药物合成反应-第五章-重排反应ppt课件.ppt

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1、掌握重排反应总的知识结构1 1熟悉典型大类反应的机理2 2熟悉各反应的条件、影响因素、主产物3 3重排反应重排反应碳碳碳重排碳重排Wagner-Meerwein重排Pinacol重排二苯基乙二酮重排Favorskii重排Wolff/Arndt-Eistert重排碳碳杂重排杂重排Bechmann重排Hofmann重排Curtius重排Schmidt重排Baeyer-Villiger氧化重排杂杂碳重排碳重排Stevens重排Sommelet-Hauser重排Wittig重排Wagner-Meerwein重排Pinacol重排二苯基乙二酮重排Favorskii重排Wolff/Arndt-Eister

2、t重排Wagner-Meerwein 重排 同一有机分子内的一个基团或原子从一个原子迁移到另一个原子上的反应称为重排反应重排反应。 例如1,2-重排 A:重排起点原子,B:重排终点原子,W:重排基团 Wagner-Meerwein重排，是醇在酸作用下羟基脱落形成碳正离子，后者受自身稳定性驱使， 换位至相邻碳，进而消除或受亲核进攻的反应。l反应机理反应机理：1 1Wagner-Meerwein 重排l影响因素：p重排的动力： 醇在酸作用下可以亲核取代、消除， 也可以重排，关键看碳正离子能否 通过重排得到较大的稳定性；p重排的原料： 卤代烷脱卤 醇脱羟基1 1R OHHClH2SO4R ClCHC

3、H2RR2CR1R3CH2HWagner-Meerwein 重排 烯烃+氢离子 重氮盐放氮p重排的顺序： 一般顺序为活化的苯环大于钝化的苯环大于叔、仲、伯烷基大于甲基。 例如：1 1Wagner-Meerwein 重排l应用特点： 反应机理：1 1OHHCH2CH2-H异冰片异冰片OHHCH2CH2-H莰烯莰烯Pinacol 重排 邻二醇类化合物在酸催化下，失去一分子水重排生成醛或酮的反应，称为Pinacol重排。l反应机理反应机理：l影响因素：p哪侧羟基脱落形成碳正离子？稳定性高的一侧 2 2R1C C R4R2R3OHOHHR1C C R4R2R3OHR1C C R4R3OHR21,2-迁

4、迁移移- HR1C C R4R3O R2Ph C C CH3PhCH3HOOH冷冷浓浓硫硫酸酸Ph C C CH3PhCH3OHPh C C CH3PhOHH3CPh C C CH3PhOH3CPinacol 重排 但是为什么下面反应碳正离子会在右侧羟基碳？ 事实上这种方法可以推广，即将羟基变为 某些离去性能好的衍生物（如酯），使得 碳正离子产生在取代基较少（位阻较小） 的一侧。2 2Pinacol 重排p哪一个基团发生迁移迁移能力 一般情况下，使正电荷稳定的取代基（供电子基）迁移倾向大。如 芳基氢烯基 叔丁基 环丙基 仲烷基 伯烷基 另外，因位阻原因，芳基临位不能有取代，其他位置供电子基取代

5、活性增加。2 2CCOHHOOCH3H3COHCCOOCH3H3COPinacol 重排 立体因素也影响着迁移的基团。 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。2 2Pinacol 重排l应用特点应用特点： 半频哪醇重排：通过其他途径在羟基位产生正电荷，进而发生重排。2 2OSO2ArCH3HOHCH3H3CtBuOKHOHCH3H3CCH3NaNO2/HOAcH2/NiCH3NO2/OH2.1.OOHCH2NH2ONaNO2/HOAcH2/NiCH3NO2/OH2.1.OOHCH2NH2OWHY?二苯基乙二酮重排

