有機(jī)化學(xué)中重排反應(yīng)的類型及實(shí)例分析

1、<p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　摘 要1</b></p><p><b>　　關(guān)鍵詞1</b></p><p><b>　　引 言2</b></p><p><b>　　1 親核重排2</b&

2、gt;</p><p>　　1.1 涉及碳正離子的重排反應(yīng)2</p><p>　　1.1.1 頻哪醇(pinacol)重排2</p><p>　　1.1.2 瓦格納爾--米爾外英(Wagner-Meerwein)重排4</p><p>　　1.1.3 Demyanov D重排5</p><p>　　1.2 涉及

3、碳卡賓的沃爾夫(Wolff)重排5</p><p>　　1.3 涉及缺電子氮的重排5</p><p>　　1.3.1 霍夫曼（Hofmann）重排6</p><p>　　1.3.2 貝克曼(Beckmann)重排6</p><p>　　1.3.3 Beckmann重排成為綠色化學(xué)反應(yīng)類型的研究7</p><p&g

4、t;　　1.3.3.1 Beckmann重排反應(yīng)機(jī)理8</p><p>　　1.3.3.2 Beckmann 重排反應(yīng)的特點(diǎn)8</p><p>　　1.3.3.2.1分子內(nèi)協(xié)同的親核同步反應(yīng)8</p><p>　　1.3.3.2.2 手性分子遷移前后的構(gòu)型保持不變8</p><p>　　1.3.3.2.3 烴基的遷移為反式遷移8&l

5、t;/p><p>　　1.3.3.2.4 芳基比烷基優(yōu)先遷移8</p><p>　　1.3.3.3 Beckmann重排進(jìn)行的綠色化學(xué)反應(yīng)9</p><p>　　1.3.3.3.1 環(huán)己酮肟高產(chǎn)率的重排成己內(nèi)酰胺9</p><p>　　1.3.3.3.2合成撲熱息痛9</p><p>　　1.3.3.4 Beckm

6、ann重排反應(yīng)的發(fā)展前景10</p><p>　　1.4 涉及缺電子氧的重排10</p><p>　　1.4.1 拜耶爾-維利格（Baeyer-Villigen）重排10</p><p>　　1.4.2 羥基氫過氧化物重排10</p><p><b>　　2 親電重排11</b></p><

7、p>　　2.1 Stevens重排11</p><p>　　2.2 Wittig重排11</p><p><b>　　3 芳香重排12</b></p><p>　　3.1 Fries重排12</p><p>　　3.1.1 反應(yīng)機(jī)理13</p><p>　　3.2 Fries重

8、排反應(yīng)在有機(jī)合成中的應(yīng)用13</p><p>　　3.2.1 重排反應(yīng)的條件14</p><p>　　3.2.2 Fries重排反應(yīng)的新方法14</p><p>　　3.2.3 Fries重排反應(yīng)在醫(yī)藥及農(nóng)藥中的應(yīng)用[25]15</p><p>　　3.2.4 Fries重排的前景16</p><p>

9、　　3.3 Claisen重排16</p><p>　　3.3.1 反應(yīng)機(jī)理17</p><p>　　4 自由基重排18</p><p><b>　　5 結(jié)論19</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)20</b></p><p><b>　　謝詞

10、22</b></p><p>　　有機(jī)化學(xué)中重排反應(yīng)的類型及實(shí)例分析</p><p><b>　　鄭亞娟</b></p><p>　?。▽氹u文理學(xué)院 化學(xué)化工學(xué)院，陜西 寶雞 721013）</p><p>　　摘 要:重排反應(yīng)（rearrangement reaction)是分子的碳骨架發(fā)生重排生成結(jié)構(gòu)異

11、構(gòu)體的化學(xué)反應(yīng)，是有機(jī)反應(yīng)中的一大類，通常涉及取代基由一個(gè)原子轉(zhuǎn)移到同一個(gè)分子中的另一個(gè)原子的過程。分子重排是合成有機(jī)化合物的重要手段，許多重要的有機(jī)化合物可以由其得以合成，因而研究重排反應(yīng)對(duì)有機(jī)合成化學(xué)的發(fā)展起著非常重要的作用。本文就有機(jī)化學(xué)中重排反應(yīng)的類型及實(shí)例研究進(jìn)行綜述。</p><p>　　關(guān)鍵詞：重排反應(yīng)；酮肟；酰胺；催化劑</p><p>　　Study on the typ

12、e of rearrangement reaction and case in organic chemistry</p><p>　　Zheng Ya-juan</p><p>　　( College of Chemistry and Chemical Engineering, Baoji University of Arts and Sciences, Baoji 721013 Chi

13、na )</p><p>　　Abstract: Rearrangement reaction is a large class of organic reactions in which the carbon skeleton of the molecular rearrangement to generate structural isomers. It is that the substituent tra

14、nsfer from one atom to another of same molecule. Molecular rearrangement is an important means of synthetic organic compounds, lots of important organic compounds can be synthesized by this method, so it is important for

