(2)由,-二卤代酮制备,-不饱和羧酸衍生物(3)由-卤代环酮制备少一个碳原子的环状羧酸衍生物五、五、WolffWolff重排重排和和Arndt-EistertArndt-Eistert合成合成在光、热或金属化合物催化下，在光、热或金属化合物催化下，-重氮酮重氮酮重排生成烯酮的反应称为重排生成烯酮的反应称为WolffWolff重排重排。Wolff重排重排1.反应通式Arndt-Eiste

9、rt合成合成2.反应机理3.影响因素4.应用特点(1)由羧酸制备多一个碳原子的酸或其衍生物(2)由-重氮酮制备缩环产物第第三三节节 从碳原子到杂原子的重排从碳原子到杂原子的重排一、一、Beckmann重排重排肟类化合物在酸性催化剂作用下，烃基向氮原子迁移，生成取代酰胺的反应，称为Beckmann重排1.反应通式2.反应机理(1)催化剂的影响3.影响因素质子酸(H+)，使肟生成羊离子（羊盐），以促进羟基消除常用的质子酸：H2SO4,HCl,H3PO4，多聚磷酸非质子酸，将肟羟基转化为易于脱离的基团(离去性强的基团)常用非质子酸：POCl3,PCl5,SOCl2,MeSO2Cl,PhSO2Cl(2

10、)溶剂的影响(3)酮肟结构的影响4.应用特点(1)脂环酮肟生成扩环内酰胺(2)立体专一性Beckmann重排中，与离去羟基处于反位的基团发生迁移，具立体专一性(3)制备苯并噁唑或苯并咪唑衍生物二、二、HofmannHofmann重排重排未取代的未取代的酰胺酰胺与次溴酸钠与次溴酸钠(或或溴溴与氢氧化钠与氢氧化钠)作用，得到作用，得到少一个碳原子的伯胺的反应称少一个碳原子的伯胺的反应称为为Hofmann重排重排1.1.反应通式反应通式2.2.反应机理反应机理3.3.影响因素影响因素(1)(1)反应条件的影响反应条件的影响如果R为脂肪取代基，碳原子数小于8所用的碱用醇钠代替氢氧化钠，重排后的异氰酸酯

11、与醇作用得到氨基甲酸酯Pb(OAc)4（LTA)，高价碘试剂（苯基二乙酰基碘）等也可促使Hofmann重排的发生。(2)(2)反应物酰胺结构的影响反应物酰胺结构的影响4.4.应用特点应用特点(1)由酰胺制备少一个碳原子的伯胺(2)由酰胺制备少一个碳原子的氨基甲酸酯三、三、Curtius重排重排酰基叠氮化合物加热分解为异氰酸酯的反酰基叠氮化合物加热分解为异氰酸酯的反应称为应称为Curtius重排重排1.1.反应通式反应通式2.2.反应机理反应机理3.3.影响因素：反应物酰基叠氮化合物的制备影响因素：反应物酰基叠氮化合物的制备(1)(1)酰卤与叠氮化钠反应酰卤与叠氮化钠反应(2)(2)混合酸酐与叠

12、氮化钠反应混合酸酐与叠氮化钠反应(3)(3)酰基肼与亚硝酸反应酰基肼与亚硝酸反应(4)(4)羧酸与二苯基磷酰叠氮羧酸与二苯基磷酰叠氮(DPPA)(DPPA)反应反应4.4.应用特点应用特点(1)(1)制备伯胺制备伯胺(2)(2)制备氨基甲酸酯制备氨基甲酸酯四、四、Schmidt反应反应(1)(1)反应通式反应通式2.2.反应机理反应机理(1)(1)羧酸与叠氮酸的反应机理羧酸与叠氮酸的反应机理4.4.应用特点应用特点(1)(1)由羧酸制备伯胺由羧酸制备伯胺(2)(2)由酮制备酰胺由酮制备酰胺Hofmann降解降解RCONH2Br2OHRNH2+4RCON3R N C OHRNH2N2H+RNH2

