什么？从分子变化到四大关键特征解析就是重排反应

重排指某种化合物在试剂、温度或其他因素的影响下，发生分子中某些基团的转移或分子内碳原子骨架的改变的过程。分子重排反应就是化学键的断裂和形成发生在同一分子中，引起组成分子的原子的配置方式发生改变，从而形成组成相同、结构不同的新分子的反应。

重排反应中键的断裂和形成的方式有异裂、均裂和环状过渡态三种。

一般重排反应具有以下的特点：

①分子内转移：重排反应通常发生在单一分子内，不涉及其他分子的参与。

②同分异构化：产物的分子式和反应物一致，但结构不同。

③中间体参与：许多重排反应经过碳正离子、自由基或碳负离子等中间体。

④反应驱动力：一般由更高的稳定性（如形成更稳定的碳正离子或更低的环张力）或更有利的共振结构驱动。

（1） 频哪醇重排（Pinacol Rearrangement）

邻二醇在酸的作用下发生重排生成酮的反应称为频哪醇重排。

图源：摩熵化学（MolAid）

反应特点为:

• 底物范围：几乎所有的邻二醇（无论是环状还是非环体系）都许可在酸性条件下发生重排反应。
• 产物特性：要是取代基全同，产物唯一；若取代基不同，则产物为混合物。
• 反应机理：通过形成稳定的碳正离子生成最终产物，反应具有高度的区域选择性和立体选择性，特别是在环状体系中。
• 迁移趋势：能稳定碳正离子的基团（电子给体）优先迁移，迁移顺序为：芳基 ~ H ~ 烯基 > 叔丁基 >> 环丙基 > 二级烷基 > 一级烷基。取代芳基的迁移顺序依次为：p-MeO-Ar > p-Me-Ar > p-Cl-Ar > p-Br-Ar > p-O₂N-Ar。若迁移基团为手性，其手性保持不变。
• 环状体系特性：反应可能通过扩环或缩环的方式完成，且迁移基团需处于离去羟基的反位方能取得较好收率。
• 酸性条件：典型酸性条件包括25%硫酸水溶液、高氯酸、磷酸及路易斯酸（如BF₃、TMSOTf）。
• 局限性：反应存在一些不足，如复杂邻二醇底物难以制备，产物易为混合物；可能发生β-消除生成烯烃副产物；碳正离子中间体存在平衡；环状体系中构型及邻基参与效应增加反应复杂性。

Pinacol Rearrangement反应机理|图源：摩熵化学（MolAid）

反应示例：

【1】Journal of the Iranian Chemical Society, 2019, vol. 16, # 5, p. 1029 - 1040

【2】Journal of Catalysis, 2010 , vol. 270, # 1 p. 196 - 205

图源：摩熵化学（MolAid）

（2） 异丙苯氧化重排（Hock Fragmentation/Rearrangement）

该法以丙烯和苯为起始原料，首先苯和丙烯在三氯化铝的作用下，产生异丙苯，异丙苯三级碳原子上的氢比较活泼，在空气的直接作用下，氧化生成过氧化物，过氧化物在酸的作用下，失去一分子水，形成一个氧正离子，苯环带着一对电子转移到氧上，发生所谓的缺少电子的氧所引起的重排反应，得到“碳正”离子，“碳正”离子再和水结合，去质子分解成丙酮及苯酚。由异丙苯经氧化、重排直至生成丙酮及苯酚的过程称为异丙苯的氧化重排。

Hock Rearrangement反应机理|图源：摩熵化学（MolAid）

（3） 贝克曼重排（Beckmann Rearrangement）

酮肟在酸性催化剂的作用下重排成酰胺的反应称为贝克曼重排。常用的重排试剂有硫酸、五氯化磷、贝克曼试剂（氯化氢在乙酸-乙酸酐中的溶液）、多聚磷酸和某些酰卤等。

图源：摩熵化学（MolAid）

在酸作用下，肟开始发生质子化，然后脱去一分子水，同时与羟基处于反位的基团迁移到缺电子的氮原子上，烷基的迁移并推走羟基形成氰基，然后该中间体被水解得到酰胺。在酮肟分子中发生迁移的烃基与离去基团（羟基）互为反位。在迁移过程中迁移碳原子的构型保持不变。

Beckmann Rearrangement反应机理|图源：摩熵化学（MolAid）

根据产物推断得出离去基团与迁移基团处于反式构型。基团的离去与迁移是同步进行的，避免生成氮正离子中间体，从而形成单一产物。此外，迁移基团在迁移过程中保持构型不变，该反应可用于制备取代酰胺、伯胺和氨基酸等化合物。

反应示例：

【1】Organic Letters, 2001 , vol. 3, # 2 p. 311 - 312

【2】Synlett, 2010 , # 13 p. 2019 - 2023

图源：摩熵化学（MolAid）

（4） 法沃斯基重排（Favorskii Rearrangement）

在醇钠或氢氧化钠或氨基钠等碱性催化剂存在下，α-卤代酮（氯代酮或溴代酮）失去卤原子，重排成具有相同碳原子的羧酸酯、羧酸、酰胺的反应。

图源：摩熵化学（MolAid）

第一步，碱使α-卤代酮生成烯醇负离子，负离子进攻溴连接的碳原子，溴离子离去，形成环丙酮中间体；第二步，碱对环丙酮的羰基碳进行亲核加成，形成四面体中间体并引发基团迁移（三元环开环），生成羧酸的β-碳负离子，最终质子化得到羧酸产物。

