物理有机化学第7章分子骨架的重排反应课件

1、第7章 分子骨架的重排反应 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 分子骨架的重排反应 Skeletal-Rear重排反应的分类按照分子内或分子间进行分为：分子内重排发生重排的原子或原 子团始终没有脱离原来的分子分子间重排迁移的原子或原子团在没有重排到新的位置前，就完全与原来的分子

2、脱离以上两种历程可以通过不同底物的交叉实验得以判别重排反应的分类按照分子内或分子间进行分为：按照所经历的活泼中间体或历程分类：经过正离子重排经过负离子重排经过卡宾Carbene 、氮宾Nitrene重排周环重排反应Pericyclic自由基重排Radical按照所经历的活泼中间体或历程分类： Nucleophilic rearrangement, Electrophilic rearrangement, Radical rearrangement, etc.Nucleophilic rearrangement Nucleophilic rearrangemElectrophilic rearr

3、angementRadical rearrangementElectrophilic rearrangementRad按元素分类： 从碳原子到另一碳原子（C C） 从碳原子到氮原子 （C N） 从氮原子到碳原子 （N C） 从碳原子到氧原子 （C O） 从氧原子到碳原子 （O C） 其它杂原子与碳原子间重排按元素分类：1、经过正离子重排实例分析：1、经过正离子重排实例分析：实例分析：实例分析：实例分析：Stable cationStable cation实例分析：Stable cationStable catio(1) 瓦格奈尔-梅尔外英（Wagner-Meerwein）重排 (1) 瓦格奈尔

4、-梅尔外英（Wagner-Meerwein） 在这些经过碳正离子的重排中，一般为反式迁移，基团迁移的活泼性顺序大致为： 在这些经过碳正离子的重排中，一般为反式迁移，碳正离子重排及Wangner-Meerwein重排也可发生在生物体，例如羊毛甾醇（Lanosterol）的生化合成。就是由一个直链化合物经连续的碳正离子重排，关环而成的。 碳正离子重排及Wangner-Meerwein重排也可发生在(2) 片呐醇（Pinacol）重排分子内CC重排 (2) 片呐醇（Pinacol）重排分子内CC重排 反应经过了一个邻基参与的三元环状碳正离子，因此重排基团和离去的质子化羟基处于反式位置。 反应经过了一

5、个邻基参与的三元环状碳正离子，因此重排基团和离去The stable cation formed superiorPhenyl group move firstThe stable Phenyl group 不对称的取代乙二醇中，两个羟基中电子云密度大的那个首先质子化。 物理有机化学第7章分子骨架的重排反应课件质子化以后，亲核性强的基团优先迁移，总体的迁移基团迁移活泼性顺序如下： 对甲氧基苯基 对甲基苯基 苯基 对溴苯基 烷基 氢 质子化以后，亲核性强的基团优先迁移，总体的迁移基团迁移活泼性(3) 捷姆扬诺夫（Demjanov）重排 分子内C C重排 (3) 捷姆扬诺夫（Demjanov）重排

6、 物理有机化学第7章分子骨架的重排反应课件(4) 蒂芬欧捷姆扬诺夫（Tiffeneau-Demjanov）重排 分子内C C重排(4) 蒂芬欧捷姆扬诺夫（Tiffeneau-Demjan通常经过三元环碳正离子历程，迁移基团从离去基团背后迁移。 通常经过三元环碳正离子历程，迁移基团从离去基团背后迁移。 (5) 贝克曼（Beckmann）重排 分子内CN重排 (5) 贝克曼（Beckmann）重排 物理有机化学第7章分子骨架的重排反应课件The group opposite to hydroxy will shiftThe group opposite to hydroxy 贝克曼（Beckman

7、n）重排 机理贝克曼（Beckmann）重排 机理在不同催化剂作用下，产物形成的中间过程稍微有所不同，酸催化质子化脱水后重排 ，酰卤催化剂则是将羟基酯化后脱去酰氧基 在不同催化剂作用下，产物形成的中间过程稍微有所不同，酸催化质The shift will keep the stereostructure of chiral center物理有机化学第7章分子骨架的重排反应课件 环己酮制备己内酰胺环己酮己内酰胺尼龙6，锦纶 环己酮制备己内酰胺环己酮己内酰胺尼龙6，锦纶(6) 氢过氧化物（Baeyer-Villiger）重排 分子内CO重排 (6) 氢过氧化物（Baeyer-Villiger）重排

8、 物理有机化学第7章分子骨架的重排反应课件Baeyer-Villiger反应RCOOOH氧化常用的过酸有：（1）一般过酸 + 无机强酸（H2SO4）（2）强酸的过酸 ：CF3COOOH（3）一般酸 + 一定浓度的过氧化氢Adolfvon Baeyer (18351917)德国化学家Victor Villiger (18681934)德国化学家Baeyer-Villiger反应RCOOOH氧化常用的拜耶尔-魏立格(Baeyer-Villiger)反应：当羰基碳原子上的两个烃基不对称时，迁移能力大的烃基迁移。烃基迁移能力大小次序为：Ar CH2=CH 3R 2R 1R CH3 H拜耶尔-魏立格(B

