有机化学中的重排反应ppt课件.ppt
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1、目录目录一、缺电子重排一、缺电子重排(亲核重排亲核重排) 1.WagnerMeerwein重排重排 (Demyanov重排)重排) 2.邻叔二醇(邻叔二醇(pinacol)重排)重排 3.碳烯重排碳烯重排 Wolff重排重排 .ArudtEistert 反应反应 4.缺电子氮的重排缺电子氮的重排 Hofmann重排重排 . Curtius重排重排 . Losson重排重排 5.Beckmann重排重排 6. BaeyerVillger重排(缺电重排(缺电子氧的重排)子氧的重排)二、二、 富电子重排(亲电重排)富电子重排(亲电重排) 1.Steven重排重排 2.邻二酮重排邻二酮重排 3.Som
2、melet重排重排 4.Wittig重排重排 5.Favorski重排重排三、三、 芳环上的重排反应芳环上的重排反应 1.联苯胺重排联苯胺重排 2.Fries重排重排 3.Claisen重排重排重排反应中键的裂解和形成方式重排反应中键的裂解和形成方式: : 异裂(离子型)异裂(离子型) 均裂(自由基型)均裂(自由基型) 环状过渡态(环状过渡态(键迁移型)键迁移型) 多数的有机化学反应是官能团的反应,碳胳一般保持多数的有机化学反应是官能团的反应,碳胳一般保持不变不变.但在有一些反应中,烃基或别的基团从一个原子迁移但在有一些反应中,烃基或别的基团从一个原子迁移到另一个原子上,碳胳或官能团的位置发生
3、了变化,这类到另一个原子上,碳胳或官能团的位置发生了变化,这类反应称为反应称为分子重排分子重排。离子型重排反应离子型重排反应: : 缺电子重排(亲核重排)缺电子重排(亲核重排) CAYZ-YCAZCAZ富电子重排(亲电重排)富电子重排(亲电重排) XBCY-YXBCBCX M:迁移基团迁移基团 Y:离去基团离去基团 A:重排始点重排始点 B:重排终点重排终点 按元素分类:按元素分类:l从碳原子到另一碳原子(从碳原子到另一碳原子(C C)l从碳原子到氮原子从碳原子到氮原子 (C N)l从氮原子到碳原子从氮原子到碳原子 (N C)l从碳原子到氧原子从碳原子到氧原子 (C O)l从氧原子到碳原子从氧
4、原子到碳原子 (O C)多数为邻位重排(多数为邻位重排(1,2-重排)重排)一、一、 缺电子重排缺电子重排(亲核重排)亲核重排) 缺电子重排反应一般包括三个内容:缺电子中心的创建;缺电子重排反应一般包括三个内容:缺电子中心的创建;基团基团Z带着一对电子迁移到缺电子中心,同时原来迁移的始带着一对电子迁移到缺电子中心,同时原来迁移的始点成为新的缺电子中心;最后通过与亲核试剂结合或消除点成为新的缺电子中心;最后通过与亲核试剂结合或消除反应满足迁移始点的八隅体结构。:反应满足迁移始点的八隅体结构。:AZBA BZ 迁移终点可以是正离子迁移终点可以是正离子,也可以是电中性的碳烯及氮烯等也可以是电中性的碳
5、烯及氮烯等,但但必须是一个外层只有六个电子的质体必须是一个外层只有六个电子的质体缺电子的反应中心。缺电子的反应中心。A=BMY YABM迁移基:迁移基:-R,-N,-X,-OH,-NH2 A和和B:-C,-N,-O 原指醇在酸性条件下的重排,离去基团为原指醇在酸性条件下的重排,离去基团为H2O。以后扩。以后扩大到其它离去基团大到其它离去基团瓦格纳尔瓦格纳尔-米尔文重排,简称瓦米尔文重排,简称瓦-米重米重排。瓦排。瓦-米重排是碳正离子的重排反应,主要决定于碳正离米重排是碳正离子的重排反应,主要决定于碳正离子的稳定性。子的稳定性。CRCLC CR-L+ H+CRCNu-CRCNuC CR-H+重排
6、C CR1.Wagnar-Meerwein重排重排(CH3)3CCHCH3OH无水草酸100110(CH3)3CCH=CH23%+CH331%(CH3)2CHC=CH2+(CH3)2C=C(CH3)261%反应机理是:反应机理是: 醇首先在酸作用下脱去羟基形成碳正离子,醇首先在酸作用下脱去羟基形成碳正离子, 接着接着-位的甲基带着电子对转移过来,使仲碳正离子位的甲基带着电子对转移过来,使仲碳正离子变成叔碳正离子。变成叔碳正离子。 . 形成形成C+ 形式形式 (CH3)3C-CH2Cl(CH3)3C-CH2+AgClAg (AgNO3)(CH3)3C-CH2N2Cl-N2(CH3)3C-CH2(