6、二苯基乙二酮(苯偶酰)类化合物用碱处理，生成二苯基-羟基酸(二苯乙醇酸)的反应称为 苯偶酰-二苯乙醇酸重排反应。l反应机理反应机理：先与碱加成，进而发生基团转移。 无论哪个基团迁移，最终都得到同样的产物。3 3C6H5C C C6H5O OC6H5C C OHO C6H5O+OHC6H5C C OHOOC6H5C6H5C C OOOHC6H5C6H5C C C6H5O OC6H5C C OHO C6H5O+OHC6H5C C OHOOC6H5C6H5C C OOOHC6H5二苯基乙二酮重排l应用特点： 制备二芳基乙醇酸。 缩环得-羟基酸。3 3CHO2NaCNHC CHOO氧氧化化C COON

7、aOC2H5COOC2H5OHHNHNOOOHCOOHH2OCH3O /CH3OH2)1)HNHNOOOOHOHOOCC8H17KOH/C3H7OH.H2OOOC8H17Favorskii 重排 -卤代酮在亲核碱(NaOH,RONa等)存在的条件下，发生重排得到羧酸盐、酯或酰胺的反应 称为Favorskii卤代酮重排反应。l反应机理反应机理： 反应经历环丙酮中间体，从 碳负离子稳定的一侧开环， 最终形成羧酸酯/酰胺。4 4RHCHCRCOOEtRH2CHCRCOOEta)HRHCHCREtOOCRHCH2CRCOOEtb)HFavorskii 重排 所谓碳负离子的稳定性如下：4 4OOOROR

8、OFavorskii 重排 同理l应用特点： 缩环制备羧酸衍生物4 4Favorskii 重排 有时甚至是杂原子也能发生此反应。 酰胺氮原子上的氢具酸性， 同样可以在碱性条件下去质子。 ，-二卤代物可制备，-不饱和羧酸衍生物。 理论上两侧都可形成碳负离子最终转变成环丙酮中间体，但由于卤素的离去必须与开环处 与反式，导致产物稳定性不同，最终决定了反应的方向。4 4OBrOBrOBrBrOROOROWolff/Arndt-Eistert重排 -重氮酮在银、银盐或铜存在条件下，或用光照射或热分解都消除氮分子而重排为烯酮， 生成的烯酮进一步与羟基或胺类化合物作用得到酯类、酰胺或羧酸的反应称为Wolff

9、重排。l反应机理反应机理: 不同的亲核试剂进攻烯酮碳，得到 各种羧酸衍生物。5 5Wolff/Arndt-Eistert重排 用酰氯与重氮甲烷反应得到重氮酮，再经过Wolff重排，生成比原来酰氯多一个碳原子 的羧酸，该反应称为Arndt-Eistert合成。 可以看出，该反应是wolff重排制备羧酸的一个应用。例如5 5RCOOHRCOClCH2N2RCOCHN2RCH C OH2ORCH2COOHCOClCH2COOC2H5CH2N2PhCOOAg/EtOH/TEA1.2.RCOOHRCOClCH2N2RCOCHN2RCH C OH2ORCH2COOHCOClCH2COOC2H5CH2N2P

10、hCOOAg/EtOH/TEA1.2.RCOOHRCOClCH2N2RCOCHN2RCH C OH2ORCH2COOHCOClCH2COOC2H5CH2N2PhCOOAg/EtOH/TEA1.2.RCOOHRCOClCH2N2RCOCHN2RCH C OH2ORCH2COOHCOClCH2COOC2H5CH2N2PhCOOAg/EtOH/TEA1.2.Wolff/Arndt-Eistert重排l应用特点应用特点: 链状-重氮酮可重排为多一个碳的羧酸衍生物； 如果重氮酮在环上，则可得缩环产物。 烯酮还可在氧气下光解，释放CO2，得到缩环减碳的环酮。5 5Br(CH2)9C CHN2ONH3.H2

