Beckman重排反应
Beckman-贝克曼重排反应
HCOOH/SiO2
CNH
+ NH2OH HCl
R R' C NHR '
R和R′可以是芳香族或者是脂肪族的烃基，其中之一也可 以是氢，即醛肟。氢很少发生迁移，不能生成RCONH2 型的化合物。芳基比烷基优先迁移。对称的酮肟重排只
得到一种产物；而不对称的酮肟重排，则主要生成与羟
基处于反位的R′基重排至氮原子上的产物。
烃基的迁移是立体专一的由于迁移的基团，只能从烃基的 背面进攻缺电子的氮原子，因此基团为反位迁移，故当酮 肟有两种顺反异构时，重排产物也有两种：
醛肟或酮肟在酸性催化剂作用下重排生成取代酰胺的反应叫 Beckman重排。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－乙酸酐中的溶液）、多聚磷 酸和某些酰卤等。Beckman重排是亲核重排反应，在重排过 程中，迁移基团带着成键电子对迁移到缺电子的原子上。
R R' C
N OH
H
O R C NHR '
聚酰胺纤维俗称尼龙6，最早的尼龙制 品是尼龙制的牙刷的刷子，妇女穿的尼龙 袜。现在该材料具有最优越的综合性能， 包括机械强度、刚度、韧度、机械减震性 和耐磨性，加上良好的电绝缘能力和耐化 学性，使尼龙6 成为一种“通用级”材料， 用于机械结构零件和可维护零件的制造。
应用
环己酮肟制取己内酰胺
O
O
C
机理
R R'
C
N
OH H
R R' C
N OH2 亲核重排
R C N R' R C N R'
H2O RCONHR'
RCOOH + R'NH2
在酸作用下，肟首先发生质子化，然后脱去一分子水，同时与羟基 处于反位的基团迁移到缺电子的氮原子上，烷基的迁移并推走羟基 形成氰基，然后该中间体被水解得到酰胺。在酮肟分子中发生迁移 的烃基与离去基团（羟基）互为反位。在迁移过程中迁移碳原子的 构型保持不变 。
Beckmann重排反应的综合性实验设计与教学应用
Beckmann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
【期刊名称】《大学化学》
【年(卷),期】2024(39)1
【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。
【总页数】9页(P239-247)
【作者】周建钟;郭明;陶厚璜;郑泽涛
【作者单位】浙江农林大学化学与材料工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】G64;O6
【相关文献】
1.环己酮肟在改性氧化锆催化剂上的Beckmann重排反应：II.影响重排反应…
2.Beckmann重排反应中催化剂应用研究进展
3.酮肟Beckmann重排反应在酰胺类化合物合成中的应用研究
4.Beckmann重排合成N-(2-萘基)乙酰胺的综合实验设计
5.一步法钴催化Beckmann重排反应研究型综合实验设计
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有机化学重排反应总结三篇
有机化学重排反应总结三篇2020-10-23有机化学重排反应总结三篇篇一：有机化学重排反应总结1.Claisen克莱森重排烯丙基芳基醚在高温(200°C)下可以重排，生成烯丙基酚。
当烯丙基芳基醚的两个邻位未被取代基占满时，重排主要得到邻位产物，两个邻位均被取代基占据时，重排得到对位产物。
对位、邻位均被占满时不发生此类重排反应。
交叉反应实验证明：Claisen重排是分子内的重排。
采用g-碳C 标记的烯丙基醚进行重排，重排后g-碳原子与苯环相连，碳碳双键发生位移。
两个邻位都被取代的芳基烯丙基酚，重排后则仍是a-碳原子与苯环相连。
反应机理Claisen 重排是个协同反应，中间经过一个环状过渡态，所以芳环上取代基的电子效应对重排无影响。
从烯丙基芳基醚重排为邻烯丙基酚经过一次[3,3]s 迁移和一次由酮式到烯醇式的互变异构；两个邻位都被取代基占据的烯丙基芳基酚重排时先经过一次[3,3]s 迁移到邻位(Claisen 重排)，由于邻位已被取代基占据，无法发生互变异构，接着又发生一次[3,3]s 迁移(Cope 重排)到对位，然后经互变异构得到对位烯丙基酚。
取代的烯丙基芳基醚重排时，无论原来的烯丙基双键是Z-构型还是E-构型，重排后的新双键的构型都是E-型，这是因为重排反应所经过的六员环状过渡态具有稳定椅式构象的缘故。
反应实例Claisen 重排具有普遍性，在醚类化合物中，如果存在烯丙氧基与碳碳相连的结构，就有可能发生Claisen 重排。
2.Beckmann贝克曼重排肟在酸如硫酸、多聚磷酸以及能产生强酸的五氯化磷、三氯化磷、苯磺酰氯、亚硫酰氯等作用下发生重排，生成相应的取代酰胺，如环己酮肟在硫酸作用下重排生成己内酰胺：反应机理在酸作用下，肟首先发生质子化，然后脱去一分子水，同时与羟基处于反位的基团迁移到缺电子的氮原子上，所形成的碳正离子与水反应得到酰胺。
迁移基团如果是手性碳原子，则在迁移前后其构型不变，例如：反应实例3.Bamberger,E.重排苯基羟胺（N-羟基苯胺）和稀硫酸一起加热发生重排成对-氨基苯酚：在H2SO4-C2H5OH(或CH3OH)中重排生成对-乙氧基（或甲氧基）苯胺：其他芳基羟胺，它的环上的o-p位上未被取代者会起类似的重排。
贝克曼重排
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%。
应用化学 beckmann重排
陈尧 应用化学
Beckmann重排定义
酮肟类化合物在酸性催化剂的作用 下，重排成取代的酰胺称之为Beckmann 重排反应。
Beckmann重排反应式
反应机理
Beckmann反应化学式
重排反应过程
a、酮肟在酸催化下，经过氮一氧键的异裂， 生成 缺电子的(1)； b、处于肟羟基反位的烃基即进行分子内的迁 移，形 成氮杂环丙烯的过渡正离子(2)； c、瞬即转变成活泼的nitrilium离子(3)并立即 与反应介质中的亲核试剂，如水作用生成 亚胺(4)，最后异构化而得取代酰胺(5) 。
哪种异构体占优势与其构型的稳定性有关， 而构型的稳定性又受到肟羟基的立体位阻和取 代基的电子效应的影响，一般地说，以位阻大 的羟基与肟羟基处于反位者占优势。
（2）重排反应的条件 在反应中，催化剂的选择 反应温度及溶剂对反 应速度、收率、酰胺异构 体的比例有很大影响， 一般来说，极性溶剂和较高的温度都能加速反应。
参考文献
[1]李德江，孙碧海，李斌.浅谈Beckmann重排 在有机合成中的应用[J].化学教育.2004,3:7-9. [2]邢其毅，徐瑞秋．基础有机化学.北京:高等教 育出版社,1994:459. [3]力吉木仁．甾体酮肟的贝克曼重排反应．大 学化学[J].1995,10(5):53-56.
