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克莱森重排

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核心概述编辑本段

基本定义

克莱森重排是一个协同的、分子内的重排反应,其通式可表示为:

ADFASDFAF23RQ23R

烯丙基乙烯基醚 → γ,δ-不饱和羰基化合物

烯丙基芳基醚 → 邻位或对位烯丙基酚
  • 协同过程:化学键的断裂和形成同时发生,不产生经典的离子或自由基中间体
  • [3,3]-σ迁移:反应涉及一个六元环状过渡态,其中两个π体系(各含3个原子)重组,导致烯丙基从一个杂原子(氧)迁移到碳原子上。

主要类型与机理编辑本段

克莱森重排主要有以下几种类型,其机理核心均为六元环状过渡态。

ADFASDFAF23RQ23R

1. 脂肪族克莱森重排

这是最经典的形式,指烯丙基乙烯基醚重排为γ,δ-不饱和醛或酮

ADFASDFAF23RQ23R

  • 反应式
    R1—O—CH2—CH=CH2Δ R1—C(=O)—CH2—CH=CH2(其中 R1 通常为氢或烷基,产物为醛或酮)
  • 机理:通过一个高度有序的椅式环状过渡态,烯丙基从氧原子迁移到烯碳上,同时双键发生移位。如果R是氢,产物为不饱和醛;如果R是烷基,则为不饱和酮。

2. 芳香族克莱森重排

烯丙基芳基醚重排为邻位烯丙基酚。若邻位被占据,则会进一步发生二次重排(科普重排)至对位。 ADFASDFAF23RQ23R

  • 反应式(邻位重排)
    Ar—O—CH2—CH=CH2Δ Ar—OH(产物为邻烯丙基苯酚)
  • 机理与“反常”的邻位选择性:尽管烯丙基是邻对位定位基,克莱森重排具有专一的邻位选择性。这是因为反应是通过周环机理而非亲电取代进行的。对位产物通常来源于邻位产物在高温下的[3,3]或[3,5]二次重排(科普重排)。

3. 埃申莫塞尔-克莱森重排

烯丙基乙烯基醚的氮类似物(即烯丙基烯胺或酰胺)重排为γ,δ-不饱和酰胺的反应,是合成含氮杂环的重要方法。

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  • 反应式
    R2N—CH=CH—O—CH2—CH=CH2Δ R2N—C(=O)—CH2—CH=CH2

反应特点与条件编辑本段

项目详细信息
反应条件通常需要加热,温度范围在 150°C - 250°C脂肪族体系通常需要更高温度。
立体选择性高度立体专一性:过渡态中手性中心构型保持,并转移到新形成的手性中心上(“手性转移”)。
区域选择性芳香族体系主要生成邻位产物
催化经典反应无需酸碱催化剂。但路易斯酸过渡金属催化剂可显著降低反应温度。在水或极性溶剂中进行的反应被称为 “水相克莱森重排”
底物制备烯丙基乙烯基醚不稳定,常需原位制备,方法包括: ADFASDFAF23RQ23R
1. 丙醇与强碱(如LDA)处理酮
2. 过渡金属催化炔烃与烯丙醇的加成
3. 约翰逊-克莱森重排:从醛和原酸酯制备。

在有机合成中的应用编辑本段

克莱森重排是合成复杂天然产物和药物分子的关键步骤,主要用于: ADSFAEQWER353423413434

  1. 碳骨架构建:高效形成新的碳-碳键,扩展分子链。
  2. 引入官能团:生成含有醛、酮、酯、酰胺等官能团的不饱和片段
  3. 立体控制合成:利用其优秀的立体专一性,精确构建具有特定立体构型的手性中心。
  4. 串联反应:常与其他反应(如烯烃复分解、Diels-Alder反应)串联,快速构建多环体系。
    • 经典串联:克莱森重排 → 羰基-烯反应(Cope重排)。

代表性实例编辑本段

  • 从香豆素合成天然产物:许多香豆素类天然产物的合成依赖于烯丙基醚的克莱森重排来构建苯并吡喃环系。
  • (-)-Shikimic Acid的合成:在奎宁酸向莽草酸的转化中,应用了埃申莫塞尔-克莱森重排。
  • 维生素D类似物的合成:通过克莱森重排构建其核心的共轭三烯骨架。

参考资料编辑本段

  • Claisen, L. Über die Umlagerung der Phenol-allyläther in C-Allyl-phenole. Ber. Dtsch. Chem. Ges. 1912, 45, 3157–3166.
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  • Nubbemeyer, U. Recent Advances in Asymmetric Claisen Rearrangements. Synthesis 2003, 2003 (07), 0961–1008.
  • Kurti, L.; Czakó, B. Strategic Applications of Named Reactions in Organic Synthesis; Elsevier Academic Press, 2005.
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  • Wipf, P.; Jung, J.-K. Formal Total Synthesis of (+)-Diepoxinone by Tandem Claisen Rearrangement and Ring-Closing Metathesis. J. Org. Chem. 2000, 65 (20), 6319–6337.
  • Gajewski, J. J. The Claisen Rearrangement. In The Claisen Rearrangement; Wiley-VCH, 2007; pp 1–34.
  • 赵玉芬, 赵国辉. 有机合成中的克莱森重排反应. 化学进展 2005, 17 (5), 637–645.

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