11、O/AgNO3Br(CH2)9CH2CONH2N2OCH3OHHH3COOChON2hv,CH2Cl2-78C /-N2C Ohv,O2/CH2Cl2-78C-10CO-CO2Bechmann重排Hofmann重排Curtius重排Schmidt重排Baeyer-Villiger氧化重排Bechmann 重排 醛肟或酮肟在酸性催化剂的作用下，重排成取代酰胺的反应称为Beckmann重排。l反应机理反应机理：反式迁移，立体专一性。l影响因素：p催化剂&溶剂：质子酸（如H+ ,H2SO4 , HCl, H3PO4）易得常用，但对分子中的酸性敏感基团不利。非质子酸（如PCl5, SOCl2, TsC

12、l, AlCl3）则无此问题。1 1RCRNOHHRCRNOH2R C N RR C N RRCNHRH2OO-HCNROH2CN ROHRRBechmann 重排 另外，单方面使用极性溶剂如DMF或质子酸催化剂，都可能使不对称肟发生异构化，尤其 是两者组合使用时更胜，由此将导致“外观上的”顺式基团发生迁移。 当溶剂本身就是亲核性化合物（如醇、酚、硫醇、胺等）时，它们将替代水分子对亚胺碳正离子进行进攻，从而无法生成酰胺。1 1RCRNOHRCRNOHHPhNHODMF,r.t,24hNNNClClClNHOPhBechmann 重排p肟的结构： 醛肟在Lewis酸的催化下，容易脱水形成腈，而不

13、发生Bechmann重排； 酮肟，如果迁移基团能形成稳定的碳正离子，则重排反应倾向弱，转而主要发生消除；1 1C NPhOHH3CPhCH3SOCl2C6H6C NPhOH3CPhCH3SOClPh C NCCH3PhCH3-HCCH2PhCH3Bechmann 重排l应用特点： 扩环生成内酰胺 变相制备羧酸/伯胺 还原制备仲胺1 1OCH3NCH3HOH2NOHHNHOCH3140H2SO4NOH+ RNH2RCOOOHHCRONHRCNOHRRNHOH3CC NOHLiAlH4AlCl3THFEt2ONHCH2CH3C NOHPhPhLiAlH4AlCl3PhCH2NHPhBechmann

14、 重排 制备苯并恶唑或苯并咪唑衍生物。1 1OHNOHNH2NOHZnCl2ZnCl2NOHCNNH2C- H- HONNHNHofmann 重排 未取代的酰胺用次溴酸钠（或溴/氯&碱）处理转变为少一个碳原子的伯胺，称为Hofmann 重排或Hofmann降解反应。l反应机理反应机理： 未取代酰胺卤代酰胺异氰酸酯水解得伯胺 水解、醇解、 氨解可得不 同产物。2 22CO3+RNH2H2O/OHR N C OR CNOBrR CNHBrOR CNH2OBr2OH2CO3+RNH2H2O/OHR N C OR CNOBrR CNHBrOR CNH2OBr2OH2CO3+RNH2H2O/OHR N

15、C OR C NOBrR C NHBrOR C NH2OBr2OHN C OR+HOC2H5OC2H5NHRHNOOHRHNOOC2H5RHNONHC2H5Hofmann 重排l应用特点应用特点： 制备少一碳的伯胺。 芳环临位有羟基、氨基时，与Bechmann重排类似，可形成恶唑或咪唑环（环脲）。 得2 2NaOBr/H2ONCONH2NNH2NNF3CNH2CONH2Br2/KOH05, 105minNNF3CNH2N C ONNF3CNNHOHNNF3CNH2CONH2Br2/KOH05, 105minNNF3CNH2N C ONNF3CNNHOHNNF3CNH2CONH2Br2/KOH0