7、CH3)3C-CH3NH2NaNO2HCl(CH3)3C-CH2OH(CH3)3C-CH2=CH2(CH3)3C-CH2(CH3)3C-CH-CH3H+-H2OH+(a) 卤代烃卤代烃 Ag+ AlCl (b)含含-NH2 重氮化放氮重氮化放氮 (c) OH 加加 H+ (-H2O)CCH3CH3CH3CH2OHH+CCH3CH3CH3CH2+OH2-H2OCCH3CH3CH3+CH2CCH3CH3CH2CH3Cl-CCH3CH3CH2CH3ClCCH3CH3CH3CH2IAgOAcHAcCCH3CH3CH3+CH2CH3COAcCH2CH3 + CH3CH3CCH3CHCH3少量多数重排反应
8、中,是重排成更稳定的碳正离子。多数重排反应中,是重排成更稳定的碳正离子。 . 迁移基团迁移顺序迁移基团迁移顺序 ClR3C-R2CH-RCH3-CH3-H-OCH3苯的迁移速度为甲基的苯的迁移速度为甲基的3000倍倍CCH3CH2ClH3CH3CCCHCH3H3CCCH2CH3Ag+H3CCCH3CH2ClCH3H3C CCH3CH2CH3H3CCCH3CHCH3Ag+PhCCH3CH3HCCH3OTsH3CCCH3HCCH3PhH.反应实例反应实例 H3CHCCH3BrH3CCH2CH2BrH3CCH2CH2H3CCH CH3AgNO3BrOCH2OHOCH2OOH(H3C)3CHC CH3
9、OHH3CCH3CCCH3CH3H3CCHH3CCH3CCH2(H3C)3CCHCH2(H3C)3CCHCH3(H3C)2CCH(CH3)261%31%3%l瓦瓦-米重排是最早是在研究双环萜烯反应中发现的,典型的米重排是最早是在研究双环萜烯反应中发现的,典型的例子如莰烯的氯化氢加成物转变成异冰片基氯化物。例子如莰烯的氯化氢加成物转变成异冰片基氯化物。ClCl-Cl-Cl菠烷(莰烷)菠烷(莰烷)bornane莰烯莰烯camphene 异冰片异冰片冰片冰片捷姆扬诺夫(捷姆扬诺夫(Demyanov )重排)重排 类似瓦格涅尔米尔文重排的有脂环伯胺(包括脂类似瓦格涅尔米尔文重排的有脂环伯胺(包括脂环伯
10、醇)在亚硝酸作用下发生的重排反应,常常伴随着环环伯醇)在亚硝酸作用下发生的重排反应,常常伴随着环的扩大和缩小,的扩大和缩小, 称为称为Demyanov重排反应,可用于制备三重排反应,可用于制备三员到八员环的脂环化合物。员到八员环的脂环化合物。 NH2HNO2+N NOH + -N2+CH2CH2OHCH2+OH + -N2+CH2CH2OHCH2+CH2NH2HNO2而下例是环的扩大:而下例是环的扩大: 丙胺与亚硝酸作用的主产物为异丙醇,丙胺与亚硝酸作用的主产物为异丙醇,说明说明H-原子也可迁移:原子也可迁移:CH3CHCH2NH2HHNO2CH3CHCH2N2+HCH3CHCH3OHCH3C
11、CH3OHCCH3CH3OHH+H2OCH3CCH3OHCCH3CH3OH2+CH3CCH3OHCCH3CH3+CH3CCH3OHCCH3CH3+H+CH3CCH3OCCH3CH3反应机理:反应机理:2. 频呐醇(频呐醇(pinacol)重排)重排邻二醇(或邻二官能团)合成酮的方法邻二醇(或邻二官能团)合成酮的方法 RCCRROHROHRCCRORRH+重排的推动力是有较稳定的满足八隅体结构的氧正离子。重排的推动力是有较稳定的满足八隅体结构的氧正离子。R2CCR2R1O HR1O H(a)四个取代基相同四个取代基相同, ,单一产物。单一产物。(b)(b)对称对称 得单一产物。得单一产物。CC6