15、 the development of synthetic organic chemistry by studying the rearrangement reaction.</p><p>　　Key words：Rearrangement reaction, ketoxime; amide; catalyst.</p><p><b>　　引 言</b></

16、p><p>　　有機(jī)化學(xué)中分子重排是一類很重要的反應(yīng)，在科研和實(shí)踐中具有廣泛的應(yīng)用前景，對(duì)有機(jī)反應(yīng)和有機(jī)合成有很重要的意義。所謂的分子重排反應(yīng)就是指在試劑、加熱或其它因素影響下，取代基從一個(gè)原子遷移到另一個(gè)原子上，是碳架和官能團(tuán)的位置發(fā)生變化的一類反應(yīng)。然而分子重排是大量存在的，為了研究方便，也要對(duì)其進(jìn)行分類。按照反應(yīng)機(jī)理，討論重排反應(yīng)類型：親核反應(yīng)、親電反應(yīng)、自由基反應(yīng)和周環(huán)反應(yīng)四大類。依據(jù)重排原理判斷物質(zhì)的穩(wěn)定性

17、，預(yù)測(cè)反應(yīng)產(chǎn)物，提高產(chǎn)物收率。</p><p><b>　　1 親核重排 </b></p><p>　　親核重排是指反應(yīng)物在親電試劑的作用下，遷移基團(tuán)帶著成鍵電子對(duì)從一個(gè)原子遷移到另一個(gè)缺電子（帶正電荷）的原子上，其反應(yīng)過程為：反應(yīng)底物在親電試劑的作用下形成缺電子中心；該中心鄰位碳原子上的基團(tuán)帶著成鍵電子對(duì)遷移到這個(gè)缺電子中心上，形成新的比較穩(wěn)定的缺電子中心；缺電子中

18、心與反應(yīng)體系的負(fù)性部分結(jié)合生成重排取代產(chǎn)物或失去質(zhì)子生成重排消除產(chǎn)物。</p><p>　　1.1 涉及碳正離子的重排反應(yīng)</p><p>　　1.1.1 頻哪醇(pinacol)重排</p><p>　　1980年Fittig R將頻哪醇(pinacol)與30%的硫酸一起加熱，得到脫水產(chǎn)物，并命名為頻哪酮(pinacolon)，其結(jié)構(gòu)到1873年才確定為3,3-

19、二甲基-2-丁酮。頻哪酮是一種重要的有機(jī)化工中間體，廣泛應(yīng)用于農(nóng)藥、醫(yī)學(xué)、染料等多種精細(xì)化工品的合成[1,2]。這一類反應(yīng)由于頻哪醇（2,3-二甲基-2,3-丁二醇）轉(zhuǎn)換為頻哪酮（3,3-二甲基-2-丁酮）的反應(yīng)最具代表性，因而得名。反應(yīng)的關(guān)鍵步驟是一個(gè)碳正離子的1,2-重排。</p><p>　　反應(yīng)機(jī)理[3]: 兩個(gè)羥基其中之一接受一個(gè)質(zhì)子之后脫去一分子水，形成碳正離子；發(fā)生1,2-重排，一個(gè)基團(tuán)從未脫去羥基

20、的碳上向有正電荷的碳上轉(zhuǎn)移；羥基上脫去一個(gè)質(zhì)子，其氧原子與碳成雙鍵，反應(yīng)結(jié)束。 </p><p>　　在反應(yīng)過程中，凡是能生成類似的碳正離子者，都能發(fā)生此類重排。例如，α,β–鹵代烴氨基醇和環(huán)氧化物、α-羥基酮等在相應(yīng)的條件下的類似重排反應(yīng)，該類反應(yīng)稱為半pinacol重排。例如:</p><p>　　在pinacol重排中，如果分子中四個(gè)R都相同，重排產(chǎn)物比較簡(jiǎn)單；當(dāng)分子中四個(gè)R不相同時(shí)

21、，重排產(chǎn)物不止一種，實(shí)際取得的產(chǎn)物取決于：反應(yīng)過程中哪一個(gè)羥基脫掉后形成比較穩(wěn)定的碳正離子，則該羥基優(yōu)先被質(zhì)子化。形成的碳正離子的穩(wěn)定性順序?yàn)椋簆-CH3OC6H4- > C6H5- > 烷基>氫基。</p><p>　　當(dāng)可遷移的集團(tuán)為芳基、烷基或氫時(shí)，芳基優(yōu)先于烷基優(yōu)先于氫遷移，且芳基上有給電子集團(tuán)時(shí)更有利于遷移。例如：</p><p>　　1.1.2 瓦格納爾--米

22、爾外英(Wagner-Meerwein)重排 </p><p>　　終點(diǎn)碳原子上羥基、鹵原子或重氮基等，在質(zhì)子酸或Lewis酸催化下離去形成碳正離子，其鄰位的基團(tuán)作1,2-遷移至該碳原子，同時(shí)形成更穩(wěn)定的起點(diǎn)碳正離子，后經(jīng)親核取代或質(zhì)子消除而生成新化合物的反應(yīng)稱為Wagner-Meerwein重排。Wagner-Meerwein重排反應(yīng)屬于分子內(nèi)的C→C的1,2-遷移，其重排趨勢(shì)是形成最穩(wěn)定的碳正離子。原來(lái)認(rèn)為

