半频哪醇重排—有机反应机理系列40

当频哪醇中的一个羟基被较好的离去基团（如-Cl，-Br，-I，-OTs，-OMs，-SH）取代时，或者叔醇邻位是双键、环氧或者羰基时，其在一定条件下也可以产生碳正离子，然后重排生成对应的酮（醛），且重排反应能够达到很好的区域选择性，这类反应被称为半频哪醇重排（Semipinacol rearrangement）。正因为该反应的反应条件温和以及产物构型可以预测，使得该反应在复杂的有机分子合成中被广泛应用。

1 Tiffeneau（蒂芬欧）扩环

1937年，Tiffeneau、Weill 和 Tchoubar 发现1-氨甲基环己醇用亚硝酸处理时，可很快重排为环庚酮。此反应适用于制 C₅～C₉ 环，尤其是 C₅～C₇ 的环酮。其反应机理如下图所示：首先氨基重氮化，所得重氮盐脱一分子氮气形成碳正离子中间体。碳正离子经1,2-烷基迁移生成更稳定的叔碳正离子，最后脱质子生成最终的环己酮。

反应底物可由相应的环酮与氰化氢加成后再还原得到，因此该反应是从低级环酮合成多一个碳的高级环酮的一种方法。通过硝基甲烷的加成和硝基还原也可实现扩环。

2 烯丙醇的半频哪醇重排反应

烯丙醇的半频哪重排反应是一类非常实用的反应，利用这个反应可以构建很多有用的季碳结构单元。过去几十年，有机化学家很好地发展了这个反应，不仅发展了很多种不同的亲电试剂来促进该反应而且利用手性催化剂也很好地实现了一些不对称形式的该类反应。此外，有机化学家利用这个反应作为关键步骤成功地合成很多天然产物。

其反应机理如下图所示：

下图中的反应为什么H⁺一定加成到仲碳位？因为加成后形成的叔碳正离子更稳定。

3 2,3-环氧醇的半频哪醇重排反应

（Chem.Rev. 2011, 111, 7523–7556, doi: 10.1021/cr200055g）

在这种情况下，亲电子碳中心可以是环氧乙烷的任何一个碳，并且迁移是由酸促进的环氧化物开环驱动的。根据底物的结构特征和反应条件，对于2,3-环氧醇的重排有以上四种可能的反应路径：

如下图抗癌药物Ingenol的全合成步骤即为环氧醇的1,2-重排。

(J. Am. Chem. Soc. 2003, 125, 6, 1498–1500, doi: org/10.1021/ja029226n)

4 叔α-羟基酮（亚胺）的半频哪醇重排反应

该反应也被称为“acyloin重排”或“ α-酮醇重排”。因为叔α-羟基酮和亚胺不可能进行烯醇化/质子化，所以迁移基团向羰基或亚胺基的亲电子碳中心的1,2-迁移是该反应的关键步骤。如下图所示的Oltra串联跨环环化和向氧桥萜类化合物的环收缩过程包含了一步α-酮醇重排（Chem. Rev. 2011, 111, 7523–7556, doi: 10.1021/cr200055g）。