物理有機化學第7章分子骨架的重排反應課件

1、第7章 分子骨架的重排反應 Skeletal-Rearrangement ReactionSkeletal-Rearrangement Reaction: it refers those reactions in which the carbon skeleton or the position of functional group changed. For example第7章 分子骨架的重排反應 Skeletal-Rear重排反應的分類按照分子內(nèi)或分子間進行分為：分子內(nèi)重排發(fā)生重排的原子或原 子團始終沒有脫離原來的分子分子間重排遷移的原子或原子團在沒有重排到新的位置前，就完全與原來的分子

2、脫離以上兩種歷程可以通過不同底物的交叉實驗得以判別重排反應的分類按照分子內(nèi)或分子間進行分為：按照所經(jīng)歷的活潑中間體或歷程分類：經(jīng)過正離子重排經(jīng)過負離子重排經(jīng)過卡賓Carbene 、氮賓Nitrene重排周環(huán)重排反應Pericyclic自由基重排Radical按照所經(jīng)歷的活潑中間體或歷程分類： Nucleophilic rearrangement, Electrophilic rearrangement, Radical rearrangement, etc.Nucleophilic rearrangement Nucleophilic rearrangemElectrophilic rearr

3、angementRadical rearrangementElectrophilic rearrangementRad按元素分類： 從碳原子到另一碳原子（C C） 從碳原子到氮原子 （C N） 從氮原子到碳原子 （N C） 從碳原子到氧原子 （C O） 從氧原子到碳原子 （O C） 其它雜原子與碳原子間重排按元素分類：1、經(jīng)過正離子重排實例分析：1、經(jīng)過正離子重排實例分析：實例分析：實例分析：實例分析：Stable cationStable cation實例分析：Stable cationStable catio(1) 瓦格奈爾-梅爾外英（Wagner-Meerwein）重排 (1) 瓦格奈爾

4、-梅爾外英（Wagner-Meerwein） 在這些經(jīng)過碳正離子的重排中，一般為反式遷移，基團遷移的活潑性順序大致為： 在這些經(jīng)過碳正離子的重排中，一般為反式遷移，碳正離子重排及Wangner-Meerwein重排也可發(fā)生在生物體，例如羊毛甾醇（Lanosterol）的生化合成。就是由一個直鏈化合物經(jīng)連續(xù)的碳正離子重排，關環(huán)而成的。 碳正離子重排及Wangner-Meerwein重排也可發(fā)生在(2) 片吶醇（Pinacol）重排分子內(nèi)CC重排 (2) 片吶醇（Pinacol）重排分子內(nèi)CC重排 反應經(jīng)過了一個鄰基參與的三元環(huán)狀碳正離子，因此重排基團和離去的質子化羥基處于反式位置。 反應經(jīng)過了一

5、個鄰基參與的三元環(huán)狀碳正離子，因此重排基團和離去The stable cation formed superiorPhenyl group move firstThe stable Phenyl group 不對稱的取代乙二醇中，兩個羥基中電子云密度大的那個首先質子化。 物理有機化學第7章分子骨架的重排反應課件質子化以后，親核性強的基團優(yōu)先遷移，總體的遷移基團遷移活潑性順序如下： 對甲氧基苯基 對甲基苯基 苯基 對溴苯基 烷基 氫 質子化以后，親核性強的基團優(yōu)先遷移，總體的遷移基團遷移活潑性(3) 捷姆揚諾夫（Demjanov）重排 分子內(nèi)C C重排 (3) 捷姆揚諾夫（Demjanov）重排

6、 物理有機化學第7章分子骨架的重排反應課件(4) 蒂芬歐捷姆揚諾夫（Tiffeneau-Demjanov）重排 分子內(nèi)C C重排(4) 蒂芬歐捷姆揚諾夫（Tiffeneau-Demjan通常經(jīng)過三元環(huán)碳正離子歷程，遷移基團從離去基團背后遷移。 通常經(jīng)過三元環(huán)碳正離子歷程，遷移基團從離去基團背后遷移。 (5) 貝克曼（Beckmann）重排 分子內(nèi)CN重排 (5) 貝克曼（Beckmann）重排 物理有機化學第7章分子骨架的重排反應課件The group opposite to hydroxy will shiftThe group opposite to hydroxy 貝克曼（Beckman