23、Wagner重排只存在萜類化合物中，Meerwein H 在20世紀(jì)一二十年代認(rèn)識(shí)到這種重排反應(yīng)在有機(jī)化學(xué)中是相當(dāng)普遍的，不僅限于雙環(huán)化合物。Meerwein和較后的Meerwein F C發(fā)展了重排的理論說(shuō)明。即在酸性條件下生成缺電子中心-碳正離子，從而引發(fā)了鄰近的碳原子上羥基的遷移[4]。例如：</p><p>　　酸性催化劑的作用是非常重要的，在上面的反應(yīng)中，如將醇的蒸氣通過加熱的中性氧化鋁，則得到正常的脫

24、水產(chǎn)物：</p><p>　　這樣的開鏈化合物的重排反應(yīng)，又稱為逆頻哪醇重排(retropinaol rearrangment)。</p><p>　　1.1.3 Demyanov D重排</p><p>　　1903年Demyanov D發(fā)現(xiàn)：環(huán)丙甲胺與亞硝酸反應(yīng)，生成環(huán)丙甲醇與環(huán)丁醇的混合物，環(huán)丁胺與亞硝酸反應(yīng)也得到同樣的產(chǎn)物[4]：</p>&l

25、t;p>　　脂肪族伯胺或脂環(huán)族伯胺通過重氮化作用生成碳正離子中間體進(jìn)行的重排反應(yīng)，該反應(yīng)可看做是Wagner-Meerwein重排的一種。</p><p>　　該類反應(yīng)的動(dòng)力為生成更為穩(wěn)定的碳正離子中間體。</p><p>　　1.2 涉及碳卡賓的沃爾夫(Wolff)重排 </p><p>　　α–重氮酮在氧化銀、光或熱的作用下，失去氮而重排成為烯酮類化合物

26、的反應(yīng)稱為Wolff重排。</p><p><b>　　該反應(yīng)歷程為：</b></p><p>　?。?）α–重氮酮被氧化銀催化失去N2形成缺電子的酮碳烯；</p><p>　?。?）該酮烯通過R的遷移生成烯酮。生成的烯酮反應(yīng)活性很高，能與體系中的親核體作用。</p><p>　　需要注意的是，該反應(yīng)必須在過量的重氮甲烷

27、中進(jìn)行，否則生成的HCl將與重氮酮進(jìn)一步反應(yīng)生成α–鹵代酮：RCOCHN2 + HCl → RCOCH2 + N2 </p><p>　　1.3 涉及缺電子氮的重排</p><p>　　1.3.1 霍夫曼（Hofmann）重排</p><p>　　當(dāng)酰胺用溴的堿溶液處理時(shí)，生成比原來(lái)少一個(gè)碳原子的胺，這個(gè)反應(yīng)叫做Hofmann重排。應(yīng)用Hofmann重排可以合成

28、脂肪族、芳香族和雜環(huán)族的胺，如用次氯酸鈉作試劑，還可以進(jìn)行大量產(chǎn)物的合成。</p><p>　　該反應(yīng)歷程為[5]：</p><p>　　(1).在堿的催化下，酰胺發(fā)生鹵代，生成N-鹵代酰胺；</p><p>　　(2).堿奪取N-鹵代酰胺中的質(zhì)子，再脫去鹵素離子，形成?；?；</p><p>　　(3).酰基氮烯的烷基帶著成鍵電子對(duì)作為親

29、核試劑進(jìn)攻缺電子的氮原子，同時(shí)把作為離去集團(tuán)的鹵素離子推出，生成異氰酸酯；</p><p>　　(4).異氰酸酯在水溶液中水解、脫羧，生成伯胺和二氧化碳。 </p><p>　　Hofmann重排反應(yīng)和碳正離子重排反應(yīng)一樣，包含一個(gè)1,2—遷移，遷移基團(tuán)帶著成鍵電子對(duì)遷移到缺電子的氮原子上。Curtius重排、Schmidt重排及Lossen重排等也會(huì)發(fā)生由C→N的分子內(nèi)1,2-遷移生成

30、異氰酸酯。</p><p>　　1.3.2 貝克曼(Beckmann)重排</p><p>　　貝克曼重排反應(yīng)(Beckmann rearrangement )是一個(gè)由酸催化的重排反應(yīng)，反應(yīng)物肟在酸的催化作用下重排為酰胺。1891年Hantzsch A發(fā)現(xiàn)：不對(duì)稱酮的肟在Beckmann重排中哪一個(gè)烴基遷移到氮原子上決定于酮肟的構(gòu)型，并假定：與羥基在C=N鍵同一邊的烴基發(fā)生遷移。以后，B