16、5, 105minNNF3CNH2N C ONNF3CNNHOHHofmann 重排 当酰胺基位有羟基、氨基、卤素或双键时，可得少一碳的醛或酮。 例如2 2RHCXCONH2RHCXNH2R COHH2OX=卤素, -OH, -NH2C2H5CC2H5BrCONH2C2H5CC2H5ONaOBrH2OPhHCHCCONH2PhHCCHNH2PhH2CCHNHPhH2CCHONaOBrH2OH2OHofmann 重排 异羟肟酸O-酰基衍生物用碱处理，重排为异氰酸酯，而后水解得伯胺的反应即Lossen重排。l反应机理反应机理： Hofmann重排： Lossen重排： 可以看出，两种重排都是N上的

17、吸电子基离去，带动R基迁移，区别只是离去基团不同。l应用特点：2 22CO3+RNH2H2O/OHR N C OR CNOBrR CNHBrOR CNH2OBr2OHRONOORNNOPhRHNOOHAc2O/PyTHF,r.tNNOPhRHNOOAc碱碱, ,THF/H2ONNOPhRH2NCurtius 重排 酰基叠氮化合物在惰性溶液中加热分解为异氰酸酯的反应称为Curtius重排反应。l反应机理反应机理： Hofmann重排 Lossen重排 Curtius重排 最终都变成异氰酸酯 ，然后被亲核试剂进攻。l应用特点： 酰基叠氮的来源： 酰卤与叠氮化鈉3 3RONNN2CO3+RNH2H2

18、O/OHR N C OR CNOBrR CNHBrOR CNH2OBr2OHRONOORN C OR+ROOHSOCl2ROClNaN3RON3Curtius 重排 酸酐与叠氮化钠 酰基肼与亚硝酸 羧酸与DPPA（二苯基磷酰叠氮）3 3ROOHClCO2EtROONaN3RON3OOEtROHNRON3NH2HNO2ROOHDPPARON3Curtius 重排l应用特点：3 3OMeHOOCOHOBnDPPA,Et3N甲甲苯苯回回流流OMeNOHOBnCOOMeOBnOHNOCOOHClCO2EtCOOCOEtNaN3CON3NCOH2ONH2Schmidt 重排 Schmidt重排底物包括三

19、类，羧酸、酮或醛分别与叠氮酸反应，生成伯胺、酰胺或腈。l反应机理反应机理： 与羧酸反应，得到和Curtius反应相同的中间体酰 基叠氮，进一步的异氰酸酯。 与酮反应，得到和Bechmann反应相同的中间体亚胺 碳正离子，进一步水解得酰胺。 与醛反应，经加成、 脱水、脱氮得腈。4 4R C N RRC RNNN- N2N C OR+RONNNR C HOHN3R C HOHN N NHR C HN N N - N2R C NSchmidt 重排l应用特点应用特点： 与Curtius反应相同，可制备少一碳的伯胺（多元酸羧基位阻较大者优先反应）。 与酮反应，芳基烷基酮一般是芳基优先迁移，除非烷基体积

20、特别大。 羰基位也易于携带电子迁移，例如赖氨酸的制备。4 4COOHNH2NaN3/H2SO4OH1.2.OCOOHH2SO4HN3NHOCOOHH2O+HOOC(CH2)4CHCOONH3H2SO4HN3H3N(CH2)4CHCOONH3OCOOHH2SO4HN3NHOCOOHH2O+HOOC(CH2)4CHCOONH3H2SO4HN3H3N(CH2)4CHCOONH3OCOOHH2SO4HN3NHOCOOHH2O+HOOC(CH2)4CHCOONH3H2SO4HN3H3N(CH2)4CHCOONH3Baeyer-Villiger 氧化重排 酮类用过氧酸(如过氧乙酸、过氧三氟醋酸等)氧化，在

