Кіріспе
Химиялық қайта құрылымдану
Бекманның қайта құрылымдануы, неміс химигі Эрнст Отто Бекманның (1853–1923) есімімен аталған, оксим функционалдық тобының алмастырылған амидтерге өзгеруі болып табылады. Бұл қайта құрылымдану галоиминдер мен нитрондарда да сәтті жүзеге асырылды. Цклдік оксимдер мен галоиминдер лактамдарды түзеді. Бекманның қайта құрылымдануы көбінесе қышқылмен катализденеді; алайда, басқа реагенттер де осы қайта құрылымдануды ынталандыра алады. Оларға тозилхлорид, тионилхлорид, фосфор пентахлориді, фосфор пентоксиді, триэтиламин, натрий гидроксиді, триметилсилил йодиді және тағы басқалары жатады. Бекманның фрагментациясы – бұл қайта құрылымданумен жиі бәсекелесетін тағы бір реакция, бірақ ынталандырушы реагент пен ортаның жағдайларын мұқият таңдау арқасында бірін екіншісінен басым етуге болады, кейде тек бір ғана өнім алынады. Кетоксимдер мен N-хлор/N-фтор иминдер үшін қайта құрылымдану стереоспецификалық болып өтеді, мұнда миграцияланатын топ азоттағы кететін топқа антиперипланарлық жағдайда орналасады. Кейбір жағдайларда оксимнің геометриясы рацемизацияланатыны белгілі, бұл екі региоизомердің түзілуіне әкеледі. Алдоксимдердің қайта құрылымдануы газ фазасында стереоспецификалық, ал ерітінді фазасында стереоспецификалық емес болады. Бірнеше әдістемелер альдоксимдерді бастапқы амидтерге қайта құрылымдануға мүмкіндік береді, бірақ бұл жүйелерде фрагментация көбінесе бәсекелеседі. Нитронның қайта құрылымдануы да стереоспецификалық емес; түзілген региоизомерде амидтік азот ең жоғары миграциялық қабілеті бар топпен алмастырылған. Бекманның классикалық қайта құрылымдануы – циклогексанонның оксим арқылы капролактамға айналуы. Капролактам – Найлон 6 өндірісінің бастапқы шикізаты. Бекман ерітіндісі сірке қышқылы, тұз қышқылы және сірке суынан тұрады және қайта құрылымдануды катализдеу үшін кеңінен қолданылады. Күкірт қышқылы, полифосфор қышқылы және фторсутектік қышқыл сияқты басқа қышқылдар да қолданылған. Күкірт қышқылы аммиакпен бейтараптандырылғанда аммоний сульфаты түзілетіндіктен, коммерциялық лактам өндірісінде ең көп қолданылатын қышқыл болып табылады. Аммоний сульфаты – азот пен күкірт қамтамасыз ететін, ауыл шаруашылығында қолданылатын кең таралған тыңайтқыш.
Реакция механизмі
Бекманның қайта орналасуының ең көп таралған реакциялық механизмі, нитрилий ионын түзету үшін шығып бара жатқан топтың шығарылуына антиперипланарлық алкил көшірілісінен тұрады. Одан кейін имидатқа сольволиз, содан соң амидке таутомеризация жүреді: Бұл нитрилий ионы басқа нуклеофилдермен, оның ішінде оксимнен шыққан топтармен де тоқтатылуы мүмкін. Бекман ерітіндісінде ацетон оксимінің қайта орналасуы үш уксус қышқылы молекуласы мен бір протонды (оксион ионы түрінде) қамтиды. Имминий ионына (σ кешеніне) әкелетін өтпелі күйде метил тобы гидроксил тобы шығарылғанда, келісімді реакцияда азот атомына көшеді. Гидроксил тобындағы оттек атомы үш уксус қышқылы молекуласымен тұрақтандырылады. Келесі қадамда нитрилий ионындағы электрофильді көміртек атомына су шабуылдайды және протон уксус қышқылына қайта беріледі. Имидатқа әкелетін өтпелі күйде судың оттек атомы 4 басқа атоммен координацияланады. Үшінші қадамда изомерлену сатысы азот атомын протондықтап, амидке айналдырады. Гидроксоний ионы мен 6 молекула сумен бірдей есептеудің нәтижесі бірдей, бірақ көшірілген топ фенил тобы болғанда, механизм аралық үш мүшелі π кешенінің түзілуін ұсынады. Бұл π кешені H3O+(H2O)6 құрамында табылмайды. Циклогексанон оксимімен сақиналық кернеуді жеңілдету үшінші реакциялық механизмге әкеледі, ол тікелей протонацияланған капролактамға бір келісімді қадамда, π кешені немесе σ кешенінің аралық түзілуінсіз әкеледі.
This nitrilium ion has been known to be intercepted by other nucleophiles, including the leaving group from the oxime. The rearrangement of acetone oxime in the Beckmann solution involved three acetic acid molecules and one proton (present as an oxonium ion). In the transition state leading to the iminium ion (σ complex), the methyl group migrates to the nitrogen atom in a concerted reaction as the hydroxyl group is expelled. The oxygen atom in the hydroxyl group is stabilized by three acetic acid molecules. In the next step the electrophilic carbon atom in the nitrilium ion is attacked by water and a proton is donated back to acetic acid. In the transition state leading to the imidate, the water oxygen atom is coordinated to 4 other atoms. In the third step, an isomerization step protonates the nitrogen atom leading to the amide. The same computation with a hydroxonium ion and 6 molecules of water has the same result, but when the migrating substituent is a phenyl group, the mechanism favors the formation of an intermediate three membered π complex. This π complex is not found in the H3O+(H2O)6. With the cyclohexanone oxime, the relief of ring strain results in a third reaction mechanism, leading directly to the protonated caprolactam in a single concerted step without the intermediate formation of a π complex or σ complex.
Цианир хлориді көмегімен Бекман реакциясы
Бекманның қайта орналасу реакциясын цианур хлориді мен мырыш хлоридін қоса катализатор ретінде пайдаланып, катализдік етуге болады. Мысалы, циклододеканон сәйкес лактамға айналдырылуы мүмкін, бұл Найлон 12 өндірісінде қолданылатын мономер. Бұл реакцияның механизмі цианур хлоридінің нуклеофильдік ароматикалық алмасу арқылы гидроксил тобын белсендіретін катализдік циклға негізделген. Реакция нәтижесі аралық Мейзенхаймер кешені арқылы бөлініп, жаңа реагентпен алмастырылады.
Бекманның бөлшегілуі
Бекманның фрагментациясы – Бекманның қайта құрылуымен жиі бәсекелес болатын реакция.
Дәрілік синтездегі қолдану
Hoechst–Celanese компаниясы әзірлеген парацетамолдың өнеркәсіптік синтезі метил кетонын Бекманның қайта орналасуы арқылы ацетанилидке түрлендіруді қамтиды. Кетамин синтезінде жүзеге асатын термиялық қайта орналасу, мына сілтемеде көрсетілгендей, Бекманның қайта орналасуы деп есептелді: url.