下载文档原格式
贝克曼重排1. 背景贝克曼重排（Beckmann Rearrangement）是有机化学中一种重要的反应，以德国化学家Ernst Otto Beckmann的名字命名。
该反应可将胺腙（Amide Oxime）转化为相应的酰胺（Amide）或肟（Oxime）转化为相应的酮（Ketone），反应通常在酸性条件下进行。
贝克曼重排在有机合成中具有广泛的应用，因此对该反应的研究非常重要。
2. 反应机理贝克曼重排反应的机理如下：1.首先，酸性条件下，负电荷的氧原子攻击羰基碳，生成一个离子型的中间体。
2.离子中间体经过重排，重新排列原子，形成贝克曼重排产物。
3.最后，质子化产物使其中的阴离子中间体离去，生成目标酰胺或酮。
反应机理简化表达为以下步骤：beckmann rearrangement mechanismbeckmann rearrangement mechanism3. 应用示例3.1. 合成酰胺贝克曼重排反应可用于将胺腙转化为相应的酰胺。
以下是一个示例反应：H3C-C(=O)NHOH -> H3C-C(=O)NH23.2. 合成酮贝克曼重排反应也可用于将肟转化为相应的酮。
以下是一个示例反应：CH3-C(=O)NHOH -> CH3-C(=O)-CH34. 影响因素贝克曼重排反应的速率和产率受多种因素的影响，包括但不限于：•温度：通常，反应在较高温度下进行，因为贝克曼重排反应是一个热力学过程。
•酸性：由于反应是在酸性条件下进行的，酸性的选择和浓度会影响反应的速率和产率。
•反应物浓度：反应物浓度的变化也会影响反应的速率和产率。
5. 结论贝克曼重排是一种重要的有机化学反应，可用于合成酰胺和酮。
该反应具有广泛的应用领域，如药物合成和材料科学等。
了解贝克曼重排的反应机理和影响因素对于优化反应条件和提高反应产率至关重要。
进一步的研究可以探索更多应用领域和改进该反应的方法。
参考文献[1] Beckmann, E. (1886).。
11.1PEG-OSO3H的制备将PEG-6000 溶于适量的二氯甲烷中，然后在冰浴下边搅拌边滴入氯磺酸（10倍过量于PEG-6000）的二氯甲烷溶液，约60 min滴加完毕，冰浴搅拌2 h，升温至室温后搅拌24 h，反应完毕后蒸馏出部分二氯甲烷，冷却，将反应液倒入冷的乙醚中，有白色沉淀PEG-OSO3H析出，冷冻，抽滤，最后用乙醚洗涤三次，自然风干。
1.2PEG-OSO3H催化Beckmann重排反应将5 mL的乙腈加入50 mL的圆底烧瓶中，再加入苯乙酮肟（270 mg，2 mmol），然后加热升温到65 ℃,再加入PEG-OSO3H(0.6 mmol, 3.66 g)约1 min 加完，升温回流约5 小时，经TLC检测反应完毕后减压蒸馏出乙腈，冷却到室温，倒入适量乙醚搅拌，PEG-OSO3H沉淀析出，抽滤后蒸馏出乙醚即得粗产品乙酰苯胺，粗产品经柱层析或重结晶后得到纯品。
在相同的条件下，用PEG-OSO3H催化醛肟脱水生成相应的腈。
产物的熔点值都与文献值基本一致，目标化合物经IR和1H NMR表征也和真实样品基本吻合。
1.3PEG-400/对甲苯磺酸体系催化Beckmann 重排反应在50 mL烧瓶中加入PEG-400(4 mL, 4.5 g, 10.8 mmol)，后加入二苯甲酮肟(395 mg，2mmol)搅拌油浴升温到65℃，加入对甲苯磺酸(220 mg，1.3 mmol)，然后，将烧瓶油浴加热至115℃，恒温搅拌6 h，经TLC跟踪检测，反应完毕后冷却，加入氢氧化钠约1.1 mmol，然后加入冰水40 mL，产物即以白色沉淀析出，抽滤。
粗产品经柱层析或重结晶后得纯品。
在相同的条件下，对甲苯磺酸催化醛肟脱水生成相应的腈。
产物的熔点值都与文献值基本一致，目标化合物经IR和1H NMR表征也和真实样品基本吻合。
反应结束后，将反应混合物倒入冰水中，析出沉淀，过滤，水洗，得到产物。
合并滤液，用二氯甲烷萃取，萃取液减压下蒸除二氯甲烷，得到PEG，实验发现，PEG-400 的回收率为85 %左右。
【NR】Beckmannrearrangement贝克曼重排在酸性介质中，醛肟和酮肟转变为相应的酰胺，称为贝克曼重排。
该反应主要用于工业上从环己酮生产己内酰胺，作为生产合成聚酰胺纤维（尼龙66）的单体。
该反应通常在苛刻条件下进行(高温>130°C，大量的强质子酸)，它是非催化的。
1)常用的Bronsted酸有:H2SO4, HCl/Ac2O/AcOH等，这意味着反应中不能使用敏感的底物2)重排的立体化学结果是可以预测的:R基团对氮上的离去基团的反作用力会迁移3)如果肟在反应条件下异构化，就会得到两种可能的酰胺的混合物4)由于氢原子不迁移，因此该方法不能用于双取代酰胺的合成在该机理的第一步中，X基团通过亲电试剂的反应转变为离去基。
处于离去基反位的R基团进行[1,2]-迁移。
生成的碳正离子与亲核试剂(水分子或离去基)发生反应，经过互变异构化后生成酰胺。
1) Rhodium-Catalyzed Beckmann RearrangementOrganic Letters 2001, 3, 2, 311-3122)Cyanuric Chloride as a Mild and Active Beckmann Rearrangement CatalystJournal of the American Chemical Society 2005, 127, 32, 11240-112413)Beckmann Rearrangement of Ketoximes to Lactams by Triphosphazene CatalystThe Journal of Organic Chemistry 2008, 73, 7, 2894-28974)Dichloroimidazolidinedione-Activated Beckmann Rearrangement of Ketoximes for Accessing Amides and LactamsThe Journal of Organic Chemistry 2018, 83, 4, 2040-20495)Beckmann Rearrangement of Oximes under Very Mild ConditionsThe Journal of Organic Chemistry 2002, 67, 17, 6272-6274Beckmann rearrangement最重要的工业应用在于从环己酮生成己内酰胺，这是用于制备聚己二酰己二胺（俗称尼龙66）的单体。