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但有些酮肟在排条件下，得不到正常的重排 产物，例如：
总结
除了人们熟悉的环己酮肟经Beckmann重排 生成己内酰胺(合成尼龙一6的单体)以外，它在有 机合成中的应用日益广泛，例如：化合物1，3， 4，5-四氢-1H-[1]苯并氮杂卓-2-酮(新一代抗高血 压药Benazepril的重要中间体)的合成和甾体内酰 胺的合成，都获得了很高的收率。 我们可以预料在不久的将来，Beckmann重排 反应会在多方面得到应用，放射出异样的光彩。
酰胺和Beckman重排
• • • •
基本简介 酰胺可以看作羧酸与氨或胺缩合形成的化合物，是羧 酸衍生物的一类。 酰胺可以由肟通过beckmann重排而获 得。也可以从腈水解而来。 有机酰胺中的C-N键比起胺中 的C-N键要短很多。这一方面是因为酰胺中C-N键的碳是用 sp2杂化轨道与氮成键，而胺中C-N键的碳是用sp3杂化轨 道与氮成键，s成分较少；另一方面是因为羰基与氨基的 氮共轭，从而使C-N键具有某些双键性质造成的。
• （3）磺胺类及氯胺类药物 • 烃分子中的氢原子被磺基（-SO3H）取代而成的化合物叫磺酸。芳香 磺酸最为重要，例如苯磺酸。磺酸的化学性质与羧酸类似，但酸性比 羧酸强得多。苯磺酰氯与氨或胺作用，可生成磺酰胺。 在医药上， 重要的磺酰胺类化合物有磺胺类药物及氯胺类药物。 • a．磺胺类药物：磺胺类药物是优良的化学治疗剂，开始应用于20世 纪30年代。它们能抑制多种细菌，如链球菌、葡萄球菌、肺炎球菌、 脑膜炎球菌、痢疾杆菌等的生长和繁殖，因此常用以治疗由上述细菌 所引起的疾病。 最简单的磺胺类药物是对氨基苯磺酰胺，简称磺胺 （SN）。 磺胺是无色晶体，熔点163℃，味微苦，微溶于水。磺胺能 溶于强酸或强碱溶液中，这是由于它在苯环上连有氨基，因此能与酸 作用生成盐；同时。与磺胺基结合的氨基上的氢原子，因受磺酰基的 影响而呈酸性，故又能与碱作用。 磺胺口服时副作用很大，仅外用 以治疗化脓性创伤。为了减少磺胺的副作用，一般采用其它原子团取 代磺酰氨基上的氢原子， 其副作用较小，称为磺胺类药物。 磺胺类 药物的抗菌谱广，性质稳定，口服吸收良好，使用方便。表18-2是一 些常见的磺胺类药物。甲氧芐氨嘧啶（TMP），在化学结构上不属于 磺胺类，但它能加强磺胺药的作用，也能增强多种抗生素的疗效，称 为磺胺增效剂，常与磺胺类药物或抗生素伍用。 甲氧苄氨嘧啶（TMP) 常见的磺胺类药物 • b．氯胺类药物：苯磺酰胺分子中，氨基的氢原子被氯原子取代的化 合物叫做氯胺类药物。例如： 氯胺类药物是白色或黄色结晶性粉末， 微具氯气味。能溶于水及乙醇，难溶于乙醚等有机溶剂。 氯胺类药 物都是氧化剂，它们与水反应生成次氯酸或次氯酸钠，而有杀菌和对 化学毒剂的消毒作用，故在军事医学上有重要意义。
Beckman重排反应
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。
酮肟Beckmann重排反应研究
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
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。
Beckmann重排
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。
Beckmann重排反应
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。
气相贝克曼重排反应催化剂的研究
第45卷第22期2017年11月广 州 化 工Guangzhou Chemical Industry Vol.45No.22 Nov.2017气相贝克曼重排反应催化剂的研究陈春蕾,胡靖雯,陈 茗(绍兴文理学院,浙江 绍兴 312000)摘 要:Beckmann重排反应是指酮肟在酸催化下,发生分子内重排,生成相应酰胺的反应,是有机和药物合成中的重要方法之一㊂气相条件下的重排反应对环境的污染和设备的伤害较小㊂简要对近年来应用于气相Beckmann反应中的多组分氧化物催化剂㊁金属磷酸盐催化剂㊁分子筛催化剂三大类固体酸催化剂进行了评述,主要以环己酮肟的重排为例,通过统计形成己内酰胺的选择性和产率,比较各催化剂的催化性能的强弱以及简单探讨改性后催化剂的性能变化㊂关键词:气相;Beckmann重排;催化剂 中图分类号:O621.1 文献标志码:A 文章编号:1001-9677(2017)23-0001-03第一作者:陈春蕾,女,本科生,主要从事贝克曼反应的催化剂研究㊂Study on Gas-phase Beckmann Rearrangement CatalystCHEN Chun-lei,HU Jing-wen,CHEN Ming(Shaoxing University,Zhejiang Shaoxing312000,China)Abstract:Beckmann rearrangement is a transformation to synthesize amides from ketoximes catalyzed by acid,which is widely used in organic and pharmaceutical