圖 1 Beckmann重排反應(yīng)
反應(yīng)的機理是:首先酸活化酮肟中的羥基使其形成易離去基,接著,處于羥基反側(cè)的烷基帶著一對電子遷移到氮原子上,得到亞胺碳正離子(和氰基氮正離子為共振式),水進攻碳正離子再互變異構(gòu)得到酰胺。通常認為,該反應(yīng)中烷基的遷移和離去基的離去是協(xié)同的過程,同時發(fā)生的。如果遷移的烷基中帶有手性基團,則手性保持不變。雖然從機理上講,該反應(yīng)得到酮肟羥基反側(cè)的烷基遷移的酰胺,但如果在反應(yīng)條件中,酮肟先發(fā)生異構(gòu)化,則有可能得到兩種酰胺的混合物。
圖 2 Beckmann重排反應(yīng)的機理
傳統(tǒng)的Beckmann重排反應(yīng)中,用硫酸、鹽酸/醋酸酐/醋酸體系或者多聚磷酸反應(yīng),往往需要較高的溫度(大于130℃), 近年來,化學(xué)家們發(fā)展了許多Lewis酸如AlCl3、InCl3等催化的Beckmann重排反應(yīng), 或者微波促進的Beckmann重排,都可以在較溫和的條件下進行反應(yīng)。
圖 3 Tiemunn重排反應(yīng)
如圖3所示,如果是胺基取代的酮肟發(fā)生Beckmann重排反應(yīng),則得到相應(yīng)的脲,該反應(yīng)也叫做Tiemunn Rearrangement。
如果酮肟羥基反側(cè)的烷基為季碳,則有可能得到脫水產(chǎn)物,得到腈化合物。
Chem. Comm. 1997, 6 , 599–600
圖 4 酮肟羥基反側(cè)的烷基為季碳時的反應(yīng)
Beckmann重排反應(yīng)最主要的應(yīng)用就是環(huán)己酮肟重排得到七元環(huán)內(nèi)酰胺,這是合成尼龍-6的單體。內(nèi)酰胺單體在高溫下水解得氨基己酸,然后在高溫下聚合制得尼龍-6。
Org. Lett. 2000, 2, 2373-2376
圖 5 Beckmann重排反應(yīng)應(yīng)用舉例一
如圖5所示,2000年,James D. White教授在(?)-Ibogamine的不對稱全合成過程中就用到了Beckmann重排反應(yīng),六元環(huán)酮肟在對甲苯磺酰氯、三乙胺、4-氮氮二甲氨基吡啶條件下先把酮肟羥基轉(zhuǎn)化為OTs易離去基,接著發(fā)生Beckmann重排反應(yīng)得到七元環(huán)內(nèi)酰胺,最后再經(jīng)胺基取代反應(yīng)關(guān)環(huán)、吲哚環(huán)合成反應(yīng)等簡潔高效地完成了(?)-Ibogamine的不對稱全合成。
2016年,印度的Santosh B. Mhaske課題組發(fā)展了自由基Beckmann重排反應(yīng),在過硫酸銨和DMSO條件下加熱,先生成硫自由基,硫自由基進攻酮肟中的亞胺碳,生成氮自由基,互變異構(gòu)成氧自由基,進而形成氮氧雜三元環(huán),開環(huán)后形成酰胺,從形式上看是和酮肟羥基順側(cè)的烷基或者芳基遷移的,而且這也是制備芳基酰胺的好方法,19個例子都取得了良好的收率,作者還把該自由基Beckmann重排反應(yīng)用于了天然產(chǎn)物的形式全合成中,非常高效。
Org. Lett. 2016, 18, 3450?3453
圖 6 Beckmann重排反應(yīng)應(yīng)用舉例二
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