研究报告酮肟Beckmann重排反应在酰胺类化合物合成中的应用研究目录第一章酮肟重排反应最优化条件研究的实验方案 ................................................. - 2 -1.1课题背景、意义及介绍 ....................................................................................... - 2 -1.2实验方案设计 .......................................................................................................... - 2 -1.2.1制备底物肟................................................................................................... - 2 -1.2.2最优离子溶剂的筛选................................................................................ - 3 -1.2.3最优催化剂的筛选 .................................................................................... - 3 -1.2.4最优条件下底物取代基对反应的影响 .............................................. - 3 -1.2.5最优条件下的循环反应........................................................................... - 4 -1.2.6产物的表征测试 ......................................................................................... - 4 -第二章酮肟重排反应最优化条件研究的实验方法与步骤................................... - 5 -2.1实验原料与设备...................................................................................................... - 5 -2.1.1实验原料（如表1）................................................................................. - 5 -2.1.2实验仪器（如表2）................................................................................. - 6 -2.2实验方法与步骤...................................................................................................... - 6 -2.2.1制备底物肟................................................................................................... - 6 -2.2.2最优离子溶剂筛选 .................................................................................... - 8 -2.2.3最优催化剂筛选 ......................................................................................... - 8 -2.2.4最优条件下底物取代基对反应的影响 .............................................. - 8 -2.2.5最优条件下的循环反应........................................................................... - 8 -2.2.6产物的表征测试 ......................................................................................... - 9 -第三章酮肟重排反应最优化条件研究的结果与讨论 ......................................... - 10 -3.1制备底物肟 ............................................................................................................ - 10 -3.2最优离子溶剂筛选.............................................................................................. - 