21、烃基与羰基之间插入氧原子而成酯 的反应称为Baeyer-Villiger氧化/重排。l反应机理反应机理: 可认为大致分三步，过氧酸加成；酸根离去&基团迁移；脱质子；l影响因素： 基团的迁移能力大小：氢叔烷基环己基、仲烷基、苄基、苯基伯烷基甲基； 氢一般最先迁移，所以醛基一般都被氧化为羧基，除非使用特殊的间氯过氧苯甲酸MCPBA。5 5R C RORCOOOHR C ROHO O COR酸酸根根离离去去C ROHOR- HRC OORBaeyer-Villiger 氧化重排 甲基迁移能力最差，所以甲基酮反应，氧插入在另一侧； 苯基迁移能力低于叔烷基，另外供电子苯基迁移能力强于吸电子苯基；5 5H

22、COCH3C6H5CO3H/CHCl3HOCOCH3COPhCF3CO3H / CH2Cl2COPh90%250CH2OOOHStevens重排Sommelet-Hauser重排Wittig重排Stevens 重排 季胺烷基中，与氮相连碳上有吸电子基的烷基，在强碱的帮助下脱质子形成碳负离子，吸 引另外三烷基中的一个迁移至此，生成叔胺的反应称为Stevens重排。l反应机理反应机理：l影响因素： 基团迁移能力：由于是亲电重排，所以基团形成的正离子越稳定，迁移能力越强； 常见的迁移基团有烯丙基、各类苄基等。1 1R2NR1R3H2C Z强强碱碱R2NR1R3HC ZR2NR1HC ZR3N(CH3

23、)2CH2PhCH3ONaCH3OH(CH3)2NCH2PhNCCH2PhCCH2CH CH2.BrKOHCH3OHPhC CCHCH2CH CH2NStevens 重排l应用特点：1 1H3COH3COCH2NCH3CH3RCOCH2Br+H3COH3COCH2N CH2CORCH3CH3.BrNa2CO3液CH3IKOH,H2O1.2.H3COH3COCH CHCOR H H3COH3COCH2CH2CH2RH3COH3COCH2CHCORN(CH3)2Sommelet-Hauser 重排 苄基季铵盐经氨基钠或钾处理后，重排生成邻位烃基取代苯甲基叔胺的反应称为 Sommelet-Hause

24、r重排反应。l反应机理反应机理： 该反应与Stevens重排 竞争，第一步与其相同； 区别发生在第二步的2,3 迁移，使得整个叔胺基首尾倒置，挪到了邻位。2 2CH2N(CH3)3.INaNH2CH2N(CH3)2CH3NH3CH N CH3CH3CH3CH2N CH3CH3CH2CH2CH2NCH3CH3HCH2N(CH3)3.INaNH2CH2N(CH3)2CH3NH3CH N CH3CH3CH3CH2N CH3CH3CH2CH2CH2NCH3CH3HCH2N(CH3)3.INaNH2CH2N(CH3)2CH3NH3CH N CH3CH3CH3CH2N CH3CH3CH2CH2CH2NCH

25、3CH3HSommelet-Hauser 重排l影响因素： 在极性溶剂（如NH3、DMSO等）中，低温反应以Hauser重排为主； 在分极性溶剂（如环己烷、乙醚等）中，高温条件主要发生Stevens重排；2 2.BrNCH3CH2PhPhLi/Bu2O120NaNH2/NH3-33N CH3CH2PhN CH3CH3Wittig 重排 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Wittig醚重排反应。l反应机理反应机理： 1,2-Wittig重排为自由基机理，强碱夺取氢，碳氧键龟裂得烷基自由基和羰基自由基，二 者组合完成重排。 2,3-Wittig重排为周环机理，结果是烯丙基结构倒置；3 3RHC O RRHC ORRHC ORWittig 重排l应用特点：3 3ORLiOHONOOOBuLi/THF- 78CONOHOO重排反应重排反应碳碳碳重排碳重排Wagner-Meerwein重排Pinacol重排二苯基乙二酮重排Favorskii重排Wolff/Arndt-Eistert重排碳碳杂重排杂重排Bechmann重排Hofmann重排Curtius重排Schmidt重排Baeyer-Villiger氧化重排杂杂碳重排碳重排Stevens重排Sommelet-Hauser重排Wittig重排