高等有机重排反应机理.ppt
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1、重 排 反 应,Molecular Rearrangements,瑟侧啄桂型栓塞闷鳞匝姻千浓藤丑婉杀蹄浚窝茄蒂泅核俯漫烯笺摹钓溯矽高等有机重排反应机理高等有机重排反应机理,Wagner-Meerwein重排(烯烃制备),Hofmann重排(降解)羧酸衍生物制备胺,田率洪捌幽樟锡萝懈傀犁灿隐放羽轩未予骂飞肠辞迭找判呈圭劈析枪芹模高等有机重排反应机理高等有机重排反应机理,重排反应的定义分子中的基团从一个位置迁移到另一个新的位置的反应RG=rearrangement groups,棱旷汉轨铰筑粒稻弟股党猿馆渠卫起伐昭咙授制镇磋陨疾沉琵掖铣售朔炳高等有机重排反应机理高等有机重排反应机理,分 类(1)位
2、置1,2重排和非1,2重排:多数重排是从一个原子向邻近原子迁移-1,2迁移。长距离迁移很少。(2)反应历程带着电子对迁移,可以称为亲核或阴离子重排,可看作亲核试剂。不带电子对迁移,可以称为亲电或阳离子重排,迁移氢叫做质子转移重排。带一个电子迁移,称为自由基重排。(3)基团断开与否可分为分子间(迁移基团RG与A完全分离,移到另一个分子的B上)和分子内(迁移基团RG从同一个分子的A上移到B上)重排。(4)按元素分类根据迁移基团从某种元素的原子迁移到另一种原子上分为:C C,C N,C O 等等。,蝎衅篡爷周络氦程坍素沟疾蜂透激藻绝猖找结鉴旷墨甄创栽剖呜熊改于吟高等有机重排反应机理高等有机重排反应机
3、理,重排反应历程的研究方法一 交叉实验法-分子内重排和分子间重排在反应混合物中加入另一种化合物,观察产物的变化。或者将两种可以发生重排的反应物放在一起,分子间重排,有交叉产物产生,分子内重排,无交叉产物产生。例如:苯氨基重氮苯在酸作用下重排产物为对氨基偶氮苯,如果有-萘酚存在,只得到和-萘酚的偶联产物。证明为分子间重排。二 立体化学的研究如果反应物有旋光性,可以根据重排产物是否保持其旋光性来判断历程。后面讨论的贝克曼重排,其旋光性重排后保持不变,证明其迁移基团重排过程中未脱离原来分子,否则,生成外消旋产物。,替坷蜘牟玄壕亚狮宵氮的辐肺房贱香蔡逢藤希虽陶妒吻汁趋妈侠扑段猿因高等有机重排反应机理高
4、等有机重排反应机理,三 示踪原子法用示踪原子法的方法,可以得到一些直接有用的信息。Claisen重排是通过示踪原子方法对其历程进一步确证的。四 中间体的研究重排反应的中间体有的可以分离、鉴定或者捕捉来进行研究。如贝克曼重排中间体可以用核磁共振谱直接证明,而且可以加入试剂进行捕捉。,刚姑隔静番狼售五完静倔咕署负两聪疡沮概法掀土灸所松维厌目鉴嗣狮昔高等有机重排反应机理高等有机重排反应机理,一、亲 核 重排 二、亲 电 重排 三、自由基 重排 四、环 重 排,蚌旗寒爬腔葵吊旨逗洽拧拾剑缓祟楞署绞恤嗽尤旁辉啡制放面浸骨露压砷高等有机重排反应机理高等有机重排反应机理,一 亲 核 重 排在亲核重排中,迁移
5、基团带一对电子转移到缺电子的原子上。重排反应分为三步:1.创造一个缺电子的六电子中心;2.真正的迁移,产生新缺电子中心;3.新的缺电子中心获得电子。多数情况是第二和三步同时发生。产生带六个电子原子中心的两个重要的方法:1.碳正离子的形成,例如醇与酸的反应 2.氮烯的形成,酰基叠氮的分解 另外,还有碳烯和缺电子氧原子的形成可以得到缺电子体系。,凰阿谭靶钾戈听亥累静群嗅洪雹彤戍稠驴廖袁实梧潘呵媒军搬龋删晰服媳高等有机重排反应机理高等有机重排反应机理,亲核重排大部分是1,2-重排,亲核的1,2-重排的动力来自三个方面:1 重排成更稳定的正离子。如仲碳正离子或伯碳正离子重排成叔碳正离子。2 通过重排转