9、aeyer-Villiger)反应：当羰基(7) 联苯胺重排 分子内重排 (7) 联苯胺重排 进行两个底物混合的反应，是证实分子间重排或分子内重排的重要依据物理有机化学第7章分子骨架的重排反应课件Electrophilic rearrangement is not so common as nucleophilic rearrangement The transition state is:2、经过负离子重排Electrophilic rearrangement is(1) 法沃斯基（Favorskii）重排 反应中究竟以A方式开环，还是以B方式开环，则决定于碳负离子的稳定性。(1) 法沃斯基

10、（Favorskii）重排 反应中究竟以A方物理有机化学第7章分子骨架的重排反应课件-卤代环酮重排得到环缩小的产物，可以用来合成环缩小的羧酸。 -卤代环酮重排得到环缩小的产物，可以用来合成环缩小的羧酸。物理有机化学第7章分子骨架的重排反应课件例题例题习题:-萘甲酸同SOCl2反应得-萘甲酰氯，后者再与CH2N2反应。将反应物用Ag2O处理后，再加入乙醇或直接水解得-萘乙酸乙酯或-萘乙酸。试写出这一反应的历程。解答: 习题:-萘甲酸同SOCl2反应得-萘甲酰氯，后者再与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) 萨姆勒特-霍瑟（Sommelet-Hauser）重排(3) 萨姆勒特-霍瑟（Sommelet-Hauser）重排物理有机化学第7章分子骨架的重排反应课件(4) 魏悌息（Wittig）重排 (4) 魏悌息（Wittig）重排 物理有机化学第7章分子骨架的重排反应课件(5) 弗里斯（Fries）重排分子间 (5) 弗里斯（Fries）重排分子间 定义：酚酯与路易斯酸一起加热，可发生酰基重排生成邻羟基 和对羟基芳酮的衍生物。该重排反应称为弗里斯重排

12、。 （酚的芳环上带有间位定位基的酯不能发生此重排）反应式(5) 弗里斯（Fries）重排分子间 定义：酚酯与路易斯酸一起加热，可发生酰基重排生成邻羟基反应式弗里斯重排的反应机制弗里斯重排的反应机制弗里斯重排的区域选择性热力学产物动力学产物弗里斯重排的区域选择性热力学产物动力学产物(6) 乙醇酸（Benzil）重排 (6) 乙醇酸（Benzil）重排 乙醇酸（Benzil）重排机理 If NaOH is replaced by NaOMe or t-BuONa, -hydroxycarboxyester can be produced乙醇酸（Benzil）重排机理 If NaOH is rep-

13、Ethandione with - hydrogen does proceed the condensation reaction instead-Ethandione with - hydrogen 3、经过卡宾和乃春的重排 (1) 经过Nitrene的重排 Hoffmann重排：酰胺重排成胺 3、经过卡宾和乃春的重排 (1) 经过Nitrene的重排Hofmann重排反应制备少一个碳原子的胺A.W. von Hofmann (1818-1892)德国有机化学家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, 一般为伯酰胺减少副反应适应范围：8个碳以下酰胺Hofmann重排反应制备少一个碳原子的胺A.W. vo实例： 实例： 如果酰胺的碳是手性碳，反应后手性碳的构型保持不变如果酰胺的碳是手性碳，反应后手性碳的构型保持不变 Lossen重排 Curtius重排 Schimidt重排 均为分子内 CN 重排

15、经过中间体 Lossen重排经过中间体(2) 经过Carbene的重排 Wolff重排：-重氮酮在Ag2O存在下，或者光照射下，失去N2，重排得烯酮合成增长一个碳的羧酸(2) 经过Carbene的重排合成增长4、-迁移反应 库伯（Cope）重排 ：1，5-二烯烃经过六元环过渡态的骨架重排反应产物与反应物中的 键与 键发生了迁移，称为-迁移，上例为3，3- -迁移4、-迁移反应 库伯（Cope）重排 ：1，5-二烯烃1，5-二烯烃经过六元环过渡态的骨架重排当1,5-己二烯的3,3位上有取代基时，重排反应将导致从单取代双键转化为多取代双键1，5-二烯烃经过六元环过渡态的骨架重排反应具有高度的立体选

16、择性 反应具有高度的立体选择性 克莱森（Claisen）重排 ：烯丙基芳基醚或烯丙基乙烯基醚发生3,3-迁移生成醛或酮 克莱森（Claisen）重排 ：烯丙基芳基醚或烯丙基乙烯习题 请写出下列反应的中间过渡态，从而解释其立体构型的变化。 习题 请写出下列反应的中间过渡态，从而解释其立体构型的变化5. 重排反应在合成中的应用 Aldehydes and Ketones Pinacol rearangementTiffeneau-Demjanov rearrangementClaisen rearrangement 5. 重排反应在合成中的应用 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 邻甲基苄胺 Sommelet-Hauser重排硫醚 Stevens重排邻甲基苄硫醚 Sommelet-Hauser重排Diazo（偶氮化合物） 联苯胺重排Amine 叔胺 Stevens重排Acid or esterBenzilic acid rearrangementFavorskii rearrangementWolff rearrangementAcid or ester重排反应由于在反应中碳骨架发生了改变，因此，合成中分析起始物与目标物的关系不够明显。需要对反应的变化特征相当熟练才能巧妙地运用。有些重排反应在合成中是应当避免的，则需要考虑选取合适的起始物以达到预期的目标合成。物理有机化学第7章分子骨架的重排反应课件1 简答题（1） 曾建议有一个桥形自由基中间体产生于3