synthesis.The rearrangement reaction under gas phase conditions has less damage to the environment and equipment.The solid acid catalysts,such as multi-component oxides catalysts,metal phosphate catalysts and molecular sieves catalysts,were simply commented.The multi-component oxide catalysts,metal phosphate catalysts and molecular sieve catalysts in the metamorphic Beckmann reaction were reviewed.The main examples of the cyclic acid catalysts were as follows:the selectivity and yield of caprolactam were formed,the catalytic performance of each catalyst was compared,and the performance of the modified catalyst was briefly discussed.Key words:gas phase;Beckmann rearrangement;catalysts1886年,德国化学家Beckmann将二苯甲酮肟与PCl5在乙醚溶液中一起加热,得到苯甲酰甲胺㊂后来,将脂肪酮或芳香酮与羟胺作用生成酮肟,酮肟在催化剂的作用下,生成相应的酰胺的这一反应称为Beckmann重排反应[1]㊂目前普遍接受的Beckmann重排的反应机理:在酸性环境中,酮肟首先质子化,再脱去一分子的水,这时与羟基处于反位的R基团协同迁移到缺电子的氮原子上㊂迁移过程中迁移C的构型保持不变,迁移后所形成的碳正离子与水反应得到酰胺[2],相应的机理见图1[3]㊂图1 普遍接受的Beckmann重排反应机理图Fig.1 Generally accepted Beckmann rearrangement reaction mechanism mapBeckmann反应可在气相或液相条件下进行㊂气相Beckmann重排工艺是由Lazier W在1941年第一次申请提出的,其以环己酮肟为底物,在高温下将其气化,形成的气体分子在固体酸催化剂的催化活性位点上发生重排反应[4],具有无硫胺化㊁环境友好等优点㊂固体酸催化剂的种类和结构对反应有很大的影响,而且它能在高温下使用,扩大了热力学上酸催化反应的应用范围,并且多数可回收利用㊂因此固体酸催化剂的制备和筛选成为了气相重排反应的研究重点㊂近年来,学者们研究的固体酸催化剂主要有氧化物催化剂㊁金属磷酸盐及分子筛等[4]㊂1 多组分氧化物催化剂在Beckmann气相重排反应探究的初期,人们选择单组分的氧化物(Al2O3㊁SiO2㊁B2O3等)[4]作为催化剂的反应速率和酰胺的收率都不是十分理想㊂后来,人们开始对多组分氧化物催化剂,即某一氧化物负载于其他氧化物载体上的催化剂进行了研究㊂其中,改性氧化锆催化剂和负载型硼催化剂具有优异的催化性能,是学者们主要的研究对象㊂1.1 改性氧化锆催化剂ZrO2是两性氧化物,它的酸碱性易受外来离子的影响㊂添2 广 州 化 工2017年11月加电负性强的阴离子可以改变ZrO2本身的弱酸弱碱性能[5]㊂B2O3是酸性氧化物,它和ZrO2间较强的相互作用可以使B2O3/ZrO2催化剂的表面酸性显著增强㊂程时标等[6]用F-㊁Cl-㊁SO2-4㊁PO4-3㊁Na+和B2O3改性ZrO2催化剂,各改性催化剂的酸度大小为:SO2-4-ZrO2>B2O3-ZrO2>PO4-3-ZrO2>Cl--ZrO2> F--ZrO2>ZrO2>Na+-ZrO2,这说明中等酸度的催化剂更加有利于重排反应的进行,所以B2O3/ZrO2具有很高的催化效能和己内酰胺的选择性㊂之后,尹双凤和徐柏庆[7]研究了活化焙烧温度对B2O3/ZrO2催化性能的影响,发现随着活化焙烧温度的升高,催化剂中氧化硼的主要结构单元为BO4的物质变成了以BO3为基本结构单元的B2O3㊂结果说明,700℃时催化剂的稳定性最高,反应的选择性最大,并且催化剂表面的中强酸中心比例最大,这证明活化焙烧温度主要是通过改变催化剂中B原子的配位情况和表面酸性来影响重排反应㊂接下来,毛东森等[8]制备了由SO2-4㊁PO3-4㊁MoO3㊁WO3和B2O3改性的TiO2-ZrO2催化剂,证明了在反应温度为300℃时,B2O3/TiO2-ZrO2的催化性能都明显高于B2O3/TiO2和B2O3/ZrO2催化剂,这说明在改性氧化物催化剂中,载体对催化剂的性能有着一定的作用㊂1.2 负载型硼催化剂负载型硼催化剂由B2O3和载体两部分组成,它的酸性主要由B2O3的B-O配位结构决定,载体对催化剂的影响就是通过影响这种结构来实现㊂对于负载型硼催化剂,气相Beckmann 