Beckmann重排反应的研究进展

Beckmann重排反应的研究进展

Beckmann重排反应是有机化学中一种重要的重排反应，广泛应用于尼龙-6单体、大环内酯类抗生素、抗疟药等重要化学品的合成。近年来，随着绿色化学理念的兴起，化学家们致力于开发更加环保、高效的Beckmann重排反应新工艺。本文综述了Beckmann重排反应在有机及药物合成中的应用，并对其研究新进展进行了总结。

1886年，Beckmann首次发现酮肟在PCl5的作用下可以转化为取代酰胺，这是历史上最早的Beckmann重排反应。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。

Beckmann重排反应在有机及药物合成中的应用

1.1 生产尼龙-6单体——己内酰胺

目前，己内酰胺的工业生产方法主要有苯酚法、环己烷氧化法、甲苯法、光亚硝化法等，其中由环己酮肟发生Beckmann重排生产己内酰胺的工艺占己内酰胺总产量的90%。己内酰胺在水存在下发生缩聚反应，生成线型聚酰胺（尼龙-6）。作为合成纤维的重要材料，尼龙-6可加工成衬衫、套衫、睡衣、地毯、毛毯等日用品；工业尼龙丝可以用于制作帐篷、汽车轮胎、电缆、渔网、绝缘材料等；尼龙工程塑料用于制作注射成型和挤压成型的贮器等薄膜类制品。

1.2 合成大环内酯类抗生素

阿奇霉素是红霉素的半合成中间体半合成衍生物，抗菌谱比红霉素更宽，除了保留抗革兰阳性菌活性外，对部分格兰阴性球菌、杆菌及厌氧菌亦有较好活性，该药在1988年上市以来，已成为国际上最重要的抗感染药物之一。阿奇霉素的经典合成路线是以红霉素为原料，经成肟、Beckmann重排、亚胺醚还原及N-甲基化等反应，最终完成阿奇霉素的合成。其中，Beckmann重排反应是阿奇霉素合成的特征反应。

1.3 合成抗疟药甲氟喹盐酸盐中间体

甲氟喹可有效杀死各种疟原虫无性体，用于预防和治疗无并发症的疟疾病，是一种高效的抗疟药。Beckmann重排反应在甲氟喹的中间体合成中发挥了重要作用。张鲁中等以邻三氟甲基苯胺、三氟甲基乙酰乙酸乙酯和环戊酮为起始原料，以L.脯氨酸催化的羟醛缩合反应和Beckmann重排反应为关键反应构筑了需要构型的手性中心，经过7步反应以14.0%的总收率合成了甲氟喹盐酸盐。

Beckmann重排反应方法的研究进展

Beckmann重排反应主要包括气相、液相两大类合成方法，以下介绍近年来应用到该反应中的绿色清洁温和的催化剂及反应体系。

2.1 气相Beckmann重排的研究进展

1941年，Lazier首次开始研究在固体酸催化下环己酮肟气相Beckmann重排反应，由于其不存在设备腐蚀和有害物质，并成功避免了硫酸铵的产生，具有明显的环保优势。目前研究的固体酸催化剂主要有氧化物及多元复合氧化物、分子筛等。

2.2 液相Beckmann重排的研究进展

与气相重排相比，液相重排反应条件更温和，对设备要求低，有利于装置整改。在液相Beckmann重排的研究初期，将醛肟或酮肟为原料以液体形式在硫酸、氯磺酸、多聚磷酸等酸性催化剂催化下发生重排，生成相应的取代酰胺。这些催化剂可以使原料具有非常好的转化率和选择性，其中采用浓硫酸或发烟硫酸为催化剂可使己内酰胺的选择性达99%以上。但是，由于其强酸性、强氧化性、强腐蚀性、毒性等因素，会使得操作过程复杂，不易控制，腐蚀设备，而且大量的副产物硫酸铵会造成严重的环境污染。近年来，国内外化学工作者们通过不懈努力，发现了许多新的有效的催化体系，使醛肟和酮肟的液相Beckmann重排反应取得很大的进展。

总结与展望

早期研究的Beckmann重排反应主要是酮肟或醛肟在各种简单的酸的催化下重排，如今出现了负载型氧化物、分子筛、离子液体、各类树脂、有机酸等具有高转化率、高选择性的新型催化剂。虽然催化Beckmann重排的催化剂很多，但效果非常理想的并不多见，因为各类催化剂均存在各自的致命缺点。目前的大部分研究工作仍停留在理论研究层面，想要推广到实际应用仍需不断探索用于Beckmann重排反应的新催化剂和新工艺。Beckmann重排反应在化工生产中担任着无法替代的角色，因此继续开展该反应的研究仍然具有重要的理论价值。不难预料，Beckmann重排反应的潜在价值将会在未来被充分挖掘，相信它将在更多的应用中大放异彩。