Wolff rearrangement | 重氮酮至烯酮的重排


定义

α-重氮酮重排成烯酮,就被称为Wolff rearrangement(沃尔夫重排)。

反应通式

起源与发展

1902年,L. Wolff在研究氧化银-重氮酮的化学过程中发现,在氧化银和水的作用下,重氮苯乙酮会重新排列形成苯乙酸。当反应介质为氨水时,会形成苯乙酰胺。几年后,G. Schröter在一项独立的研究中发表了类似的发现,但由于缺乏制备α-重氮酮的通用方法,在接下来的30年里,该反应的研究几乎停滞。
最早发表:Wolff, L. Ann. 1912, 394, 23−108.
Johann Ludwig Wolff(约翰·路德维希·沃尔夫,1857-1919),1882年在斯特拉斯堡师从菲蒂格(Fittig)获得博士学位,后来成为一名讲师。1891年,沃尔夫加入了耶拿学院,在那里他与克诺尔(Knorr)共事了27年。
后来,研究发现α-重氮酮底物的制备方法有以下几种:
1)在室温或更低的温度下,一个酰基卤化物或酸酐在乙醚或DCM溶液中,与两个当量的重氮甲烷反应(Arndt-Eistert同系化);然而,更高的重氮烷烃参与反应只需要一个当量,由于存在氮偶联的竞争,低温是必要的;
2)通过Dakin-West反应制备的N-酰基-甲氧基酮,依次用N2O3和甲醇钠在甲醇中处理,可以制得二级α-重氮酮;
3)在碱的存在下,重氮基从有机叠氮(如对甲苯叠氮)转移到含有活泼亚甲基的底物(如β-酮酯或β-酮腈)[Regitz(雷吉兹)重氮转移];
4)以酮类为原料,在邻位引入甲酰基,通过Claisen反应合成简单的重氮单酮,然后用对甲苯磺酰基叠氮和叔胺处理得到的邻位甲酰衍生物(变性重氮转移);
5)氯胺氧化邻酮肟;
6)氢氧化物辅助分解对甲苯磺酰基腙化合物

反应的一般特征

1)反应可以由热、光或过渡金属催化引发;

2)不经常使用热条件,因为脆弱的底物可能降解,副反应增加(例如,重氮基直发生取代反应而不是重排);

3)与热过程相比,使用过渡金属配合物不仅大大减少所需的反应温度,也改变了α-酮碳烯中间体的反应性,形成的更低活性低金属碳烯复合物(Rh-和Pd-复合物通常阻止沃尔夫重排的发生);

4)新鲜制备的氧化银(I)或苯甲酸银(I)最适合该反应;

5)光化学活化很方便,即使在低温下也会发生,但如果产品是光固化的,就会有问题;

6)如果迁移基团有立体中心,迁移后立体化学保持不变(净构型保持不变);

7)烯酮产物是亲电的,可与各种亲核试剂反应,也可与烯烃发生[2+2]环加成反应;

8)环重氮酮可以进行缩环,该工艺非常适合于制备张力环体系;

9)不饱和重偶氮酮经过连续的沃尔夫重排得到骨架重排,不饱和酯(可替代克莱森型重排);

10)由于α-重氮类化合物是非常活跃的化合物,通过仔细筛选反应条件,许多副反应是可以避免或最小化的。

机理

重氮酮可以发生互变异构,在适宜条件下,脱去氮气,生成卡宾中间体,卡宾中间体可能存在氧杂环乙烯过渡态,最后经过[1,2]迁移重排,得到酮碳烯。

反应实例

1) 100 Years of the Wolff Rearrangement

2002年,发表在EurJOC上的一篇综述,讲述了Wolff重排反应发展一百年来的历史与研究进展。

2) DOI: 10.1021/acs.orglett.9b03227

  • Zhi-Yong Han等人通过Wolff重排反应,合成来多种手性的羧酸酯。


3) DOI: 10.1021/jp108690n


4) DOI: 10.1039/D0SC01011A

简单高效地制备手性大环多醚化合物,该成果发表在Chem. Sci.

5) DIO: 10.1021/acs.chemrev.5b00121

α‑重氮化合物用于现代有机合成的一篇综述。

评述

Wolff rearrangement (沃尔夫重排反应)发现已有一百多年,虽然发现之后一段时间研究有所停滞,但是自多种制备重氮酮的方法开发后,该反应在有机化学(天然产物、杂环化合物、全合成)等领域得到了深远的发展。如今,仍是非常重要的人名反应。

参考

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