重排反应的活性中心是中等强度的酸性位㊂张晟等[9]制备了B2O3/Al2O3-TiO2复合载体催化剂,并且研究了其催化性能结果表明,B2O3的负载量为20%㊁TiO2的含量为60%㊁载体的预处理温度为550℃㊁催化剂的焙烧温度为350℃时,催化剂的催化性能最好,反应有很高的收率㊂毛东森等[10]考察了具有不同B2O3含量(0~20%)的B2O3/TiO2-ZrO2催化剂的性能,并且用XRD㊁N2吸附等方法测定了其结构㊁孔分布㊁比表面积以及表面酸性㊂实验表明,当B2O3含量≤5%时,催化剂无定形;当B2O3含量≥8%时,B2O3主要为玻璃体形式和BO3结构㊂随B2O3含量增加,催化剂的比表面积反而减小㊂在温度为300℃时,随B2O3含量增加至12%时,达到了最大值㊂具有高比表面积的钛铌酸(HTiNbO5)能够提供较多中等强度的酸位,它由一些无机物,如SiO2㊁TiO2等柱撑后形成的柱层状化合物,具有酸中心和较为规整的孔结构㊂再负载B2O3后,会有高的催化性能㊂郭宪吉等[11]以APS为硅源,用分布离子交换法制备了二氧化硅柱层状钛铌酸;以SiO2-HTiNbO5为载体,采用浸渍法制备B2O3/SiO2-HTiNbO5催化剂㊂通过探究催化剂的结构以及B2O3的负载量等方面考察了催化剂的性能㊂实验表明,B2O3的负载量<2%时,BO4结构形式多; B2O3的负载量>7.32%时,BO3结构形式多;B2O3的负载量= 7.32%时,BO3和BO4在数量是差不多,此时,反应中肟具有高转化率,己内酰胺有高选择性,这说明在环己酮肟重排的过程中,BO3和BO4这两种结构形式的硼化物对反应有协同作用㊂之后,郭宪吉等[12]制备了TiO2柱层状钛铌酸,并且比较了B2O3负载前后催化剂的失活速率㊂实验结果证明,直接用TiO2-HTiNbO5作为催化剂,虽然肟的转化率将近100%,但是随着反应时间增加,肟转化率下降很快,并且己内酰胺的选择性也不高;而在有B2O3负载后,催化剂失活很慢,反应中酮肟的转化率以及己内酰胺的选择性都很高㊂1.3 金属磷酸盐催化剂金属磷酸盐以其优异的选择性和热稳定性而被广泛应用于催化领域,但应用于Beckmann重排反应中的金属磷酸盐催化剂较少,此类催化剂以AlPO4/γ-Al2O3和AlPO4/TiO2为主㊂AlPO4表面无强酸中心,只有弱酸性或无酸性,常被用作催化剂的载体㊂Costa等[13]利用脉冲反应器,探究了AlPO4/γ-Al2O3催化剂的催化性能㊂实验证明,随着酸性的增大,催化剂的活性也增强,己内酰胺的产率最高可达到73.1%,但是己内酰胺的选择性下降㊂Bautista等[14]分别探究了AlPO4和AlPO4/TiO2两种催化剂在Beckmann气相重排反应中的催化性能㊂实验证明,转化率相同的情况下,使用AlPO4/TiO2的己内酰胺的选择性要高于AlPO4㊂此外,在AlPO4/TiO2中,随着TiO2的含量增加,催化剂的活性下降,但是CPL的选择性增大;在200~400℃温度范围内,随着温度的升高,催化剂的活性和选择性都升高㊂2 分子筛催化剂分子筛是结晶态的硅酸盐或硅铝酸盐,硅氧和铝氧四面体共用桥氧原子为基本骨架,组成短程有序和长程有序的晶体结构㊂分子筛的特点:具有均匀的孔道尺寸,使分子具有良好的筛分效应;具有很大的比表面积和孔体积[15]㊂分子筛催化剂的活性中心与氧化物催化剂不同,普遍认为前者的活性反应中心是其表面非常弱的酸性甚至是中性的硅烷醇集团[16]㊂由于分子筛的高选择性㊁强酸性和表面规整性的孔结构特点,20世纪19年代和21世纪初,学者们关于分子筛对气相Beckmann重排的催化效能的研究非常活跃㊂Y型分子筛㊁MEI型结构分子筛催化剂㊁AEL结构分子筛㊁MCM-41㊁MCM-48㊁β分子筛等都取得了巨大收获㊂2.1 Y型分子筛Y型分子筛中SiO2/Al2O3摩尔比大于3,具有较大的空腔和三维的十二元环孔道体系,使得多种有机分子能够进入超笼内并且发生催化反应[17]㊂1969年Ward等[18]研究了碱金属改性Y分子筛的Beckmann重排反应性能,结果表明Brönsted酸位是环己酮肟重排转化成己内酰胺的活性位㊂2.2 MEL结构的分子筛MEL结构的分子筛属于四方晶系,是二维孔道结构,具有均匀发达的微孔好的强酸性,孔径较小㊂Sudhaka等[19]对具有MEL结构的分子筛,如ZSM-11㊁Al-Ts-2㊁TS-2㊁硅分子筛-2和熔融的SiO2的重排反应性能进行了研究.实验证明,Al3+的引入降低了催化剂的活性和选择性,Ti的引入延长了催化剂的寿命,但引入的两种元素对催化剂的选择性影响不大㊂硅分子筛-2和TS-2作催化剂时,环己酮肟的转化率可达到100%,但己内酰胺的选择性只有90%,在543~623K范围内,环己酮肟的转化率和己内酰胺的选择性随温度的升高而升高,且己内酰胺的选择性随着时间的增加而提高㊂2.3 AEL结构分子筛SAPO-11由于酸性较弱且具有合适的孔径,在正丁烯异构和长链正构烷烃临氢异构等反应中具有高的活性和选择性㊂Singh等[20]研究了AEL结构分子筛SAPO-11的重排反应性能㊂在温度为663K时,环己酮肟的转化率达到99.9%,而己内酰胺的选择性为85.7%㊂在SAPO-11㊁AlPO4-11㊁AlPO4-11/ SiO2㊁硅烷化的ZSM-5㊁脱铝的ZSM-5㊁具有MFI结构的ZSM-5㊁硅分子筛-1中,SAPO-11㊁硅分子筛-1的重排反应性能最好㊂NH3-TPD结果表明,SAPO-11和硅分子筛-1的外表面中等强度酸中心数目较多,可见增强一定的酸度有利于重第45卷第22期陈春蕾,等:气相贝克曼重排反应催化剂的研究3排反应的发生㊂2.4 