12、H5CH3OHCC6H5CH3OHH+CC6H5CH3CC6H5CH3OH- H2OCC6H5C6H5CH3C CH3O 质子化以后,亲核性强的基团优先迁移,总体的迁移质子化以后,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:基团迁移活泼性顺序如下: 对甲氧基苯基对甲氧基苯基 对甲基苯基对甲基苯基 苯基苯基 对溴苯基对溴苯基 烷烷基基 氢氢 RCCRROHROH(c) 结构不对称的二醇的重排,可由生结构不对称的二醇的重排,可由生成的碳正离子的稳定性来判断那一个羟基成的碳正离子的稳定性来判断那一个羟基是离去基团。是离去基团。C CH2OHCCH2OHCCH2OHCHCHOCCH2OH
13、+_ H2O_ H+_ H+主要次要OHCH3CC6H5OHCH2IHgOCH3CC6H5OHCH2CH3C+OHCH2C6H5-H+CH3CCH2C6H5O(d)其它的邻二叔醇、卤代醇、氨基醇和环氧化物均可)其它的邻二叔醇、卤代醇、氨基醇和环氧化物均可起类似的重排反应。起类似的重排反应。利用此反应可以合成用别的方法难以合成的含季碳原子的化合物:利用此反应可以合成用别的方法难以合成的含季碳原子的化合物:O1) Mg2) H2OOHHOH+OOHPhPhOPhPh3. 碳烯碳烯(Carbene)重排重排 Wolff重排重排 - 重氮甲酮在水、醇、或胺存在下,用重氮甲酮在水、醇、或胺存在下,用Ag
14、, Ag2O或光照或光照下催化,分解生成羧酸或酸酸衍生物下催化,分解生成羧酸或酸酸衍生物Wolff重排重排.NO2COCHN2Ag2OH2ONO2CH2CO2H用同位素标记实验证明,发生了用同位素标记实验证明,发生了Wolff重排重排:*COCHN2Ag2OH2OCH2*CO2Hl-重氮甲酮可由酰氯与过量的重氮甲烷反应制得重氮甲酮可由酰氯与过量的重氮甲烷反应制得: RCOCl CH2N2 RCOCHN2 HCl 重氮甲烷重氮甲烷 重氮甲酮重氮甲酮OCCHRH2OROHNH3RNH2RCH2COOHRCH2COORRCH2CONH2RCH2CONHR反应是通过碳烯进行反应是通过碳烯进行, 碳烯重
15、排成烯酮后再水解碳烯重排成烯酮后再水解:OCRCHN2Ag+-N2OCRCHRCHCO迁移终点为电中性的碳烯迁移终点为电中性的碳烯.阿恩特阿恩特-埃斯特尔特(埃斯特尔特(ArudtEistert) 反应反应COClCH2COOHCH2N2PhCOOAg/EtOH多一个碳的酸 RCOOHRCOLCH2N2RCOCHN2RCH2COOH即,从羧酸经重氮甲酮生成高一级羧酸的方法。即,从羧酸经重氮甲酮生成高一级羧酸的方法。(其中包含了其中包含了Wolff重排。重排。)ON2COCOOHO光H2OCOCONRNRH2ORNH2 RN:氮烯:氮烯(乃春乃春Nitrene)与卡宾类似,只是以与卡宾类似,只是
16、以N原子代换原子代换C原子。可由重氮分解得到,也可由原子。可由重氮分解得到,也可由N卤代酰胺经卤代酰胺经 -消去消去HX得到。(见得到。(见5.1) N 原子参加的缺电子重排的基本模式:原子参加的缺电子重排的基本模式:4. 缺电子氮重排(缺电子氮重排(CN) 氮转移一对电子与羰基成氮转移一对电子与羰基成 键的时刻氮上缺电子。键的时刻氮上缺电子。紧接着紧接着R带着一对电子填补上来。带着一对电子填补上来。异氰酸酯异氰酸酯氮烯氮烯霍夫曼霍夫曼(Hofmann)重排重排 酰胺与溴和碱的水溶液作用,放出酰胺与溴和碱的水溶液作用,放出CO2, 生成少一个碳生成少一个碳原子的胺原子的胺, 称为霍夫曼重排称为
17、霍夫曼重排(降解)降解).RCONH2 + Br2 + NaOHRNH2 + CO2 + NaBr + H2OCONH2BrBr2, KOHNH2BrCH2COCH2COOBr2, KOHCH2NH2CH2CO2H这是制备伯胺的重要方法,例:这是制备伯胺的重要方法,例:R CONH2R CONHBrR CONBrR CONR N C OR NH COOHCO2RNH2+NaOHBr2OH-BrH2O反应机理被认为是通过氮烯中间体进行的:反应机理被认为是通过氮烯中间体进行的:氮烯氮烯异氰酸酯异氰酸酯 经过经过Nitrene的重排的重排 酰胺重排生成少一个碳的胺酰胺重排生成少一个碳的胺 Hoffm
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