7、n）重排 機理貝克曼（Beckmann）重排 機理在不同催化劑作用下，產(chǎn)物形成的中間過程稍微有所不同，酸催化質子化脫水后重排 ，酰鹵催化劑則是將羥基酯化后脫去酰氧基 在不同催化劑作用下，產(chǎn)物形成的中間過程稍微有所不同，酸催化質The shift will keep the stereostructure of chiral center物理有機化學第7章分子骨架的重排反應課件 環(huán)己酮制備己內(nèi)酰胺環(huán)己酮己內(nèi)酰胺尼龍6，錦綸 環(huán)己酮制備己內(nèi)酰胺環(huán)己酮己內(nèi)酰胺尼龍6，錦綸(6) 氫過氧化物（Baeyer-Villiger）重排 分子內(nèi)CO重排 (6) 氫過氧化物（Baeyer-Villiger）重排

8、 物理有機化學第7章分子骨架的重排反應課件Baeyer-Villiger反應RCOOOH氧化常用的過酸有：（1）一般過酸 + 無機強酸（H2SO4）（2）強酸的過酸 ：CF3COOOH（3）一般酸 + 一定濃度的過氧化氫Adolfvon Baeyer (18351917)德國化學家Victor Villiger (18681934)德國化學家Baeyer-Villiger反應RCOOOH氧化常用的拜耶爾-魏立格(Baeyer-Villiger)反應：當羰基碳原子上的兩個烴基不對稱時，遷移能力大的烴基遷移。烴基遷移能力大小次序為：Ar CH2=CH 3R 2R 1R CH3 H拜耶爾-魏立格(B

9、aeyer-Villiger)反應：當羰基(7) 聯(lián)苯胺重排 分子內(nèi)重排 (7) 聯(lián)苯胺重排 進行兩個底物混合的反應，是證實分子間重排或分子內(nèi)重排的重要依據(jù)物理有機化學第7章分子骨架的重排反應課件Electrophilic rearrangement is not so common as nucleophilic rearrangement The transition state is:2、經(jīng)過負離子重排Electrophilic rearrangement is(1) 法沃斯基（Favorskii）重排 反應中究竟以A方式開環(huán)，還是以B方式開環(huán)，則決定于碳負離子的穩(wěn)定性。(1) 法沃斯基

10、（Favorskii）重排 反應中究竟以A方物理有機化學第7章分子骨架的重排反應課件-鹵代環(huán)酮重排得到環(huán)縮小的產(chǎn)物，可以用來合成環(huán)縮小的羧酸。 -鹵代環(huán)酮重排得到環(huán)縮小的產(chǎn)物，可以用來合成環(huán)縮小的羧酸。物理有機化學第7章分子骨架的重排反應課件例題例題習題:-萘甲酸同SOCl2反應得-萘甲酰氯，后者再與CH2N2反應。將反應物用Ag2O處理后，再加入乙醇或直接水解得-萘乙酸乙酯或-萘乙酸。試寫出這一反應的歷程。解答: 習題:-萘甲酸同SOCl2反應得-萘甲酰氯，后者再與CH(2) 斯蒂文（Stevens）重排 Structure maintaining(2) 斯蒂文（Stevens）重排 Str

11、ucture mThe sulfonium cation does the same The sulfonium cation does the (3) 薩姆勒特-霍瑟（Sommelet-Hauser）重排(3) 薩姆勒特-霍瑟（Sommelet-Hauser）重排物理有機化學第7章分子骨架的重排反應課件(4) 魏悌息（Wittig）重排 (4) 魏悌息（Wittig）重排 物理有機化學第7章分子骨架的重排反應課件(5) 弗里斯（Fries）重排分子間 (5) 弗里斯（Fries）重排分子間 定義：酚酯與路易斯酸一起加熱，可發(fā)生?；嘏派舌徚u基 和對羥基芳酮的衍生物。該重排反應稱為弗里斯重排

12、。 （酚的芳環(huán)上帶有間位定位基的酯不能發(fā)生此重排）反應式(5) 弗里斯（Fries）重排分子間 定義：酚酯與路易斯酸一起加熱，可發(fā)生酰基重排生成鄰羥基反應式弗里斯重排的反應機制弗里斯重排的反應機制弗里斯重排的區(qū)域選擇性熱力學產(chǎn)物動力學產(chǎn)物弗里斯重排的區(qū)域選擇性熱力學產(chǎn)物動力學產(chǎn)物(6) 乙醇酸（Benzil）重排 (6) 乙醇酸（Benzil）重排 乙醇酸（Benzil）重排機理 If NaOH is replaced by NaOMe or t-BuONa, -hydroxycarboxyester can be produced乙醇酸（Benzil）重排機理 If NaOH is rep-