31、eckmann重排被用于酮肟構(gòu)型的測(cè)定。1921年Meisenheimer J 用別的方法確定了二苯乙二酮兩種單肟α和β的構(gòu)型，然后進(jìn)行Beckmann重排，證明是烴基在C=N雙鍵上與羥基處于反位的烴基發(fā)生遷移。</p><p>　　Beckmann重排特點(diǎn)不在于遷移基團(tuán)的性質(zhì)，而在于決定它們的立體化學(xué)結(jié)構(gòu)。在不對(duì)稱酮肟的重排中只有與羥基處于反位的基團(tuán)才能遷移到氮上，并且遷移基團(tuán)從離去集團(tuán)的背面進(jìn)行重排：<

32、/p><p>　　在該反應(yīng)中，遷移基團(tuán)具有手性時(shí)，其構(gòu)型在重排過程中不發(fā)生變化。</p><p>　　1.3.3 Beckmann重排成為綠色化學(xué)反應(yīng)類型的研究</p><p>　　酮肟在濃硫酸等酸性催化劑作用下，在N原子周圍形成僅6個(gè)電子的缺電子中心，即形成了乃春(Nitrene，也稱為氮烯)正離子中間體，鄰位的烴基重排到這個(gè)正電中心后，相鄰的C成為了新的正電中心，接

33、著水合，隨著H+的離去，形成了N一取代酰胺，酮肟這種經(jīng)過重排后生成酰胺的的反應(yīng)叫“貝克曼”重排反應(yīng)。</p><p>　　1.3.3.1 Beckmann重排反應(yīng)機(jī)理[6]</p><p>　　1.3.3.2 Beckmann 重排反應(yīng)的特點(diǎn)</p><p>　　1.3.3.2.1分子內(nèi)協(xié)同的親核同步反應(yīng)</p><p>　　Beckmann

34、重排是分子內(nèi)協(xié)同的親核重排反應(yīng)，其中烴基的遷移與反式位置羥基的離去是同時(shí)發(fā)生的，是屬于同步同時(shí)的反應(yīng)。</p><p>　　1.3.3.2.2 手性分子遷移前后的構(gòu)型保持不變</p><p>　　如果遷移基團(tuán)為手性碳原子，其遷移后的手性構(gòu)型保持不變，例如：</p><p>　　1.3.3.2.3 烴基的遷移為反式遷移</p><p>　　烴基

35、的遷移是立體專一的，由于遷移的基只能從羥基背面進(jìn)攻缺電子的N原子，因此，烴基的遷移為反式遷移[7]。</p><p>　　1.3.3.2.4 芳基比烷基優(yōu)先遷移</p><p>　　氫的遷移比較少見，芳基比烷基優(yōu)先遷移。Beckmann重排反應(yīng)常用的催化劑有濃H2SO4、CH3C6H4SO3H[8]、H3PO4、POCl3、PCl5、Cu、Ni(R)2、Ni(AC)2/BF3和CH3COO

36、H等。除了用強(qiáng)酸和強(qiáng)脫水劑作催化劑外，近年來(lái)還發(fā)現(xiàn)硅酸鹽、AlCl3、HMPA、高錸酸銨和對(duì)甲苯磺酸的混合劑(NH4ReO4/TsOH)等均可作為“貝克曼重排反應(yīng)”的有效催化劑。</p><p>　　1.3.3.3 Beckmann重排進(jìn)行的綠色化學(xué)反應(yīng)</p><p>　　Beckmann重排反應(yīng)最初主要用于測(cè)定酮肟的結(jié)構(gòu)。由于該反應(yīng)的原子轉(zhuǎn)化高達(dá)100%，所以它屬于原子間經(jīng)濟(jì)性的反應(yīng)。

37、隨著該反應(yīng)研究的不斷深入，現(xiàn)在該反應(yīng)已較多的應(yīng)用于有機(jī)合成中，成為綠色化學(xué)選中的反應(yīng)類型之一。</p><p>　　1.3.3.3.1 環(huán)己酮肟高產(chǎn)率的重排成己內(nèi)酰胺</p><p>　　在高錸酸銨、對(duì)甲苯磺酸[9]的存在下，環(huán)己酮肟高產(chǎn)率的重排成己內(nèi)酰胺： </p><p>　　如果用B2O3/TiO2-ZnO2催化環(huán)己酮肟氣相Beckmann重排反應(yīng)，生成己

38、內(nèi)酰胺的最佳焙燒溫度為600℃，經(jīng)過5h的反應(yīng)后，環(huán)己酮肟的轉(zhuǎn)換率和選擇性的己內(nèi)酰胺的生成率平均分別高達(dá)99.7%和97.0%[10]。</p><p>　　環(huán)己酮肟不使用濃H2SO4催化的Beckmann重排制己內(nèi)酰胺的反應(yīng)，主要有氣固相反應(yīng)、固液相反應(yīng)、離子液體系及超臨界水條件下的反應(yīng)。研究表明[11]：氣固相反應(yīng)中，副產(chǎn)物較多，催化劑易失活，使用壽命短；固液相反應(yīng)條件溫和，且副產(chǎn)物少；離子液體系及超臨界水條