Favorskii Rearrangement反应机理|图源：摩熵化学（MolAid）

反应示例：

【1】Justus Liebigs Annalen der Chemie, 1918 , vol. 417, p. 267

【2】Chemistry--A European Journal, 2007 , vol. 13, # 20 p. 5688 - 5712

图源：摩熵化学（MolAid）

（5） 拜耳-魏立格氧化重排（Baeyer-Villiger Oxidation）

酮类化合物被过酸氧化，与羰基直接相连的碳链断裂，插入一个氧形成酯的反应称为拜耳-魏立格（Baeyer-Villiger)氧化重排。

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（产生的过酸立即反应）

Baeyer-Villiger Ketone Oxidation反应机理|图源：摩熵化学（MolAid）

（6） 霍夫曼重排（Hofmann Degradation/Rearrangement）

酰胺与次卤酸盐的碱溶液(或卤素的氢氧化钠溶液)作用时，放出二氧化碳，生成比酰胺少一个碳原子的一级胺的反应。

图源：摩熵化学（MolAid）

反应机理：

1）酰胺卤代，得到N-卤代酰胺的中间体；

2）在碱的作用下，脱去卤化氢，得到一个缺电子的氮原子的中间体（酰基氮烯），容易发生重排；

3）碳基碳原子相连的烷基带着一对电子重排到氮原子上，同时离去溴负离子，生成异氰酸酯；

4） 异氰酸酯分子中具有累积双键，在碱性条件下水解，脱去二氧化碳生成少一个碳原子的伯胺。

Hofmann Rearrangement反应机理|图源：摩熵化学（MolAid）

反应示例：

【1】Journal of Medicinal Chemistry, 2007 , vol. 50, # 24 p. 6265 - 6273

【2】Journal of Medicinal Chemistry, 2007 , vol. 50, # 24 p. 6265 - 6273

图源：摩熵化学（MolAid）

（7）二苯乙醇酸重排（Benzilic Acid Rearrangement）

α-二酮在浓碱作用下发生重排，生成二苯乙醇酸的重排反应称为二苯乙醇酸重排。

图源：摩熵化学（MolAid）

反应机理：

二苯乙醇酸重排是不可逆的过程。机理的第一步是在亲核试剂（HO-，醇盐或氨基离子）对C=O键的加成，得到四面体中间体。下一步是芳基或烷基迁移，形成相应的羟基盐，最终经酸处理，即可得到二苯乙醇酸。

Benzilic Acid Rearrangement反应机理|图源：摩熵化学（MolAid）

反应的一般特性：

这个反应允许在脂肪族和芳香族的α-二酮和α-酮醛。

通常二芳基二酮会以优异的产率进行Benzilic acid重排，但由于竞争性的醛醇缩合反应，具有可烯化的质子的脂肪族二酮产率较低。

环二酮在该反应条件下，会发生缩环Benzilic acid重排；

当用醇盐或酰胺阴离子代替羟基时，会形成相应的酯和酰胺，该过程称为二苯乙醇酸酯重排(benzilic ester rearrangement)；

无用的，因为这些物质会将α-二酮还原为相应的α-羟基酮；就是容易被氧化的醇类化合物（如乙氧基或异丙氧基)，在该重排反应中

芳基往往比烷基迁移得更快；

当有两个不同的芳基时，其主要产物通常是具有更强吸电子基团的芳香环的迁移。

反应示例：

【1】Bulletin des Societes Chimiques Belges, 1981 , vol. 90, # 3 p. 247 - 254

【2】Farmaco, 1992 , vol. 47, # 9 p. 1133 - 1147

图源：摩熵化学（MolAid）

（8） 克莱森重排（Claisen rearrangement)

烯丙基芳基醚在高温下行重排为邻烯丙基酚或对烯丙基酚，这称为克莱森重排。

图源：摩熵化学（MolAid）

反应机理：

该反应是一类要紧的有机周环反应，为协同反应机理（[3,3]-σ 迁移），先形成六元环过渡态，然后氧原子上的烯丙基通过环状过渡态迁移至苯环（芳香族）或另一双键碳（脂肪族）。键的断裂与形成同步进行，无中间体生成。

Claisen重排、Eschenmoser-Claisen重排、Johnson-Claisen重排、Ireland-Claisen重排都属于[3,3]-σ重排的同一类协同效应。

Claisen Rearrangement：

Eschenmoser-Claisen Rearrangement：

Johnson-Claisen Rearrangement：

Ireland-Claisen Rearrangement：

上述反应机理图片小编都是在摩熵化学看的哦，有感兴趣的小伙伴能够自行查看，摩熵化学设有专门的“人名反应”板块。不仅提供反应文字描述，更常包含反应机理图示和相关示例，示例包括反应描述和参考文献，可了解到最新研究文献和应用进展。

关于“重排反应”的总结就到这里啦，希望对你有所帮助~

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