MCM-41MCM-41分子筛是具有均一孔径的长程有序介孔材料,具有极高的BET比表面积㊁大吸附容量㊁均一的中孔结构等特点㊂Chaudhari等[21]用Si-MCM-41和不同硅铝比的H-Al-MCM-41为催化剂,在573~663K㊁WHSV=1.88h-1㊁乙腈为溶剂的条件下反应进行Beckmann重排反应㊂Chaudhari等认为酸性位是Beckmann重排的活性中心,但是硅羟基基团(Si-OH)却是生成副产物的活性中心㊂2.5 MCM-48MCM-48分子筛具有约2.6nm左右的均一孔径及两套相互独立的三维螺旋孔道网络结构,有良好的长程有序和较高的热稳定性㊂Chang等[22]用不同硅铝比的MCM-48为催化剂催化Beckmann重排反应㊂MCM-48的活性随硅铝比的升高而降低, MCM-48的酸量随硅铝比增教加降低,但是酸性却是随硅铝比增加而加强,所以失活主要是由于中强酸而不是弱酸引起的㊂使用不同溶剂时,环己酮肟的初始转化率顺序为:苯≈甲苯> 1-己醇>乙醇;催化剂的失活速率为:苯>甲苯>乙醇>1-己醇;己内酰胺的选择性为:1-己醇>乙醇≈苯>甲苯㊂醇作为溶剂之所以比芳烃作溶剂有好的结果是因为:醇能在酸催化剂上脱水后分解为烯烃㊁二烷基醚和水,反应后醇和分解生成的水能够阻滞积炭的形成,降低了失活速率㊂2.6 β分子筛β分子筛是一种具有三维十二元环孔结构的高硅沸石,其结构特点是两个四元环和四个五元环的双六元环单位晶穴结构,只有孔道没有笼,热稳定性较高㊂游军杰等[23]将H-β分子筛进行盐酸脱铝㊁硼酸(H3BO3)浸渍和正硅酸乙脂化学沉淀三种不同方法改性后,β催化剂的酸强度减弱㊂三种改性方法都使得分子筛的己内酰胺选择性有所提高,脱铝法却能同时其提高稳定性,但B2O3/β和SiO2/β稳定性较差㊂章永洁[24]认为H-β负载B2O3后,随着负载量的增加,催化剂的比表面积急剧减小,表面的B/Si比逐渐增加㊂在B2O3负载量低于20.33wt%时,B2O3可以很好地分散在H-β分子筛的表面并且与H-β分子筛产生相互作用,产生更多的酸性位;而当B2O3负载量大于20.33wt%时,B2O3开始在H-β分子筛的表面聚集,与H-β分子筛的相互作用减弱,覆盖了催化剂表面的部分酸性位,使催化剂表面的酸量减少㊂负载B2O3主要增加催化剂中弱Brönsted酸的量,有利于提高β分子筛催化Beekmann 重排的稳定性㊂负载MoO3和负载B2O3的H-β重排效果类似,但MoO3负载量的增加有可能会破坏分子筛的骨架㊂3 结 语与液相贝克曼重排反应相比,其最大的优点是避免产生副产物硫酸铵,并解决了环境污染和设备腐蚀等问题㊂但是需要在高温条件下进行,有很多其他的副产物,且催化剂的使用寿命很短,使该工艺工业化困难㊂今后延长催化剂的寿命,提高其稳定性,找寻更加温和的反应条件,解决工业化的问题将会是学者们研究的主要方向㊂参考文献[1] 胡宏纹.有机化学[M].北京:高等教育出版社,2013:800-801.[2] 李倩,严罗一,夏定,等.贝克曼重排反应研究进展[J].有机化学,2011,31(12):2034-2042.[3] 丁润波.新型催化剂催化下的Beckmann重排反应和环境友好介质中的脱肟反应研究[D].西安:西北师范大学,2006. [4] 贾金锋.液相贝克曼重排合成ε-己内酰胺研究[D].郑州:郑州大学,2015.[5] 卜亿峰.MFI分子筛催化环己酮肟气相Beckmann重排反应的研究[D].天津:天津大学,2005.[6] 程时标,徐柏庆,蒋山,等.环己酮肟在改性氧化锆催化剂上的Beckmann重排反应[J].催化学报,1996,17(4):281-285. [7] 尹双凤,徐柏庆.环己酮肟在改性氧化锆催化剂上的Beckmann重排反应V.活化焙烧温度对B2O3/ZrO2催化剂的影响[J].催化学报,2002,23(6):507-512.[8] 毛东森,卢冠忠,陈庆龄.B2O3/TiO2-ZrO2催化环己酮肟气相Beckmann重排反应中的溶剂效应[J].催化学报,2005,26(4): 271-276.[9] 张晟,毛东森,卢冠忠,等.环己酮肟在B2O3/Al2O3-TiO2催化剂上的气相Beckmann重排反应[J].催化学报,2001,22(6):527-531.[10]毛东森,卢冠忠,陈庆龄,等.B2O3/TiO2-ZrO2催化环己酮肟气相Beckmann重排反应的研究Ι.B2O3含量的影响[J].催化学报, 2002,23(1):9-14.[11]郭宪吉,许爱荣,侯文华.B2O3/SiO2-钛铌酸催化剂上环己酮肟气相Beckmann重排[J].石油化工,2006,35(10):943-947. [12]郭宪吉,侯文华,刘淑敏,等.TiO2柱层状HTiNbO5的合成及在环己酮肟相Beckmann重排反应中的催化性能[J].高等学校化学学报,2010,31(6):1206-1212.[13]A Costa,P M Deya,J V Sinisterra.Vapor phase Beckmannrearrangement of the cyclohexanoneoxime catalyzed by AlPO4-γAl2O3 Systems[J].Can J Chem.,1980,58(12):1266-1270. 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4-重排反应-其他重排反应
αβ γ OCH 2CH CHCH 3
△
H3C
αβ OCH 2CH