39、件下的Beckmann反應(yīng)，可避免使用有機(jī)溶劑，且反應(yīng)副產(chǎn)物也少。室溫離子液體作為高效綠色溶劑[12]，用于Beckmann重排，使該反應(yīng)真正成為綠色化學(xué)反應(yīng)。</p><p>　　1.3.3.3.2合成撲熱息痛</p><p>　　撲熱息痛(APAP)是一種快速、安全的解熱鎮(zhèn)痛藥，臨床已得到廣泛應(yīng)用。由苯酚經(jīng)過乙酰化、肟化和Beckmann重排反應(yīng)可合成撲熱息痛[13]：先用HF催化苯酚

40、和醋酐的乙?；?，在80℃反應(yīng)1h，得到4-羥基苯乙酮(1)，再用乙酸乙酯提取(1)，并用于pH值為3-7的緩沖溶液中，與羥胺硫酸鹽在101-102℃進(jìn)行肟化反應(yīng)1h，得到對(duì)羥基苯乙酰酮肟(2)；(2)在SOCl2催化下，在乙酸乙酯溶劑中于50℃進(jìn)行Beckmann重排反應(yīng)10 min，得到目標(biāo)產(chǎn)物N-乙?；鶎?duì)氨基苯酚。為抑制副產(chǎn)物，重排反應(yīng)時(shí)應(yīng)加入少量的KI；粗產(chǎn)品先用鹽酸處理，再用活性炭在水中脫色精制，合成總收率高達(dá)60%，產(chǎn)品熔點(diǎn)1

41、70-172℃，純度99.9%以上。</p><p>　　1.3.3.4 Beckmann重排反應(yīng)的發(fā)展前景</p><p>　　通過Beckmann重排反應(yīng)，可以鑒定生成的酰胺或酰胺的水解產(chǎn)物，測(cè)定原來(lái)酮肟的結(jié)構(gòu)，也可用此反應(yīng)較經(jīng)濟(jì)的合成一系列有機(jī)產(chǎn)物。Beckmann重排反應(yīng)是原子經(jīng)濟(jì)性反應(yīng)，符合環(huán)境友好要求。隨著研究不斷深入，更多有效催化劑的出現(xiàn)，Beckmann重排反應(yīng)在有機(jī)合成中

42、將會(huì)有更多新的應(yīng)用。</p><p>　　1.4 涉及缺電子氧的重排</p><p>　　1.4.1 拜耶爾-維利格（Baeyer-Villigen）重排</p><p>　　酮在過氧酸如過氧苯甲酸、過氧乙酸等的作用下轉(zhuǎn)變成酯的過程，稱為Baeyer-Villigen重排[14,15]。在Baeyer-Villigen重排中脂烴基重排的次序?yàn)槭逋榛局偻榛静榛?/p>

43、甲基；烯丙基＞烯烴基＞伯烷基；苯基＞烷基。不過，影響重排的因素還有構(gòu)象、位阻，甚至試劑，這一次序有可能改變。遷移的烴基如以手性碳和羰基相連，重排后構(gòu)型保持不變。其反應(yīng)過程為：過氧酸對(duì)質(zhì)子化的羰基親核加成，然后遷移基團(tuán)向缺電子的氧遷移，同時(shí)分解出羧酸。在反應(yīng)過程中，當(dāng)離去集團(tuán)上有吸電子基或遷移基團(tuán)上有給電子基時(shí)，反應(yīng)加速，說(shuō)明基團(tuán)的離去和遷移是同時(shí)發(fā)生的。</p><p>　　1.4.2 羥基氫過氧化物重排<

44、/p><p>　　烴類化合物用空氣或過氧化氫氧化生成羥基氫過氧化物。羥基氫過氧化物在Lewis酸的作用下，發(fā)生O—O鍵斷裂，同時(shí)羥基從碳原子遷移到氧原子上，這種反應(yīng)稱為羥基氫過氧化物重排[16]。其反應(yīng)歷程為：酸使羥基氫過氧化物質(zhì)子化，隨后失去一分子水形成一個(gè)缺電子的氧中間體，然后遷移基團(tuán)帶著一對(duì)成鍵電子從碳遷移到氧，形成碳正離子，在與水加成形成半縮醛，后者在反應(yīng)條件下形成醇（酚）和酮。</p><

45、;p><b>　　2親電重排</b></p><p>　　親電重排是指反應(yīng)物在親核試劑（堿）的作用下，遷移基團(tuán)以正離子形式遷移到帶有負(fù)電荷的原子上。該類重排反應(yīng)是包含負(fù)離子的重排。</p><p>　　2.1 Stevens重排</p><p>　　1928年Stevens T S發(fā)現(xiàn)：季銨鹽在水溶液中生成季銨堿后，一個(gè)烴基從氮原子遷移到

