克莱森重排

克莱森重排，英文名 Claisen Rearrangement，是脂肪族或芳香族的烯丙基乙烯基醚或烯丙基芳基醚在加热条件下发生的、属于[3,3]-σ迁移反应的周环反应。该反应以德国化学家路德维希·克莱森于1912年的发现而命名。它是构建碳-碳键的强有力工具，特别是用于在分子中引入烯丙基和合成γ,δ-不饱和羰基化合物。

核心概述

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：

烯丙基乙烯基醚 → γ,δ-不饱和羰基化合物
或
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

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。

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。

• 反应式：

  $$\mathrm{R}{\phantom{}}_1\phantom{}\text{-}\text{-}\text{-}\mathrm{O}\phantom{}\text{-}\text{-}\text{-}\mathrm{C}\mathrm{H}{\phantom{}}_2-\mathrm{C}\mathrm{H}=\mathrm{C}\mathrm{H}{\phantom{}}_2\stackrel{\mathrm{\Delta }}{\to }\mathrm{R}{\phantom{}}_1\phantom{}\text{-}\text{-}\text{-}\mathrm{C}(-[::60]\mathrm{C}\mathrm{H}{\phantom{}}_2)-\mathrm{C}\mathrm{H}=\mathrm{C}\mathrm{H}{\phantom{}}_2$$

  （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

指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。

• 反应式（邻位重排）：

  $$\mathrm{A}\mathrm{r}-\mathrm{O}-\mathrm{C}\mathrm{H}{\phantom{}}_2-\mathrm{C}\mathrm{H}=\mathrm{C}\mathrm{H}{\phantom{}}_2\stackrel{\mathrm{\Delta }}{\to }\mathrm{A}\mathrm{r}-\mathrm{O}\mathrm{H}$$

  （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

指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。

• 反应式：

  $$\mathrm{R}{\phantom{}}_2\mathrm{N}-\mathrm{C}\mathrm{H}=\mathrm{C}\mathrm{H}-\mathrm{O}-\mathrm{C}\mathrm{H}{\phantom{}}_2-\mathrm{C}\mathrm{H}=\mathrm{C}\mathrm{H}{\phantom{}}_2\stackrel{\mathrm{\Delta }}{\to }\mathrm{R}{\phantom{}}_2\mathrm{N}-\mathrm{C}(-[::60]\mathrm{C}\mathrm{H}{\phantom{}}_2)-\mathrm{C}\mathrm{H}=\mathrm{C}\mathrm{H}{\phantom{}}_2$$

反应特点与条件

表格宽度设定：此表格宽度会自动适应页面布局。

在有机合成中的应用

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：

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

• 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。

参考文献

1. 原始文献：Claisen, L. Über die Umlagerung der Phenol-allyläther in C-Allyl-phenole. Ber. Dtsch. Chem. Ges. 1912, *45*, 3157–3166. (奠基性工作).

2. 机理与综述：Ziegler, F. E. The Thermal, Aliphatic Claisen Rearrangement. Chem. Rev. 1988, *88* (8), 1423–1452. (关于脂肪族克莱森重排的权威综述).

3. 芳香族重排：Nubbemeyer, U. Recent Advances in Asymmetric Claisen Rearrangements. Synthesis 2003, *2003* (07), 0961–1008. (涵盖了现代不对称催化进展).

4. 合成应用（专著章节）：Kurti, L.; Czakó, B. Strategic Applications of Named Reactions in Organic Synthesis; Elsevier Academic Press, 2005. (第88-89页，以合成视角清晰解析).

5. 水相与催化重排：Grieco, P. A. Organic Chemistry in Aqueous Media: The Claisen Rearrangement. Aldrichimica Acta 1991, *24* (3), 59–66. (介绍了水相反应等新介质).