頻哪醇重排(pinacol rearrangement)是指鄰二醇在酸催化下脫水並發生取代基重排生成羰基化合物的反應。這一類反應由於頻哪醇(2,3-二甲基-2,3-丁二醇)轉換為頻哪酮(3,3-二甲基-2-丁酮)的反應最具代表性,因而得名。反應的關鍵步驟是乙個碳正離子的1,2-重排,是最具代表性的碳正離子重排的反應例項。
1 反應機理
pinacol重排可能有兩種反應機理:以碳正離子為中間體的分步機理、基團離去與基團遷移同時發生的協同機理。
(1) 分步機理
(2) 協同機理
兩種反應機理判定依據如下:
(a) 強酸條件下,碳正離子的壽命長,因此一般是分布機理。
(b) 離去基團離去所形成的碳正離子能量高,則一般是協同機理。
(c) 1,2-烷基遷移後所得的碳正離子特別穩定,則一般是協同機理。
(d) 遷移基團剛好與離去基團反式共平面,則一般是協同機理。
2 基團遷移能力
酸催化頻哪醇重排反應中,脫任何乙個羥基所得碳正離子相同時,生成何種產物取決於r和r1的遷移能力。例如下圖所示反應中遷移能力:苯基 > 甲基(芳基 > 烷基),因為芳基比烷基的給電子能力更強(親核能力更強)。
取代基對於苯環的遷移能力也有較大的影響:(1) 取代基x處於對位或間位:x為供電基 > x為吸電基;(2) x處於鄰位:由於空間位阻,使芳基遷移能力下降。常見取代基的遷移能力大小見下圖。
例項1
以下pinacol 重排只生成甲基遷移產物,為什麼?
具有對稱結構的鄰二醇才有基團遷移選擇性的問題。如是不對稱的二元醇(上圖所示反應),重排方向主要取決於脫羥基後所生成的碳正離子的穩定性,通常與基團的遷移能力無關。
例項2
如何解釋以下反應結果?
頻哪醇重排的基團遷移需要滿足反式共平面原則,即遷移基團和離去基團必須反式共平面。
若兩個羥基處於同一環上,離去基團(
oh2+ )與遷移基團互成反式有利於遷移。處於離去基團
oh2+ 反式的甲基遷移,協同機理。
處於oh2
+ 反式的環上的
s 鍵遷移,導致縮環。
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