1) 反应需用高浓度腐蚀性强酸试剂，反应结束后需要用碱进行中和，试剂安全性较差。
2) 重排反应需要加热至120–125 ℃进行，反应过程大量放热，温度常常瞬间升高，反应过程安全性一般。
3) 反应物和产物没有生色团，反应进程监测较困难。
4) 反应后处理时产物损失较大，导致收率较低。
在该研究工作的基础上，我们尝试对该实验方案进行改进与创新设计，并应用于本科教学实验。探索采用以2-萘乙酮为起始原料，经肟化后在Appel盐参与下，常温进行贝克曼重排反应，得到N-(2-萘基)乙酰胺。该实验方案避免了强酸和高温条件的使用，在实验安全性方面体现出独特的优势。同时反应现象明显、产物收率高、可重复性好，适于本科实验教学。
该实验方案综合运用了无水无氧反应(Schlenk)技术、薄层色谱法、柱层析法、核磁共振波谱法。实验综合性强，拓展空间大，能够有效提高学生的综合实验技能；同时将学术上的最新研究成果与本科教学实验相结合，引入新型贝克曼重排的反应机理，通过对比学习，不仅能加深学生对贝克曼重排原理的认知，还增强了对创新意识和科研思维的培养。
1 实验部分
1.1 实验目的
(1) 通过2-萘乙酮肟的制备和重排进一步掌握Beckmann重排反应的原理。
(2) 通过薄层色谱法监测2-萘乙酮肟的制备过程，进一步认识薄层色谱法在有机科研中的重要性。
(3) 熟悉并掌握有机化学实验中合成、监测、分离等单元操作的综合运用。
1.2 实验原理
本实验通过肟化反应和贝克曼重排两步反应来制备N-(2-萘基)乙酰胺。合成路线如下(图 1)：
图1
第一步，2-萘乙酮经盐酸羟胺肟化生成2-萘乙酮肟。
第二步，2-萘乙酮肟在Appel盐的作用下发生贝克曼重排，这一步反应在中性常温下进行，其机理推测如图 2所示：
图2
1.3 实验试剂、仪器与装置
实验所需试剂及材料见表 1。
表1 实验药品和试剂
| 编号 | 试剂 | 纯度 | 制造商 |
| 1 | 2-萘乙酮 | ≥ 98% | 上海阿达玛斯试剂有限公司 |
| 2 | 四氯化碳 | 99.5% | 上海阿达玛斯试剂有限公司 |
| 3 | 醋酸钠 | 分析纯 | 上海泰坦科技股份有限公司 |
| 4 | N, N-二甲基甲酰胺 | 分析纯 | 上海泰坦科技股份有限公司 |
| 5 | 无水硫酸钠 | 分析纯 | 上海泰坦科技股份有限公司 |
| 6 | 石油醚 | 分析纯 | 上海泰坦科技股份有限公司 |
| 7 | 乙酸乙酯 | 分析纯 | 上海泰坦科技股份有限公司 |
| 8 | 无水乙醇 | 分析纯 | 上海泰坦科技股份有限公司 |
| 9 | 石英砂 | ≥ 99.0% | 上海泰坦科技股份有限公司 |
| 10 | 三苯基膦 | ≥ 99.0% | 上海阿拉丁生化科技股份有限公司 |
| 11 | 盐酸羟胺 | 分析纯 | 上海麦克林生化科技有限公司 |
| 12 | 硅胶 | 层析用 | 青岛鼎康硅胶公司 |
实验主要仪器设备见表 2。
表2 实验仪器和型号
| 仪器 | 型号 | 制造商 |
| 电子分析天平 | ME104T/02 | METTLER TOLEDO |
| 旋转蒸发仪 | RV 3 V | 德国IKA公司 |
| 双排管 | M280005 | 北京欣维尔公司 |
| 施兰克管 | 25 mL | 北京欣维尔公司 |
| 磁力加热搅拌器 | IKA艾卡Rct Basic | 德国IKA公司 |
| 核磁共振波谱仪 | 400 MHz | 布鲁克 |
实验装置如图 3所示。
图3
1.4 实验步骤
1.4.1 2-萘乙酮肟的制备
在100 mL三颈烧瓶中加入0.680 g (4 mmol) 2-萘乙酮、0.445 g (6.4 mmol)盐酸羟胺、0.656 g (8 mmol) 醋酸钠、20 mL乙醇(80%)。将上述混合物在90 ℃下搅拌回流3 h，薄层色谱(TLC)监测反应(展开剂为石油醚/乙酸乙酯，10 : 1，体积比)，展开后的薄层板在紫外灯照射下显示已无原料2-萘乙酮，表示反应完全。体系冷却后析出大量白色固体。干燥后称重并计算产率。
1.4.2 N-(2-萘基)乙酰胺的制备