46、另一個(gè)烴基中的碳原子上，生成叔胺的反應(yīng)，稱為Stevens重排[17]。兩種季銨堿同時(shí)發(fā)生重排，沒有發(fā)現(xiàn)一種季銨離子中的烴基遷移到另一種季銨離子中的交叉產(chǎn)物，因此，是分子內(nèi)的反應(yīng)。</p><p>　　反應(yīng)歷程為：OH 強(qiáng)行拉出酸性氫，形成共振穩(wěn)定的碳負(fù)離子，芐基以正離子形式由氮向碳負(fù)離子遷移，生成叔胺。當(dāng)遷移基團(tuán)具有手性碳原子時(shí)，其重排結(jié)果是手性碳原子構(gòu)型不變。并且，在兩種季銨堿同時(shí)發(fā)生重排，沒有發(fā)現(xiàn)一種季銨離

47、子中的烴基遷移到另一種季銨離子中的交叉產(chǎn)物，這說(shuō)明Stevens重排是分子內(nèi)重排。</p><p>　　2.2 Wittig重排</p><p>　　1942年Wittig G發(fā)現(xiàn)：醚在醇溶液中與烷基鋰、苯基鋰等強(qiáng)堿作用，分子中的烷基或苯基發(fā)生移位遷移到碳原子上生成醇鋰的反應(yīng)，稱為Wittig重排反應(yīng)[18]。由于醚中α-碳?xì)滏I的酸性較弱，所以反應(yīng)需要用較強(qiáng)的堿。其反應(yīng)歷程為：強(qiáng)堿移去一

48、個(gè)酸性氫，形成一個(gè)較穩(wěn)定的碳負(fù)離子中間體，然后遷移基團(tuán)從氧移到碳負(fù)離子上，重排成烷氧負(fù)離子，然后水解得到醇[19]。當(dāng)遷移基團(tuán)具有手性時(shí)，經(jīng)重排后僅有一部分保持旋光性，另一部分發(fā)生外消旋化。</p><p><b>　　3 芳香重排</b></p><p>　　芳香重排是一類用酸或Lewis酸催化的重排反應(yīng)。在該類反應(yīng)中：O—取代酚和N—取代芳胺中與雜原子相連的集團(tuán)重

49、排到芳基的鄰位或?qū)ξ弧?lt;/p><p>　　3.1 Fries重排</p><p>　　酚類的羧酸酯與AlCl3，ZnCl2等共熱，?；鶑呐c苯環(huán)相連的氧遷移到芳環(huán)上，形成鄰位或?qū)ξ环油?，該反?yīng)稱為Fries重排。</p><p>　　酚酯在Lewis酸存在下加熱，可發(fā)生?；嘏欧磻?yīng)，生成鄰羥基和對(duì)羥基芳酮的混合物。重排可以在硝基苯、硝基甲烷等溶劑中進(jìn)行[20]，也可

50、以不用溶劑直接加熱進(jìn)行。 </p><p>　　鄰、對(duì)位產(chǎn)物的比例取決于酚酯的結(jié)構(gòu)、反應(yīng)條件和催化劑等。例如，用多聚磷酸催化時(shí)主要生成對(duì)位重排產(chǎn)物，而用四氯化鈦催化時(shí)則主要生成鄰位重排產(chǎn)物。反應(yīng)溫度對(duì)鄰、對(duì)位產(chǎn)物比例的影響比較大。一般來(lái)講，較低溫度（如室溫）下重排有利于形成對(duì)位異構(gòu)產(chǎn)物（動(dòng)力學(xué)控制），較高溫度下重排有利于形成鄰位異構(gòu)產(chǎn)物（熱力學(xué)控制）。</p><p>　　3.1.1

51、反應(yīng)機(jī)理</p><p>　　Fries重排反應(yīng)的歷程迄今仍未完全清楚，僅知某些反應(yīng)可能是分子間的反應(yīng)，而另一些反應(yīng)則可能為分子內(nèi)的反應(yīng)。分子間重排反應(yīng)的歷程為：</p><p>　　該反應(yīng)過程中酚酯與三氯化鋁催化劑最初形成絡(luò)合物，由于三氯化鋁的影響，增加了C-O鍵的極性，促使?；趸臄嗔?，生成?；x子、發(fā)生酰基化反應(yīng)，得到鄰、對(duì)位產(chǎn)物。所以三氯化鋁用量和酚酯用量的比例至少需要1:1

52、，反應(yīng)在有溶劑或無(wú)溶劑的情況下均可以進(jìn)行。</p><p>　　3.2 Fries重排反應(yīng)在有機(jī)合成中的應(yīng)用</p><p>　　Fries反應(yīng)與Friedel-Crafts反應(yīng)有關(guān)，是一種自身?；倪^程，催化劑大多是Lewis酸或Bronsted酸類催化劑，如AlCl3、TiCl3、FeCl3、ZnCl2、HF、H2SO4等。</p><p>　　3.2.1 重

53、排反應(yīng)的條件</p><p>　　在反應(yīng)中，酚酯的結(jié)構(gòu)、催化劑的選擇及反應(yīng)溫度對(duì)反應(yīng)速度、收率、芳酮異構(gòu)體的比例有很大影響[21]。反應(yīng)溫度高低對(duì)反應(yīng)產(chǎn)物影響很明顯，低溫有利于形成對(duì)位異構(gòu)體，高溫有利于形成鄰位異構(gòu)體，這是由于對(duì)位產(chǎn)物的生成速度受動(dòng)力學(xué)控制影響；而鄰位產(chǎn)物受熱力學(xué)控制影響，反應(yīng)過程中能夠形成環(huán)狀絡(luò)合物，比對(duì)位產(chǎn)物穩(wěn)定。利用鄰、對(duì)位異構(gòu)體性質(zhì)上的差異，可將產(chǎn)物分離提純。</p><