14 -3.3最优催化剂的筛选.............................................................................................. - 15 -3.4 3.4 最优条件下底物取代基对反应的影响 ............................................... - 16 -3.5最优条件下的循环反应 .................................................................................... - 20 -3.6实验结果总结 ....................................................................................................... - 21 -3.7参考文献................................................................................................................. - 22 -第四章附图：...................................................................................................................... - 23 -4.1肟 ............................................................................................................................... - 23 -4.1.1............................................................................................................................ - 23 -4.1.2............................................................................................................................ - 24 -4.2酰胺 .......................................................................................................................... - 26 -4.2.1............................................................................................................................ - 26 -4.2.2............................................................................................................................ - 27 -4.2.3............................................................................................................................ - 28 -4.2.4............................................................................................................................ - 28 -4.2.5............................................................................................................................ - 29 -第一章酮肟重排反应最优化条件研究的实验方案1.1课题背景、意义及介绍酰胺在有机化学和生物化学中是一类非常重要的官能团，因此发展高效和可持续性的方法制备酰胺类化合物具有重要的现实意义。
Beckmann重排制己内酰胺研究进展1886年Beckmann发现五氯化磷与二苯酮肪作用时，生成了苯甲酞苯胺。
他首次提出酮肘能够发生重排反应，他认为重排反应的形式是羟基和肟的烷基之一的移换，所应用的试剂仅是催化剂。
Beckmann重排反应的特点：①分子内协同的亲核同步反应：Beckmann重排是分子内协同的亲核重排反应，其中烃基的迁移与反式位置羟基的离去是同时发生的，是属于同步协同的反应；②手性分子迁移前后的构型保持不变：如果迁移基团为手性碳原子，其迁移后的手性构型保持不变；③烃基的迁移为反位迁移：烃基的迁移是立体专一的，由于迁移的基因只能从羟基背面进攻缺电子的N原子，因此，烃基的迁移为反位迁移；④紫外线照射下，Z式、E式结构互变；⑤芳基比烷基优先迁移。
Beckmann重排反应最初主要用于鉴定生成的酰胺或酰胺的水解产物，测定原来酮肟的结构，随着该反应研究的不断深入，现已广泛应用于有机合成中，合成一系列的有机原料。
该类反应的原子转化率为100%，是原子经济性反应，是绿色化学的首选反应类型之一。
Beckmann重排还可认为是一个较为普遍的反应，它不仅适用于大多数的酮肟及酮肟的衍生物，而且一些α位上有氨基、羟基、羰基或酯基存在的酮肟进行Beckmann重排时，生成的不是酰胺，而是碳碳键断裂后生成的腈、芳醛或芳酸，这样一种类型的Beckmann重排反应称为“第二类Beckmann重排”或“Beckmann 裂解”反应。