(1) 常温反应。
① 用电子天平称取干燥的2-萘乙酮肟(74.7 mg，0.4 mmol)、三苯基膦(209.8 mg，0.8 mmol)，加入25 mL施兰克(Schlenk)管中。
② 将施兰克管通过带旋塞的导管与无水无氧操作线上的双排管相连。
③ 旋转双排管的双斜旋塞使体系与真空管相连，抽真空2 min。
④ 检查氮气钢瓶减压阀，确保已关闭，再打开氮气钢瓶总开关，调节减压阀，同时注意观察鼓泡器控制气体流速均匀。旋转双排管上双斜三通，使反应系统与惰性气体管路相通。观察鼓泡器，待反应体系压强不小于室内气压即可旋转双斜三通再次抽真空2 min，如此反复3次，即抽换气完毕。
⑤ 在氮气氛围下向反应管中加入四氯化碳(0.046 mL，0.48 mmol)和N, N-二甲基甲酰胺(DMF，3.0 mL)。
⑥ 旋转施兰克管的活塞使其密封，与双排管断开，转动双斜旋塞使双排管不与大气相连，及时关闭氮气钢瓶的总阀和减压阀、关闭真空泵。反应体系在室温下搅拌反应3 h (TLC监测反应)。反应结束后，得到砖红色透明溶液。
(2) 薄层色谱定性分析。
在距离硅胶薄层板一端1 cm处，用铅笔画好起始线，用毛细管点上反应管中粗产品混合样。量取5 mL展开剂(石油醚/乙酸乙酯，体积比3 : 1)倒入展缸中，将点样板放入其中，当展开剂接近板的上端下1 cm处时，将其取出，观察分离情况，并用铅笔画出展开剂前沿。将薄层板放在紫外灯下观察，用铅笔绕亮点作出记号，计算出每个样点的比移值Rf。
(3) 萃取、洗涤。
向反应管中溶液加入5 mL蒸馏水水解，用乙酸乙酯萃取三次(每次10 mL)。有机相用饱和食盐水(10 mL)洗涤。将有机相用无水硫酸镁干燥，过滤后使用旋转蒸发仪浓缩得到红棕色油状粗产物。
(4) 柱层析分离N-(2-萘基)乙酰胺。
① 层析柱的制备：取砂芯色谱柱(直径2 cm)，用硅胶作为吸附剂，湿法装柱。
② 湿法上样：将粗产物用尽量少的二氯甲烷溶解后全部转移至层析柱上层。
③ 洗脱分离：首先用体积比5 : 1的石油醚-乙酸乙酯进行洗脱，必要时加压淋洗；此时极性较小的三苯基膦和2-萘乙酮肟先被洗出；用薄层色谱法对洗脱液进行跟踪，直到三苯基膦和2-萘乙酮肟全部被洗脱，再用约120 mL 3 : 1的石油醚-乙酸乙酯洗脱，最后用1 : 1的石油醚-乙酸乙酯作洗脱剂洗脱出产物，将收集到的产物洗脱液蒸馏浓缩，干燥，称重并计算产率。
(5) 测定N-(2-萘基)乙酰胺的核磁共振氢谱。
称取5 mg产物放入核磁管中，加入0.6 mL氘代氯仿，盖好核磁管帽，轻轻摇晃使样品充分溶解。将核磁管按规定放入转子，擦拭干净后放入仪器。在电脑软件中设置好样品采集所需条件，进行采样，扫描得核磁共振氢谱图。
2 结果与讨论
以2-萘乙酮、盐酸羟胺为原料通过肟化反应得到2-萘乙酮肟的产率为80%。2-萘乙酮肟在中性条件下发生贝克曼重排得到N-(2-萘基)乙酰胺的产率为76%。产物为砖红色粘稠油状物。
将产物进行核磁测定，图 4为N-(2-萘基)乙酰胺的1H NMR谱图，1H NMR (400 MHz, CDCl3)：δ 8.60 (br, 1H)，8.22 (d, J = 1.2 Hz, 1H)，7.78–7.70 (m, 3H)，7.55–7.45 (m, 1H)，7.44–7.39 (m, 2H)，2.22 (s, 3H)。
图4
在1H NMR谱图中，化学位移δ 8.60处为与氮相连的氢的宽峰，2.22处为与羰基相连的甲基氢，与分子结构相符。
3 结语
该实验将Appel反应和贝克曼重排反应相结合，运用无水无氧操作进行合成、薄层色谱法进行反应监测、柱层析法进行分离、核磁共振氢谱进行结构鉴定，从而达到拓展学生实验技能、提高学生实验操作熟练度与连贯性、帮助学生理解实验操作背后原理的目标。该综合实验方案避免了重排反应过程中强酸试剂和高热条件的使用，在中性、常温条件下即可进行贝克曼重排反应，使实验操作的危险性大大降低。通过科研成果与教学方案的有机结合，在符合安全性实验要求、培养安全实验生产意识的同时，引导学生对实验原理进行深层次思考，激发学生的创新能力，适合在面向高年级本科生的有机化学综合实验课程中开展。