54、;p>　　在三氯化鋁催化下，以二硫化碳作溶劑，經(jīng)高溫反應(yīng)，鄰羥基苯乙酮的收率達(dá)36%；不用溶劑，常溫反應(yīng)，主要生成對(duì)羥基苯乙酮，收率可達(dá)58.5%。采用三氯化鋁-氯化鈉復(fù)鹽作催化劑，不用溶劑作高溫反應(yīng)，使鄰羥基苯乙酮收率達(dá)到42%，反應(yīng)時(shí)間縮短4h，同時(shí)回收29%的副產(chǎn)品對(duì)羥基苯乙酮。</p><p>　　近幾年來(lái)，除了廣泛使用上述提到的酸催化劑催化Fries重排反應(yīng)外，人們開始改進(jìn)和研發(fā)新型、環(huán)境友好、經(jīng)

55、濟(jì)適用的Fries重排反應(yīng)催化劑[22]，例如甲磺酸類、金屬三氟甲磺酸鹽、雜多酸、沸石、離子液體等，已經(jīng)取得了很好的催化效果。</p><p>　　3.2.2 Fries重排反應(yīng)的新方法 </p><p>　　使用光誘導(dǎo)催化Fries重排，即Photo-Fries Rearrangement。其中一個(gè)具有重要合成意義的應(yīng)用實(shí)例是天然產(chǎn)物Diazonamide A 的全合成中核心結(jié)構(gòu)大環(huán)的

56、合成。因其獨(dú)特的大環(huán)結(jié)構(gòu)，強(qiáng)效的抗腫瘤活性使其成為人們關(guān)注的新型抗腫瘤藥物研究的先導(dǎo)物，國(guó)內(nèi)外很多科研小組對(duì)Diazonamide A 的全合成開展了研究。Magnus Philip等[23]在Diazonamide核心結(jié)構(gòu)大環(huán)的合成最后一步用了光誘導(dǎo)催化Fries重排，產(chǎn)品收率達(dá)76%。利用微波由內(nèi)到外的加熱機(jī)制，對(duì)于無(wú)溶劑條件下的Fries重排反應(yīng)，可以起到一定的促進(jìn)作用，反應(yīng)在幾分鐘內(nèi)完成。例如，β-萘酚乙酸酯在K-10載體上的微

57、波催化反應(yīng)[24]，反應(yīng)10min，收率為70%，重排后乙酰基不是在1位，而是在6位或8位，比例是1:9 。</p><p>　　另外，利用β-環(huán)糊精對(duì)底物的包結(jié)作用可以提高Fries重排反應(yīng)的選擇性。例如，研究β-環(huán)糊精包結(jié)中的乙酸苯酯的固相Fries重排反應(yīng)，發(fā)現(xiàn)生成鄰位產(chǎn)物的選擇性很高，產(chǎn)率達(dá)100% 。</p><p>　　3.2.3 Fries重排反應(yīng)在醫(yī)藥及農(nóng)藥中的應(yīng)用[25

58、]</p><p>　　1-（4羥基苯基）-1-丙酮（3）是合成抗早產(chǎn)藥利托君的中間體。它可通過丙酸苯酯的Fries重排反應(yīng)合成。</p><p>　　Fries重排的另一個(gè)應(yīng)用是合成腎上腺素，它是一種強(qiáng)心劑。 </p><p>　　用鄰甲氧基苯甲酸和1,3,5-三溴苯作為起始原料，通過Fries重排、二羥基化等合成了大黃酸（4）。又如，鄰/對(duì)羥基苯丁酮，商品名銀

59、泰，為鄰羥基苯丁酮和對(duì)羥基苯丁酮的混合物，以丁酸苯酯為原料經(jīng)Fries重排制備。藥效實(shí)驗(yàn)證明，銀泰對(duì)蘋果腐爛病、蘋果及番茄輪紋病、玉米大斑病及小麥紋枯病具有良好的防治效果，其中對(duì)羥基苯丁酮的抑菌、殺菌活性高于鄰羥基苯丁酮。</p><p>　　3.2.4 Fries重排的前景</p><p>　　Fries重排是合成芳酮的重要方法，它在有機(jī)合成中應(yīng)用日益廣泛，因此，對(duì)其進(jìn)行系統(tǒng)詳細(xì)的研究

60、不僅對(duì)化學(xué)化工過程可持續(xù)發(fā)展有著極為重要的理論意義，而且也有很高的實(shí)用價(jià)值。</p><p>　　3.3 Claisen重排</p><p>　　Claisen重排是指烯醇或酚類的烯丙基醚在加熱條件下，發(fā)生烯丙基從氧原子上遷移到碳原子上的重排[26]。Claisen重排反應(yīng)是有機(jī)化學(xué)中應(yīng)用廣泛的合成反應(yīng)之一。 Claisen重排是分子內(nèi)的重排，重排后α-碳原子與苯環(huán)相連，碳碳雙鍵發(fā)生位移