Beckmann重排反应的研究有着重要的意义：①对有机化学结构理论的阐明有着积极的作用；②用来确定酮肠和酮的结构；③代替由酸和胺反应制取酸胺的困难，特别是从酸胺再进一步制取。
现今，关于Beckmann重排反应的机理，多数认为是在催化剂(包括酸性催化剂)影响下，肟的氮氧键部分离子化形成缺电子的氮原子，同时位于经基反位的原子团发生分子内转移而形成过渡状态正离子。
重排反应的最初产物为亚胺衍生物，它迅速重排为相应的酰胺。
大 学 化 学Univ. Chem. 2024, 39 (1), 239收稿：2023-06-13；录用：2023-08-15；网络发表：2023-09-01 *通讯作者，Email:****************.cn基金资助：2022浙江农林大学教改项目(SZJY21003)•化学实验•doi: 10.3866/PKU.DXHX202306025Beckmann 重排反应的综合性实验设计与教学应用周建钟，郭明*，陶厚璜，郑泽涛浙江农林大学化学与材料工程学院，杭州 311300摘要：Beckmann 反应是含有羰基的醛、酮与羟胺反应生成有机肟，在催化剂作用下发生重排，在有机合成中具有重要意义。
针对实验教学中有机肟Beckmann 重排反应的实验原理直观性不足、反应机理佐证性欠缺等问题，通过二苯甲酮与盐酸羟胺反应生成二苯甲酮肟，多聚磷酸催化分子重排反应生成苯甲酰基苯胺为案例，交叉运用无机化学、分析化学、仪器分析的知识和实验技能，测定阶段产物和终产物的熔点、红外光谱、核磁共振谱并表征其结构，将宏观理化性质与微观结构相结合，解析和验证反应机理，达到Beckmann 重排反应实验原理直观、反应机理佐证完善的结果，实验的综合设计与交叉创新提升了Beckmann 重排实验的教学效果，并激发学生的创新意识。
本文既可为肟类Beckmann 重排反应的综合性、设计性实验提供借鉴，也可为教材及实验的改进提供有价值的参考。
关键词：Beckmann 重排；实验教学；二苯甲酮肟；反应机理 中图分类号：G64；O6Comprehensive Experimental Design and Teaching Application of Beckmann Rearrangement ReactionJianzhong Zhou, Ming Guo *, Houhuang Tao, Zetao ZhengSchool of Chemical and Material Engineering, Zhejiang A&F University, Hangzhou 311300, China.Abstract: The Beckmann rearrangement, a pivotal reaction wherein carbonyl-rich aldehydes and ketones engage with hydroxylamines to forge organoximes, undergoes a rearrangement in the catalyst's presence and holds significant importance in organic synthesis. Addressing the perceptual gaps in understanding the experimental principles and the insufficient verification of reaction mechanisms during the instruction of Beckmann rearrangement of organoximes, this study utilizes the reaction between benzophenone and hydroxylamine hydrochloride. This reaction results in benzophenone oxime, which undergoes molecular rearrangement catalyzed by polyphosphoric acid to produce benzoyl aniline. This exercise adeptly interweaves elements from inorganic, analytical, and instrumental analysis chemistry, augmenting holistic design and innovative capabilities of students. Employing tools like melting point assessment, infrared spectroscopy, and nuclear magnetic resonance, this study elucidates the nuanced structures of both intermediate and final products. By juxtaposing macroscopic physicochemical attributes with their microscopic counterparts, it robustly deciphers and authenticates the underlying reaction mechanism, enhancing the pedagogical efficacy of the Beckmann rearrangement and kindling innovative sense. This paper can serve as a reference for comprehensive and design-focused experiments on oxime-type Beckmann rearrangements, and also provide valuable insights for the enhancement of teaching materials and experimental procedures.Key Words: Beckmann rearrangement; Laboratory teaching; Benzophenone oxime; Reaction mechanisms脂肪酮和芳香酮都可以与羟胺作用生成肟，肟在酸性催化剂如硫酸、五氯化磷或多聚磷酸作用下发生分子重排生成酰胺的反应称为Beckmann重排。