CH 3
γ CHCH 3
△
OH γβ CHCH CH 3
α CH 2
H3C
OH CH 3
αCH 2βCH=CγHCH 3
克莱森（Claisen）重排机理：
α Oβ
γ
α
O
β
γ
过渡态
互变异构
原烯丙基中的γ-C与苯环相连
贝克曼重排反应历程中，中间体是“氮宾”正离子，随即邻近烃基转移到这 个正中心形成邻碳正离子，然后水合，去质子，异构化得到酰胺。以上各步 反应是连续且同时发生的。
Beckmann贝克曼重排反应的应用实例 环己酮肟在硫酸作用下重排生成己内酰胺：
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
13.2.3 Hofmann 霍夫曼重排 霍夫曼重排反应指的是酰胺与次氯酸钠或次溴酸钠的碱溶液作用时，
脱去羰基生成少一个碳的伯胺反应：
R-CONH₂ + NaOX + 2NaOH——→R-NH₂ +Na₂CO₃+ NaX +H₂O
由于在反应及过程中由于发生了亲核重排，所以又称为霍夫曼重排反应。R基 由于是迁移，所以具有光学活性的基团在重排后构型不变。
α
O
β
γ
H
OH
பைடு நூலகம்γ β
α
例1：
O-CH2-CH=14CH2
H3C
CH3
H3C
经两次六元状过渡态
α Oβ
γ
α
O
β
γ
OH CH3
CH2CH=14CH2
应用化学beckmann重排
Beckmann重排试剂
重排试剂作用：使酮肟的羟基转换成活性的 离去基团，有利于氮-氧键的断裂。
贝克曼重排试剂种类：除质子酸，H2SO4 ， HCl，PPA外，还有PCl5 ，POCl3 ，Ph3PCCl4 以及苯磺酰氯等。
• 二苯酮肟在吡啶催化下，与苯磺酰氯 在室温条件下，得到N-苯磺酰基苯甲酰 苯胺，最后得到酰胺。
•（2）重排反应的条件 • 在反应中，催化剂的选择 反应温度及溶剂对反 应速度、收率、酰胺异构 体的比例有很大影响， 一般来说，极性溶剂和较高的温度都能加速反应。
• 异丁基苯基酮肟为E式异构体，用不同的催 化剂和溶剂，得到不同的产物。
• 在酮肟的结构中若含有酸敏感的基团，可 选用吡啶为溶剂，酰氯为催化剂进行重排反应 。
我们可以预料在不久的将来，Beckmann重排 反应会在多方面得到应用，放射出异样的光彩。
参考文献
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[2]邢其毅，徐瑞秋．基础有机化学.北京:高等教 育出版社,1994:459.
[3]力吉木仁．甾体酮肟的贝克曼重排反应．大 学化学[J].1995,10(5):53-56.
Beckmann重排反应介质影响
•如果反应介质中有其他亲核性的化合物，如醇 、酚、胺或叠氮化合物存在，也可以向nitrilium 离子做亲核进攻，生成其他化合物，得不到酰 胺产物。
影响Beckmann重排反应因素
（1）酮肟的几何结构 酮肟有顺式(z)和反式(E)2种几何异构，本重
排的迁移基团即是位于肟羟基反位的烃基，这就 与酮肟的立体异构有关。
若用酮肟的2种异构体的混合物进行反应，重 排结果将得到酰胺的混合物。若重排的条件不会 引起异构体的转化，则只得到一种酰胺产物。
反常Beckmann重排
反常Beckmann重排
在Beckmann重排过程中，如果迁移基团是一个可以稳定碳正离子的官能团，那么过渡态就有可能是稳定碳正离子离去的过渡态。
这在固醇类的Beckmann重排过程中是非常常见的，尤其是形成叔碳正离子之后还有可能发生消除，得到腈和稳定的烯烃。
下面给出一个通式：
这类反应常常在多环体系中发生，尤其是含有角甲基的多环萜类，很容易得到三级碳正离子。
从下面的例子来看，反应并不一定是完全的E1消除，而是有一定的协同过程。
无论是Lewis酸还是质子酸，都可能发生反常Beckmann重排。
Beckmann重排反应的研究进展
第 45 卷，第 5 期 圆园19 年 10 月
安徽化工 ANHUI CHEMICAL INDUSTRY
灾燥造援45，晕燥援5 Oct.2019
Beckmann 重排反应的研究进展
魏建红 （中国神华包头煤化工有限责任公司，内蒙古 包头 014060）
摘要院 Beckmann 重排反应是醛肟或酮肟在酸催化下重排生成 N- 取代酰胺的亲核反应。介绍了 Beckmann 重排反应在有机及药物合成
其反应机理是在酸催化下，肟首先发生质子化，然 后脱去一分子水，同时迁移到与羟基处于反位的基团即 缺电子的氮原子上，所形成的碳正离子与水反应得到酰 胺。酮肟的 Beckmann 重排是生产许多重要化学品或化 工原料是工业生产己内酰胺（CPL）的重要工艺，CPL 是生产 尼龙 -6 的单体。另外，Beckmann 重排也是生产抗生素、 抗疟药等药物中间体的重要工艺步骤。但是，目前 90%的 CPL 总产量均以浓硫酸或发烟硫酸为催化剂[2]，该工艺 路线会产生大量低值副产物硫酸铵。在倡导绿色化学和 原子经济性的时代，国内外化学家们掀起了以简化工 艺、降低或消除副产物硫酸铵、减少腐蚀和环境污染、降 低成本和提高经济效益为目标的新工艺和新技术开发 热潮。
收稿日期：2019-05-10 作者简介：魏建红（1972- ），女，助理工程师，毕业于内蒙古工业大学，研究方向：煤化工, 454415787@。
魏建红:Beckmann 重排反应的研究进展
19
图 3 阿奇霉素中间体合成的部分反应