61、。兩個(gè)鄰位都被取代的芳基烯丙基酚，重排后則仍是α-碳原子與苯環(huán)相連。</p><p>　　烯丙基芳基醚在高溫（200℃）下可以重排，生成烯丙基酚。</p><p>　　當(dāng)烯丙基芳基醚的兩個(gè)鄰位未被取代基占滿時(shí)，重排主要得到鄰位產(chǎn)物，兩個(gè)鄰位均被取代基占據(jù)時(shí)，重排得到對(duì)位產(chǎn)物。對(duì)位、鄰位均被占滿時(shí)不發(fā)生此類重排反應(yīng)。</p><p>　　交叉反應(yīng)實(shí)驗(yàn)證明：Claise

62、n重排是分子內(nèi)的重排。采用g-碳C標(biāo)記的烯丙基醚進(jìn)行重排，重排后g-碳離子與苯環(huán)相連，碳碳雙鍵發(fā)生位移。兩個(gè)鄰位都被取代的芳基烯丙基酚，重排后則仍是α-碳原子與苯環(huán)相連。</p><p>　　3.3.1 反應(yīng)機(jī)理 </p><p>　　Claisen重排是個(gè)協(xié)同反應(yīng)，中間經(jīng)過一個(gè)環(huán)狀過渡態(tài)，所以芳環(huán)上取代基的電子效應(yīng)對(duì)重排無(wú)影響[27]。從烯丙基芳基醚重排為鄰烯丙基酚經(jīng)過一次[3，3]s遷

63、移和一次由酮式到烯醇式的互變異構(gòu)；兩個(gè)鄰位都被取代基占據(jù)的烯丙基酚重排時(shí)先經(jīng)過一次[3，3]s遷移到鄰位（Claisen重排），由于鄰位已被取代基占據(jù)，無(wú)法發(fā)生互變異構(gòu)，接著又發(fā)生一次[3，3]s遷移（Cope重排）到對(duì)位，然后經(jīng)互變異構(gòu)得到對(duì)位烯丙基酚。</p><p>　　4 自由基重排[28,29]</p><p>　　自由基重排反應(yīng)不像碳正離子重排反應(yīng)那樣普遍，也不如碳負(fù)離子重排反

64、應(yīng)多，但一般原理基本是一樣的，首先必須產(chǎn)生自由基，然后才能發(fā)生基團(tuán)的遷移，而且遷移的基團(tuán)必須是帶著單個(gè)電子遷移到遷移終點(diǎn)。有機(jī)化合物發(fā)生化學(xué)變化，共價(jià)鍵在斷裂時(shí)，一對(duì)電子平均分給兩個(gè)原子或原子團(tuán) A:BA·+·B這種斷裂方式稱為均裂。</p><p>　　新生成的自由基進(jìn)一步反應(yīng)而形成穩(wěn)定產(chǎn)物。例如3-甲基-3-苯基丁醛在二叔丁基過氧化物的作用下，發(fā)生重排反應(yīng)，生成大約一半重排產(chǎn)物，另一半是正

65、常的產(chǎn)物。說(shuō)明自由基重排的限度比親核重排要小，只有50％的遷移產(chǎn)物。另外，主要是芳基的遷移，一般不發(fā)生H和烷基的遷移，如3,3-二甲基戊醛在同樣的條件下，并不發(fā)生重排反應(yīng)。</p><p>　　一般認(rèn)為在自由基重排過程中，形成橋連的離域的過渡態(tài)，苯環(huán)能夠分散孤電子，使過渡態(tài)得以穩(wěn)定，所以遷移基團(tuán)往往是苯基，通常烷基是不發(fā)生遷移的。</p><p>　　在自由基重排中，也發(fā)現(xiàn)有鹵原子的遷移。

66、例如3,3,3-三氯丙烯在有過氧化物存在下與溴反應(yīng)，生成53％的重排產(chǎn)物（BrCCl2CHClCH2Br）。</p><p>　　53%這主要是由于二氯烷基自由基比較穩(wěn)定。</p><p><b>　　5 結(jié)論</b></p><p>　　本文對(duì)重排反應(yīng)進(jìn)行系統(tǒng)及詳細(xì)的研究，不僅對(duì)化學(xué)化工過程可持續(xù)發(fā)展有著極為重要的理論意義，而且也有很高的實(shí)用

67、價(jià)值。由于缺乏經(jīng)驗(yàn)，以及查到的資料欠缺，對(duì)重排反應(yīng)的研究有待進(jìn)一步的研究。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 彭曉霞, 劉志良. 頻哪醇重排反應(yīng)的研究進(jìn)展[J]. 化學(xué)通報(bào), 2011,74(9):810-815.</p><p>　　[2] 陳中元. 頻吶醇和反頻吶醇轉(zhuǎn)為重排反應(yīng)的研究[J]. 貴州

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