Beckman-贝克曼重排反应
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第 I 页 重排
酮肟在酸性条件下发生重排生成烃基酰胺的反应。1886年由德国化学家.贝克曼首先发现。常用的贝克曼重排试剂有硫酸、五氯化磷、贝克曼试剂(氯化氢在乙酸-乙酐中的溶液)、多聚磷酸和某些酰卤等。反应时酮肟受酸性试剂作用,形成一个缺电子氮原子,同时促使其邻位碳原子上的一个烃基向它作分子内 1,2-迁移,其反应过程如下:
贝克曼重排是立体专一性反应。在酮肟分子中发生迁移的烃基及离去基团(羟基)互为反位。在迁移过程中迁移碳原子的构型保持不变,例如:
贝克曼重排反应可用于确定酮类化合物的结构。工业上利用环己酮肟发生贝克曼重排,大量生-己内酰胺,它是合成耐纶6(见聚己内酰胺)的单体。
亲电取代反应
亲电取代反应一种亲电试剂取代其它官能团的化学反应,这种被取代的基团通常是氢,但其他基团被取代的情形也是存在的。亲电取代是芳香族化合物的特性之一.芳香烃的亲电取代是一种向芳香环系,如苯环上引入官能团的重要方法。其它另一种主要的亲电取代反应是脂肪族的亲电取代。
亲电加成反应
亲电加成反应是烯烃的加成反应,是派电子及实际作用的结果。派键较弱,派电子受核 的束缚较小,结合较松散,因此的作为电子的来源,给别的反应物提供电子。反应时,把它作为反应底物,及它反应的试剂应是缺电子的化合物,俗称亲电试剂。这些物质又酸中的质子,极化的带正电的卤素。又叫马氏加成,由马可尼科夫规则而得名:“烯烃及氢卤酸的加成,氢加在氢多的碳上”。广义的亲电加成亲反应是由任何亲电试剂及底物发生的加成反应。
在烯烃的亲电加成反应过程中,氢正离子首先进攻双键(这一步是定速步骤),生成一个碳正离子,然后卤素负离子再进攻碳正离子生成产物。立体化学研究发现,后续的卤素负离子的进攻是从及氢离子相反的方向发生的,也就是反式加成。
如丙烯及的加成:
→ 2第一步,电离生成H和离子,氢离子作为亲电试剂首先进攻双键,形成这样的结构:
康宁反应器技术应用案例-贝克曼重排
对于一些使用浓硫酸作为催化剂的重排反应,一般而言是非均相反应,由于硫酸的密度较大,两相混合困难,容易造成局部硫酸过量,从而产生杂质。另外,为了使得混合较好,减少两相的密度差,往往需要使用高密度的卤代有机溶剂,要么对环境有负面影响,要么在回收溶剂时,会增加能耗。
而在康宁反应器上,其良好的液液混合效果,即使使用跟硫酸密度产别很大的溶剂,也能达到良好的混合。另外,其优良的换热效率能够及时移走反应热。对于放热明显,且为非均相反应的贝克曼重排和双键关环反应,有明显的优势。
1.贝克曼重排
停留时间仅需10S,转化率100%,选择性达到99%,而batch选择性为95%;
2. 双键重排关环
停留时间小于20S,转化率100%,选择性比Batch提高10%。
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1.1PEG-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。我们仍然以二苯甲酮肟的催化为典型反应,将 PEG 重复使用,得到的产率是 81 %,再次重复使用,产率为 81 %。由此可见,回收后的 PEG 具有与新 PEG 相同的活性。
【NR】Beckmannrearrangement贝克曼重排
定义
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。
反应通式
起源与发展
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。
反应的一般特征
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
机理
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。
反应实例
1) Rhodium-Catalyzed Beckmann Rearrangement
Organic Letters 2001, 3, 2, 311-312
2)Cyanuric Chloride as a Mild and Active Beckmann
Rearrangement Catalyst
Journal of the American Chemical
Society 2005, 127, 32, 11240-11241
3)Beckmann Rearrangement of Ketoximes to Lactams by
Triphosphazene Catalyst
The Journal of Organic Chemistry 2008, 73, 7, 2894-2897
4)Dichloroimidazolidinedione-Activated Beckmann