Beckmann重排反应展开全文肟在酸催化下重排得到酰胺的反应。
各种强质子酸，路易斯酸和各种能与肟羟基形成好的离去基团的化合物（如TsCl，PCl5，TCT等）都可以引发反应。
此反应与Hofmann重排，Schmidt反应和Curtius重排类似，反应中会形成带正电的氮原子, 会发生烷基迁移。
反应机理一、质子酸催化机理肟顺反异构的互变有很高的能垒，反应中首先肟的氧原子质子化，处在反位的烷基迁移到氮原子上，与此同时N-O键断裂，脱水，进而形成氮正离子中间体，加一分子水，脱质子，异构化得到酰胺。
二、PCl5催化机理类似，磷氧化物作为离去基团，引发重排。
底物的离去基团都是反式迁移。
反应实例【Synth. Commun. 2000, 30, 2105-2011】【Synth. Commun. 2001, 31, 2047-2050】【Synthesis, 2002, 1057-1059】【J. Org. Chem., 2002, 67, 6272-6274】【Tetrahedron Lett., 2003, 44, 755-756】【Org. Lett. 2005, 7, 2067-2069】【Synthesis 2006, 2319-2322】【J. Org. Chem., 2007, 72, 4536-4538】【J. Org. Chem., 2008, 73, 2894-2897】【Synthesis, 2010, 3705-3709】【Synthesis, 2010, 1771-1776】【J. Org. Chem., 2010, 75, 1197-1202】【Synlett, 2014, 25, 665-670】【J. Org. Chem., 2018, 83, 2040-2049】【J. Am. Chem. Soc., 2018, 140, 5264-5271】【Synlett, 2018, 29, 1465-1468】【J. Org. Chem., 2018, 83, 13080-13087】【Synthesis, 2019, 51, 3709-3714】【Org. Lett., 2019, 21, 2818-2822】另外有一些非常规的Beckmann重排反应，迁移片段迁移后，可以得到稳定的腈类化合物和稳定的碳正离子，相当于Ritter反应的逆反应。
Beckmann 重排
数据来源：维基百科，自由的百科全书
贝克曼重排反应（Beckmann rearrangement ）是一个由酸催化的重排反应，反应物肟在酸的催化作用下重排为酰胺。
若
起始物为环肟，产物则为内酰胺。
此反应是由德国化学家恩斯特·奥托·贝克曼发现并由此得名[1][2][3]。
试例反应[4]的反应物为环己酮并生成己内酰胺。
因为己内酰胺是制造
尼龙6的重要原料，所以此反应也是贝克曼重排的一个很重要的应用。
贝克曼溶剂被广泛用来催化重排反应，其实际成分为乙酸，盐酸和乙酸酐。
也可以其他种类的酸催化，例如硫酸和
多磷酸。
在实际工业制造酰胺的流程中，通常使用的是硫酸，因为用氨进行中和处理后可以得到硫酸铵，后者是一种重要的化肥，能为土壤提供氮和硫。
目录
∙ 1 反应机理
∙ 2 氰尿酰氯辅助贝克曼反应
∙ 3 异常贝克曼重排反应
∙ 4 参见
∙ 5 参考文献
编辑 反应机理
根据推测，贝克曼重排的反应机理首先是烷基的迁移并推走羟基形成腈基基团，接下来该中间体被水解，形成产物酰胺。
反应式如下：
在一个研究中[5]，研究者使用电脑模拟丙酮肟在贝克曼溶剂中的重排反应，并考虑到了溶剂分子和取代物的影响。
模拟表明，有三个乙酸分子和一个质子（以氧鎓的形式纯在）参与了反应。
形成亚胺中间体后（σ配合物），甲基通过协同反应迁徙到氮上，并推走羟基。
羟基中氧原子受到三个乙酸分子的稳定。
接下来，一分子水进攻亲电的碳原子，其中一个氢原子被一个乙酸接收，生成的中间体为N-甲基乙酰氨酸，其中氧原子为四配位。
最后异构化行程稳定的产物酰胺。
当计算对象是一个水合氢离子和六分子水的时候，结果相同。
但是当移动基团为苯基的时候，例如在苯乙酮肟的重排反应中，反应更倾向于生成三元π-配合物。
此配合物在对H3O+(H2O)6的研究中没有发现。
在环己酮肟的例子中，因为要释放环张力，所以有了第三种反应机理。
它是通过一步协同反应步骤直接生成质子化的己内酰胺，而没有π-配合物或σ-配合物中间体。
编辑氰尿酰氯辅助贝克曼反应
氰尿酰氯和氯化锌形成助催化剂可以催化贝克曼反应。
例如：环十二酮能被平稳地转化为对定的内酰胺，后者是生产尼龙12的单体。
[6]
此反应的反应机理是以循环型催化为基础的，在循环中，氰尿酰氯通过亲核芳香取代活化羟基。
通过Meisenheimer络合物中间体，最终生成产物。
编辑异常贝克曼重排反应
α-二酮、α-酮酸、α-叔烃基酮(反式)、α-二烷基氨基酮、α-羟基酮和β-酮醚生成的肟在路易斯酸或质子酸的作用下断裂为腈及相应的官能团化合物。
这个反应称为“异常贝克曼重排”，又称非正常贝克曼重排；二级贝克曼重排；贝克曼断裂反应等。
例如，如下α-叔烃基酮肟生成腈鎓离子后，叔碳-碳键断裂，一部分生成腈，另一部分转变为碳正离子，碳正离子被二乙氨基三氟化硫（DAST）捕获，生成相应的氟代烃。
[7]。