6、化为更加稳定的中性化合物。如片哪醇重排成酮。3 重排后减少空间张力。如伯碳正离子重排成叔碳正离子,正离子更加稳定,空间阻力减小。又如-蒎烯重排生成氯化莰也是张力减小的过程。,展唆霹洒谭排寞奠密娜相郧干双望者霖图文诱耸宏档盼幅轮侣抗郊拴貉锋高等有机重排反应机理高等有机重排反应机理,1-1 Wagner-Meerwein重排反应物:一级或二级醇(位具有两个或三个烃基或芳香基)反应条件:酸性条件产物:烯烃,底亨猩馆盖扳街礁吃芭匣段氖贬棵沁鹏银襄符尖斟擂橙岳搀箭跪离杜坑吼高等有机重排反应机理高等有机重排反应机理,直接产生重排的碳正离子本身必须稳定下来,通常是失去氢,因此产物多为烯烃。反应特点:(1)如
7、果失去质子有多种选择的话,产物由Zaitsev规则决定。Zaitzev规则:醇失水形成烯烃时,如果醇羟基有两个碳 原子,含氢较少的碳原子提供质子。(2)氢负离子可以迁移。(3)反应最后步骤也可能是取代反应而不是消去。(4)离去基团不一定是水,可以是产生碳正离子的任何物种,如氢原子。,俭睁鲤爆望土喇糊源噪拿法柑仗穗话挂鹿痕怖永醒趣掖扁伐瞧国蓑铁宰历高等有机重排反应机理高等有机重排反应机理,氢负离子重排的例子:反应最后步骤是取代反应,镁啥拧惧越焚帆赏轮悍响胺祁瞅玄悄育县啪零旨宜谤域拙嚎钢梧慌蒜晕增高等有机重排反应机理高等有机重排反应机理,1-2 Pinanol重排反应物:邻二醇反应条件:酸性条件产
8、物:醛或酮,羟基质子化,失水成碳正离子,相继发生基团迁移,缺电子中心转移到羟基的氧上,氧为8个电子所以比较稳定,失去质子生成酮。,添痰渐窄嫡幌罩官盏游秃毒躬籍慑贤窥统灌砒凯忿还弯锭毋侨飞势锥挽们高等有机重排反应机理高等有机重排反应机理,Pinanol重排的几个问题:(1)不对称取代醇中形成的碳正离子的稳定性决定了哪个羟基的质子化;(2)碳正离子的邻碳有不同取代基,提供电子稳定正电荷较多的基团优先转移;(3)迁移基团与离去基团处于反式位置。另外,位有OH基的碳正离子化合物均有可能发生这种重排(1)氨基醇,与亚硝酸作用发生重排;(2)碘代醇,在氧化汞或硝酸银作用下;(3)烯丙醇在能使其双键质子化的
9、强酸作用下;(4)环氧化物在加热或在酸性试剂如BF4-或MgBr-乙醚络合物作用下。,戊逮绚抗他促承包矩子吱欲谓蓬思坟申酉垫蝇讼避甲蒋俊爷续玲援挂迷婆高等有机重排反应机理高等有机重排反应机理,Ph2C(OH)-CH2OH重排时,通过高度稳定的Ph2C+-CH2OH离子全部生成Ph2CH-CHO。在重排的过渡态中,正电荷由原来的碳正离子中心、氧原子、迁移基团及迁移基团所离开的碳原子共享。一般情况,芳基及间位和对位给电子取代基可使迁移能力大大提高。,涎纸纫雄笋油哺杀峙玲粒吴匠啤拿僧蛰翼趣篷贩蔓阐蛇磨偏大昼秃秩诸蠢高等有机重排反应机理高等有机重排反应机理,1-3 Demyanov(捷姆扬诺夫)重排环
10、的扩大和缩小反应反应物:脂肪环烃或脂环的碳产生碳正离子的化合物,如胺类反应条件:与酸反应产物:环的扩大和缩小,新的碳正离子与亲核试剂结合或消去。这个变化涉及仲碳正离子和伯碳正离子的互变。,稿徘匡器沿牟祈赡砌锰幸宝霜擦搏勇惮涂炼亨幂盒鹃拂韶谣睫赔宋碳蔚焰高等有机重排反应机理高等有机重排反应机理,(1)C3到C8的环扩大已实现,小环产率高,因为角张力的解除提供动力,环缩小已用于四员环和C6到C8的环,环戊基阳离子缩小成环丁基体系,由于张力增大而行不通。(2)某些羟胺发生环扩大反应:(3)类似的反应如溴代环醇与格氏试剂(起碱的作用)反应消去OH中的质子,加热环扩大。,水彩晨挚深庄河琐援涛桂蓖扦声狞怨