应是阿奇霉素合成的特征反应。 除了阿奇霉素，以红霉素为原料，经过 Beckmann 重
图 4 甲氟喹盐酸盐中间体合成的部分反应
不同于传统的 Beckmann 重排反应，合成甲氟喹盐 酸盐过程中，化合物（1）的官能团较多，反应条件不宜过 于强烈，一般是将化合物肟在 4- 二甲基胺基吡啶催化 下，与对甲苯磺酰氯和三乙胺反应，在乙酸条件下发生 Beckmann 重排得到化合物内酰胺，化合物内酰胺最后 通过硼烷二甲硫醚还原酰胺得到单一构型的甲氟喹。
药物合成反应 第六章 重排反应
第二节 重排反应及其在药物 合成中的应用
3. 应用
C8H17 O O
C8H17
1)H 2) ,-CO2
C8H17
KOH / n-C3H7OH H 2O ,
HO OOC
HO
A-降胆甾烷的合成
第二节 重排反应及其在药物 合成中的应用
三、从杂原子到碳原子的重排
（一）史蒂文斯（stevens）重排反应
α-位上具有吸电子基（Z）的季铵盐在强碱催化下， 先脱去一个α活泼氢生成叶立德，然后季氮上的一个烃基 迁移到邻位的碳负离子上，生成叔胺的反应，称为史蒂 文斯重排反应。
药物合成技术
第六章 重排反应
第一节 概述
重排反应的定义 同一分子内，某一原子或基 团从一个原子迁移到另一个原
W A B A
W B
子形成新的分子的反应。
重排反应的分类
W表示迁移基团（或子），A、B 分别表示迁移的起点和终点原子。
亲核重排
按反应机理分
碳原子到碳原子重排
按迁移的方式分
亲电重排 自由基重排
第二节 重排反应及其在药物 合成中的应用
三、从杂原子到碳原子的重排
（二）萨默莱特－豪斯（sommelet-hauser）重排反应
苄基季胺盐在氨基钠、苯基钾或烃基锂等强碱性试剂催 化作用下，重排生成邻位烃基取代的苄基叔胺的反应。
N(CH3)2
CsF/HMPA
CH3 N(CH3)2
1.机理
CH2Si(CH3)3
（1）底物的影响—连乙二醇类化合物结构
②羟基位于脂环上的连乙二醇的重排
OH
OH
H2SO4/Et2O
C Ph Ph
r.t. 3h
O Ph Ph
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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。
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。
1.4PEG-400/氯磺酸体系催化Beckmann 重排反应在50 mL烧瓶中加入经过干燥脱水处理的PEG-400(4 mL, 4.5g, 10.8 mmol)，然后加入苯乙酮肟(270 mg，2 mmol)搅拌油浴升温到65 ℃，再加入氯磺酸(120 mg，1.0mmol)，然后，将烧瓶油浴加热至110 ℃，恒温搅拌5 h，反应完毕后冷却，加入氢氧化钠约1.0 mmol，然后加入40 mL水，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，产率为90 %。
在相同的条件下，氯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，萃取液蒸除二氯甲烷，得到PEG-400，实验发现，PEG-400 的回收率为72 %左右，可接受的原因是该体系在催化Beckmann 重排时，有少量的PEG-400 与氯磺酸发生酯化反应，形成了亲水基团，因此在萃取回收时，PEG-400 的回收率较低。
我们仍然以苯乙酮肟的催化为典型反应，将PEG 重复使用，得到的产率是87 %左右，再次重复使用，产率为86 %。
由此可见，回收后的PEG 具有与新PEG 相同的活性。
22.1硅胶支载氯化磷的制备硅胶(80—200目)预处理如下：硅胶在马氟炉中120o C干燥8小时(5g)，然后将干燥好的硅胶放在干燥器中备用。
硅胶支载三氯化磷的制备：将三氯化磷(5ml)加入一个装有冷凝管和干燥管的50ml三口烧瓶中，在搅拌下，将硅胶(2g)分批加入烧瓶中，HCI气体逐渐地从反应瓶中放出。
硅胶加完后，反应混合物在室温下搅拌反应48小时。
反应结束后，过滤，将催化剂用无水CH2C12重复洗涤三次以洗去吸附到催化剂表面的三氯化磷。
之后将得到的白色固体粉末放到真空干燥箱中干燥，干燥后称量并保存到干燥器中备用。
产品的质量为2.26g，催化剂中PCl2的支载量约为1.lmmol/g。
2.2硅胶支载氯化磷催化Beckmann重排反应在一个50ml烧瓶中加入THF(4ml)，然后将二苯甲酮肪(197mg，lmmol)和硅胶支载氯化磷(228mg，0.25mmol)分别加到其中，再将烧瓶转移到装有回流管和干燥管的微波炉中,混合物在195W的微波辐射下反应适当的时间，反应进程用气相色谱来检测,反应完后，催化剂被过滤出来，将滤液中的溶剂抽干即得粗产品。
粗产品经柱层析或重结晶后得到纯品。
在相同的条件下，用硅胶支载氯化磷催化醛肪脱水生成相应的睛，产物的熔点值都与文献值一致。
红外谱图和核磁数据都和真实样品一致,转化率和选择性是由气相色谱测得的。
3SO42-/MxOy固体超强酸的制备3.1 机械混合法制备方法分以下几个步骤：（1）载体的制备。
将一定量的ZrOCl2·8H2O溶解于蒸馏水中，剧烈搅拌下加入浓氨水，沉淀至pH=9～10，陈化24h，洗涤至中性，滤液用AgNO3溶液检测至无C1-，110o C下干燥24h，得到Zr(OH)4粉末。