13、HN3RCOOH操作简便操作简便收率较高收率较高Schimidt反应反应Curtius重排酮类酮类与与过氧酸过氧酸反应反应，重排转化为重排转化为酯酯，称为称为Baeyer-Villiger反应反应五、五、Baeyer-Villiger氧化氧化/重排重排1.1.反应通式反应通式2.2.反应机理反应机理3.3.影响因素影响因素(1)(1)过氧酸过氧酸过氧乙酸三氟过氧乙酸过氧苯甲酸间氯过氧苯甲酸后发现廉价、方便的H2O2/HOAc(2)(2)酮的结构酮的结构烃基迁移能力顺序：叔烷基 环己基、仲烷基，苄基、苯基 伯烷基 甲基芳环上有给电子基时，迁移能力增强；有吸电子基时，迁移能力降低4.4.应用特点应

14、用特点(1)(1)酮转化为酯酮转化为酯(2)醛转化为酸或甲酸酯第第四四节节 从杂原子到碳原子的重排从杂原子到碳原子的重排一、一、Stevens重排重排季铵盐分子中连于氮原子的碳原子上具有吸季铵盐分子中连于氮原子的碳原子上具有吸电子的基团取代时，在强碱性条件下，可重电子的基团取代时，在强碱性条件下，可重排生成叔胺的反应称为排生成叔胺的反应称为Stevens重排反应。重排反应。1.1.反应通式反应通式 2.2.反应机理反应机理3.3.影响因素影响因素(1)碱的强弱氮原子的-碳上连有吸电子、芳基等可以稳定碳负离子的取代基时，可用较弱的碱；-碳上连有给电子取代基时，要用较强的碱3.3.影响因素影响因素

15、(1)季铵盐的结构季铵的四个取代基中，哪一个取代上的-碳形成碳负离子（即终点原子）？碳负离子稳定性大的碳负离子稳定性大的-碳优先碳优先季铵盐的四个取代基，哪一个迁移呢？基团形成的碳正离子越稳定，迁移能力越强4.4.应用特点应用特点(1)(1)由季铵盐制备叔胺由季铵盐制备叔胺二、Sommelet-Hauser重排（不讲）三三、Wittig醚重排醚重排醚类化合物和烷基锂或氨基钠作用重排生醚类化合物和烷基锂或氨基钠作用重排生成醇的反应，称为成醇的反应，称为Wittig醚重排反应醚重排反应1.反应通式2.2.反应机理反应机理第五节第五节 -键迁移重排键迁移重排协同反应中，一个原子或基团从起点协同反应中

16、，一个原子或基团从起点原子上的原子上的-键越过共轭的键越过共轭的 电子系统，电子系统，迁移到分子内的一个新位置上，形成迁移到分子内的一个新位置上，形成新的新的 键称为键称为-迁移重排迁移重排C1MC CmC CCMm2m+1一、一、Claisen重排重排烯丙基芳基醚加热重排成邻烯丙基芳基醚加热重排成邻烯烯丙基丙基酚类酚类的反应称的反应称Claisen重排重排1.1.反应通式反应通式2.2.反应机理反应机理4.4.应用特点应用特点(1)(1)在芳环上引入烯丙基在芳环上引入烯丙基(2)(2)脂肪族脂肪族ClaisenClaisen重排重排二、二、Cope重排重排1,5-二烯类化合物受热时发生二烯类化合物受热时发生3,3 键键迁移重排，得到另一双烯丙迁移重排，得到另一双烯丙基衍生物的反应称基衍生物的反应称Cope重排重排1.1.反应通式反应通式2.2.反应机理反应机理3.3.影响因素影响因素可逆反应，反应最终可能得到两种1,5二烯的混合物，二者的比例由热力学稳定性控制，热力学稳定性大的占优氧-Cope重排4.4.应用特点应用特点(1)(1)制备不饱和醛或酮制备不饱和醛或酮(2)(2)制备七元和八元环的二烯化合物制备七元和八元环的二烯化合物