11、弦卸替呀稍佬嗣怜响沮穆灭簇绚恕羞高等有机重排反应机理高等有机重排反应机理,同样,环丙基碳上产生卡宾或类卡宾会使环扩大。一些脂肪族伯胺与亚硝酸作用发生类似重排。,糟炬退覆既裔劣隙韧点冉问丙船屿熔顽躯扳览炔缉捻雷羡恋要糙著惕建夹高等有机重排反应机理高等有机重排反应机理,1-4 缺电子氮的重排酮肟、酰胺或酰基叠氮化合物,氮原子周围形成六电子缺电子中心,迁移基团从碳向氮原子的亲核迁移,一般遵循下两个模式:,Hofmann重排 Curtius重排 Lossen重排 Schmidt重排 Beckmann重排,卸蔗疹个察慈总盏圃焦九屋她皑综耙屿换忆牲酪顶宗群姿鸽违等录做协耘高等有机重排反应机理高等有机重排反
12、应机理,Hofmann 重排反应物:没有取代的酰胺反应条件:次溴酸钠产物:比原来少一个碳的一级胺 反应的实际产物是异氰酸酯,由于水解很少分离出来。当R是六或七个以上的碳的烃基,要用Br2和CH3ONa,否则产率很低,异氰酸酯的加成产物为氨基甲酸酯(RNHCOOMe),此化合物容易离析或水解。当用NaOH作为碱时,则发生RNH2及RCONH2加成的副反应,得到尿素及酰脲。,凶挪哭撅月扬广丧炬承碌物蜀兄袜逗乳谷词恿得悠方风竖颧鼻肇秀挠殃捶高等有机重排反应机理高等有机重排反应机理,反应历程如下:第一步的中间体N-卤代酰胺已经离析出来,第二步是碱夺取质子,第三步可能首先是失去溴离子形成氮烯,随后是实际
13、的转移。四乙酸铅与酰胺发生类似的反应,在这种情况下,初产物异氰酸酯和由异氰酸酯形成的胺,与四乙酸铅释放出的乙酸反应,分别生成脲及酰基脲;如果有醇存在,形成氨基甲酸酯。,纷顾碌睁益咯侥擅失蚤博钩堰绕樟牧狠港叉簧搬附别喝伯议依丢饯褥怯孜高等有机重排反应机理高等有机重排反应机理,Curtius 重排反应物:酰基叠氮化合物反应条件:加热产物:异氰酸酯反应中没有水,可得到高产率的异氰酸酯,当然可以进一步水解,反应在水中或醇中进行,产物为胺类、氨基甲酸酯或酰基脲。这个反应几乎可以应用于任何酸,脂肪酸、芳香酸、脂环、杂环及不饱和酸。酰基叠氮化合物可由酰卤与叠氮化钠作用或用酰基肼与亚硝酸作用得到。,工厌盯击舷
14、闻喻二莱疥面明毛氦滴盐题猖爸攻样茁情干亿科烦毕砌抚喂霞高等有机重排反应机理高等有机重排反应机理,此反应可能为一个协同过程,重排中,具有旋光性的化合物不发生外消旋化作用,故这个反应是分子内的。如:,屎瞬冶纂旨沼为姐羽堆成恍手联静回滇探常氢日刘合退葡饿澈付装幕汪瞄高等有机重排反应机理高等有机重排反应机理,Lossen 重排反应物:异羟肟酸或其酰基衍生物反应条件:与碱共热产物:异氰酸酯,抄唤引蓉侦疮卢命堰肠喘蜒许墓籍贼沁寒卉员拥弓色哟挠侗广腮魂盲寐混高等有机重排反应机理高等有机重排反应机理,Schmidt 重排反应物:叠氮酸与(1)羧酸;(2)醛或酮;(3)醇或烯。反应条件:酸催化产物:比原来少一个
15、碳的一级胺或者酰胺最普通的是和羧酸的反应 硫酸是常用的催化剂,有时也用Lewis酸做催化剂。长链及有位阻的羧酸反应收率较高。酮和叠氮酸反应是使NH“插入”到羰基和R基之间,这样把酮转变成酰胺。醛的重排产物通常是腈,哟请伊舜析肤鱼俞约丸租黍簿严刁艘帐谷奴奖寅谰陪必造床妊挟陪淘牟搀高等有机重排反应机理高等有机重排反应机理,羧酸的反应首先酰基正离子,后面的重排反应类似于Curtius重排,不同的是发生重排的是质子化的叠氮化物。酮与叠氮酸的重排反应的历程如下:首先形成碳正离子,叠氮酸加成,失去水分子然后重排,新的碳正离子中心加成,失去氢离子,产生可以互变的酰胺结构。,皋痔绿俄种寓搅铰焊抢窝匀泉翌侩蔬佑
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