貝克曼重排反應(yīng)(Beckmann rearrangement)
恩斯特·奧托·貝克曼(Ernst Otto Beckmann,1853年7月4日-1923年7月13日),是一名德國(guó)化學(xué)家,主要成就包括發(fā)明貝克曼溫度計(jì)和發(fā)現(xiàn)貝克曼重排反應(yīng)。
醛肟或酮肟在酸性催化劑作用下重排生成取代酰胺的反應(yīng)叫Beckman重排。Beckman重排是親核重排反應(yīng),在重排過(guò)程中,遷移基團(tuán)帶著成鍵電子對(duì)遷移到缺電子的原子上。
貝克曼重排反應(yīng)(Beckmann rearrangement)是一個(gè)由酸催化的重排反應(yīng),反應(yīng)物肟在酸的催化作用下重排為酰胺。若起始物為環(huán)肟,產(chǎn)物則為內(nèi)酰胺。此反應(yīng)是由德國(guó)化學(xué)家恩斯特·奧托·貝克曼發(fā)現(xiàn)并由此得名。常用的貝克曼重排試劑有硫酸,五氯化磷,貝克曼試劑(氯化氫在乙酸-乙酸酐中的溶液),多聚磷酸和某些酰鹵。
反應(yīng)機(jī)理
從上述反應(yīng)機(jī)理可以看出:
1、反應(yīng)的第一步是酸試劑活化羥基使其易于離去,同時(shí)處于羥基反側(cè)的烷基帶著一對(duì)電子遷移到N原子上。因此,反應(yīng)具有立體專(zhuān)一性。
2、傳統(tǒng)上用Bronsted酸,如H2SO4,PPA(多聚磷酸),需要苛刻條件(如在120℃)。近年發(fā)現(xiàn),Lewis酸(如AlCl3,InCl3)或TCT等可提高羥基離去能力的試劑均可使反應(yīng)在非常溫和的條件下進(jìn)行。
3、在適當(dāng)?shù)臈l件下,可以用其他親核試劑(而非水)捕獲反應(yīng)中間體—亞胺碳正離子,從而用于其它化合物的合成。
4、在貝克曼反應(yīng)條件下,有時(shí)可能得到開(kāi)環(huán)脫水產(chǎn)物腈。
反應(yīng)特點(diǎn)
(1)離去基團(tuán)與遷移基團(tuán)處于反式,這是根據(jù)產(chǎn)物推斷的;
(2)基團(tuán)的離去與基團(tuán)的遷移是同步的,如果不是同步,羥基以水的形式先離開(kāi),形成氮正離子,這時(shí)相鄰碳上兩個(gè)基團(tuán)均可遷移,得到混合物,但實(shí)驗(yàn)結(jié)果只有一種產(chǎn)物,因此反應(yīng)是同步的;
(3)遷移基團(tuán)在遷移前后構(gòu)型不變;
(4)可用于制備取代酰胺、伯胺、氨基酸等
反應(yīng)實(shí)例
該反應(yīng)在工業(yè)上有重要應(yīng)用,環(huán)己酮與羥胺反應(yīng)得到環(huán)己酮肟后可重排得到己內(nèi)酰胺,此為尼龍-6的單體。手性基團(tuán)在重排過(guò)程中保持光學(xué)活性。
第一步、反應(yīng)從環(huán)己酮出發(fā),與羥胺反應(yīng)生成酮肟,再由酮肟在酸性條件下重排生成己內(nèi)酰胺。
第二步、己內(nèi)酰胺在硫酸或三氯化磷等作用下開(kāi)環(huán)聚合,形成聚己內(nèi)酰胺。
聚酰胺纖維俗稱(chēng)尼龍6,最早的尼龍制品是尼龍制的牙刷的刷子,婦女穿的尼龍襪。該材料具有最優(yōu)的綜合性能,包括機(jī)械強(qiáng)度、剛度、韌度、機(jī)械減震性和耐磨性,加上良好的電絕緣能力和耐化學(xué)性,使尼龍6 成為一種“通用級(jí)”材料,用于機(jī)械結(jié)構(gòu)零件和討維護(hù)零件的制造。