将其与计算量的γ-Al2O3粉末混合，研磨至100目以下，得到催化剂载体。
（2）负载SO42-和贵金属Pt。
用一定浓度的H2SO4溶液浸渍制备得到的载体，在110o C 下烘干；再用一定量的H2PtCl6溶液浸渍、烘干，得到负载SO42-和贵金属Pt的催化剂。
（3）成型、焙烧。
向催化剂粉末中加入稀硝酸和田菁粉挤成条状后，在一定温度焙烧，即得到所需固体超强酸催化剂。
3.2共沉淀法制备方法分以下几个步骤：（1）载体的制备：将一定量的ZrOCl2·8H2O和Al(NO)3·9H2O溶解于蒸馏水中，在剧烈搅拌下加入浓氨水，沉淀至pH=9～10，陈化3一昼夜，用蒸馏水洗涤至中性，滤液用AgNO3溶液检测至无C1-后，110℃干燥24h，得到Zr(OH)4和Al(OH)3的混合物，研磨至100目以下，得到催化剂载体。
（2）负载SO42-和贵金属Pt。
用一定浓度的H2SO4溶液浸渍制备得到的载体，在110℃下烘干；再用一定量的H2PtCl6溶液浸渍、烘干，得到负载SO42-和贵金属Pt的催化剂。
（3）成型、焙烧。
向催化剂粉末中加入稀硝酸和田菁粉挤成条状后，在一定温度焙烧，即得到所需固体超强酸催化剂。
1. 采用共沉淀法加入A12O3与采用机械混合法相比，可使A12O3与ZrO2混合得更为均匀，更好的发挥二者的协同作用，所制得催化剂的性能较好。
2. Al2O3含量对催化剂的反应性能影响较大，Al2O3含量为5.0%催化剂的比表面积和孔体积较大，且有足够的超强酸活性中心，催化活性较好。
3. 焙烧温度直接影响ZrO2晶化和晶形。
在650℃下焙烧制备的催化剂，绝大部分ZrO2已经晶化且呈四方晶相，催化剂的酸性最强。
4. 浸渍溶液采用H2SO4与采用(NH4)2S2O8相比，SO42-与ZrO2结合得更牢，可以形成较多的酸性中心，所得催化剂的活性较好。
5. 采用浸渍法加入H2SO4所制得的催化剂比采用喷淋法的活性更好。
因为后者不能使催化剂充分吸附硫酸，且硫酸易过量而形成硫酸盐。
6. 当H2SO4浸渍溶液的浓度为0.5mol/L时，既有足够的SO42-与ZrO2结合形成酸性中心，又不会因过量而生成硫酸盐，所制得催化剂活性较高。
7. 低温沉化制备的催化剂性能好于室温陈化和冰浴陈化的催化剂。
这时制得的催化剂沉淀颗粒比较均匀，粒径比室温陈化的要小，比表面积大，增加了催化活性。
8. Pt含量为0.1%的催化剂性能最好。
适量的Pt既能提高催化剂的加氢活性和抗积炭能力，又不会因Pt含量过多而抑制脱氢和裂解，保持了较高的异戊烷收率。
9.活化温度与活化时间对催化剂的性能影响较大。
300℃活化3小时为催化剂的适宜活化条件，活化条件过高或过低，都不能形成足量的B 酸位，使催化剂反应活性下降。
44.1 SO42-/In-高岭土固体超强酸催化剂的制备固体超强酸SO42-/In-高岭土催化剂的制备：采用二次浸渍焙烧法。
称取一定量的高岭土固体50.00g 放入500mL 烧杯中，再取金属铟2.00 g 用15 mL98 %的浓硫酸溶解，待溶解后倒入高岭土中，用25 mL1 mol/L 的(NH4)2SO4溶液浸渍180 min(刚好完全浸泡过固体物质为止），无需过滤直接用干燥箱干燥3-5 小时使其水分蒸发得到的固体磨细并置于箱式电阻炉中在400～750 ℃焙烧120-240min，然后将所得固体物质置于500 mL 烧杯中用98 %的浓硫酸浸渍120min(刚好完全浸泡过固体物质为止），再用干燥箱在180℃烘干磨细，或者在400℃焙烧1～2 小时磨细，即得到固体超强酸SO42-/In-高岭土。
SO42-/In-高岭土催化剂样品的表征——XRDSO42-/In-高岭土催化剂的比表面积和硫含量测定——BET4.2固体超强酸S2O82-/ZrO2-TiO2-M2O3(M= Al, Fe)催化剂的制备：称取一定量的氧化锆固体20.00 g放入500 mL烧杯中，再分别加入Fe(NO3)3·9H2O固体0.70 g、Al (NO3)3·9H2O固体0.90 g和20 mL的硫酸亚钛溶液，用200 mL二次水∶无水乙醇按体积比4∶1的混合溶液溶解,在快速搅拌下向溶液中缓慢滴加浓氨水，调节溶液pH值为9～10.5，形成凝胶，放置陈化180 min。
将陈化后的胶体用蒸馏水洗涤1～3次，用1 mol/L的(NH4)2S2O8溶液浸渍180 min。
用干燥箱干燥180～300 min使其水分蒸发，得到的固体置于箱式电阻炉中在400～650 ℃焙烧120～240 min，即得到固体超强酸S2O82-/ZrO2-TiO2-M2O3(M= Al, Fe)。
4.3采用二次浸渍焙烧法制备固体超强酸SO42-/聚丙烯酰胺-ZrO2-TiO2-Al2O3催化剂称取一定量的ZrO2固体20.00 g 放入500 mL 烧杯中，加入Al (NO3)3.9H2O固体5 g，用200 mL蒸馏水和无水乙醇按体积比4:1的混合溶液溶解，再加入20mL的硫酸亚钛溶液和10 g 聚丙烯酰胺，在快速搅拌下向溶液中缓慢滴加浓氨水，调节溶液PH 值在9 到10.5 之间，形成白色凝胶，放置陈化180 min。
将陈化后的胶体过滤后并用蒸馏水洗涤1-2 次后，用0.6 mol/L 的(NH4)2SO4溶液浸渍180min(刚好完全浸泡过固体物质为止)，无需过滤直接用干燥箱干燥3-5 小时，使水分蒸发得到固体，磨细并置于箱式电阻炉中在300～650 ℃焙烧120-240 min。