13、Ethandione with - hydrogen does proceed the condensation reaction instead-Ethandione with - hydrogen 3、經(jīng)過卡賓和乃春的重排 (1) 經(jīng)過Nitrene的重排 Hoffmann重排：酰胺重排成胺 3、經(jīng)過卡賓和乃春的重排 (1) 經(jīng)過Nitrene的重排Hofmann重排反應制備少一個碳原子的胺A.W. von Hofmann (1818-1892)德國有機化學家A. W. Hofmann, Ber. Dtsch. Chem. Ges. 1881, 14, 2725.E. S. Wallis,

14、 et.al., Org. React. 1946, 3, 267.L.-H. Zhang, et.al., J. Org. Chem., 2019, 62, 6918.Y.H. Jung, et.al., Arch. Pharm. Res., 2019, 24, 371.【注意】R=烷基和芳基, 一般為伯酰胺減少副反應適應范圍：8個碳以下酰胺Hofmann重排反應制備少一個碳原子的胺A.W. vo實例： 實例： 如果酰胺的碳是手性碳，反應后手性碳的構型保持不變?nèi)绻０返奶际鞘中蕴?，反應后手性碳的構型保持不?Lossen重排 Curtius重排 Schimidt重排 均為分子內(nèi) CN 重排

15、經(jīng)過中間體 Lossen重排經(jīng)過中間體(2) 經(jīng)過Carbene的重排 Wolff重排：-重氮酮在Ag2O存在下，或者光照射下，失去N2，重排得烯酮合成增長一個碳的羧酸(2) 經(jīng)過Carbene的重排合成增長4、-遷移反應 庫伯（Cope）重排 ：1，5-二烯烴經(jīng)過六元環(huán)過渡態(tài)的骨架重排反應產(chǎn)物與反應物中的 鍵與 鍵發(fā)生了遷移，稱為-遷移，上例為3，3- -遷移4、-遷移反應 庫伯（Cope）重排 ：1，5-二烯烴1，5-二烯烴經(jīng)過六元環(huán)過渡態(tài)的骨架重排當1,5-己二烯的3,3位上有取代基時，重排反應將導致從單取代雙鍵轉化為多取代雙鍵1，5-二烯烴經(jīng)過六元環(huán)過渡態(tài)的骨架重排反應具有高度的立體選

16、擇性 反應具有高度的立體選擇性 克萊森（Claisen）重排 ：烯丙基芳基醚或烯丙基乙烯基醚發(fā)生3,3-遷移生成醛或酮 克萊森（Claisen）重排 ：烯丙基芳基醚或烯丙基乙烯習題 請寫出下列反應的中間過渡態(tài)，從而解釋其立體構型的變化。 習題 請寫出下列反應的中間過渡態(tài)，從而解釋其立體構型的變化5. 重排反應在合成中的應用 Aldehydes and Ketones Pinacol rearangementTiffeneau-Demjanov rearrangementClaisen rearrangement 5. 重排反應在合成中的應用 Aldehydes and KAlkene Cope

17、 rearrangementAmide Beckmann rearrangementAlcohol Wittig rearrangement Alkene Cope rearrangementAmine Hoffmann rearrangement，etc.Lossen重排Curtius重排Schimidt重排Amine Hoffmann rearrangemAmine 叔胺 Stevens重排 鄰甲基芐胺 Sommelet-Hauser重排硫醚 Stevens重排鄰甲基芐硫醚 Sommelet-Hauser重排Diazo（偶氮化合物） 聯(lián)苯胺重排Amine 叔胺 Stevens重排Acid or esterBenzilic acid rearrangementFavorskii rearrangementWolff rearrangementAcid or ester重排反應由于在反應中碳骨架發(fā)生了改變，因此，合成中分析起始物與目標物的關系不夠明顯。需要對反應的變化特征相當熟練才能巧妙地運用。有些重排反應在合成中是應當避免的，則需要考慮選取合適的起始物以達到預期的目標合成。物理有機化學第7章分子骨架的重排反應課件1 簡答題（1） 曾建議有一個橋形自由基中間體產(chǎn)生于3