Cope（科普）重排反应机理详解！

有机人名反应
Cope重排

摩熵化学 04/15

Cope（柯普）重排是1,5-二烯类化合物受热时可重排成新的1,5-二烯类化合物，类似于O-烯丙基重排（Claisen重排），为C-烯丙基的重排反应。

Cope重排、含氧Cope重排和负离子含氧Cope重排都属于σ重排一类协同反应。1,5-二烯在150~200°C单独加热短时间就容易发生重排，并且产率非常好。

Cope重排由Cope和Hardy在1940年首次报道。它是通过高度立体选择性的[3,3]对称重排实现1,5-二烯的热异构化，生成更稳定的1,5-二烯。Cope重排主要是通过热激活，现在的研究也表明其可通过光、酸、酶或者铟原子介导。

自1940年以来，Cope重排和它的变体已经被广泛地探索，经过多年的发展，衍生出了许多杂原子参与的反应，包括氨基-Cope（amino-Cope）重排，氮杂-Cope（aza-Cope）重排，重氮-Cope（diaza-Cope）重排，氧-Cope（oxy-Cope）重排，硅-Cope（sila-Cope）重排，硫-Cope（thio-Cope）重排，等等。其中oxy-Cope重排使用强碱如KH处理时，相较于普通的反应快1010–1017倍。

文献： Cope, A. C. and Hardy, E. M., J. Am. Chem. Soc., 1940, 62, 441.

反应定义

Thermal [3,3]-sigmatropic rearrangement of 1,5-dienes

反应机理

Cope重排属于周环反应，它和其它周环反应的特点一样，具有高度的立体选择性。Cope重排是[3,3]- σ迁移反应，反应过程是经过一个六元环状过渡态进行的协同反应。在立体化学上，表现为经过椅式环状过渡态。

在天然产物合成中Cope重排常用于合成中等大小的环结构单元。反应的过渡态优先考虑椅式过渡态，只有当环结构特殊或大位阻集团不能同时处在平伏键时才采用船式过渡态或者扭船式过渡态。

反应特点：

1）该反应是一个可逆反应，这是由于分子中键的类型与数目并没有发生变化

2）当产物热力学更稳定时（重排后取代增加，或者共轭结构更稳定等），则反应倾向于生成产物方向

3）反应经历椅形过渡态，因此该反应表现出立体特性性和立体选择性

4）在无环二烯中诱导Cope重排所需的典型温度为150-260 ℃；如果二烯在C3或C4位置被取代;二烯是循环的，消除了环应变;或过渡金属配合物催化Cope重排，则所需温度显著降低

5）Cope重排不仅可以被热激活，光化学，酸、抗体或酶，也可以催化该反应进行

合成应用

通过利用有顺序的环丁二烯环加成,烯烃开环和 Cope 重排,M.L.Snapper实验室成功地完成了可有选择合成对映体的(+)-和(-)-asteriscanolide 的全合成。在乙烯气氛中起始环状化合物在 Grubbs 催化剂作用下产生乙烯基环丁烷中间体,选择性开环得三取代的环丁烯。该乙烯基环丁烷中间体随后经历了 Cope 重排,在温和条件下得到8元化合物(+)-asteriscanolide。

图片来源：人名反应的战略性应用

H.M.L. Daviesetal 认为在(±)-tremulenolide A 的全合成中,关键的一步是 Cope 重排的乙烯基环戊烷中间体。乙烯基环戊烷中间体由铑立体选择性催化己二烯和环戊烷反应得到的。通常乙烯基环戊烷的Cope 重排在室温或低于室温发生。在此情况下，以拥挤船为过渡态的重排需要较高的条件是必要的。在 140℃Kugelrohr 蒸馏以单一区域异构获得产率是 49%的产品环庚烯。

图片来源：人名反应的战略性应用

T. Hudlicky 和合作者用Diels-Alder 加成和 Cope 重排制得了(-)-吗啡nonaromatic 部分，它成生的核心包含在三环体系中,有趣的是初步的 Diels-Alder加成甚至在苛刻的条件下也不经过 Cope 重排。然而,当羟基被氧化成相应的酮时，[3,3]-迁移转变发生在 250℃密封管。动力反应生成a,B-不饱和酮。