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1、Fries 重排反应重排反应摘要：摘要：本文从 Fries 重排反应的定义、机理、催化条件方面对该反应做了简单的论述，并介绍了该重排反应在有机合成中的应用。关键字关键字：Fries 重排；机理；条件；应用Fries 重排反应是酚酯在 Friedel-Crafts 反应的催化剂或路易斯酸催化下酰基从氧原子上迁移至苯环的邻位或对位，生成邻羟基芳酮和对羟基芳酮的重排反应。重排可以在硝基苯、硝基甲烷等溶剂中进行，也可以不用溶剂直接加热进行，用硝基苯作溶剂能加速反应1。1.反应的机理反应的机理Fries 重排的反应机理还不十分清楚。影响比较大且被广泛接受的机理是该重排属于芳香族亲电重排，迁移基作为亲电试
2、剂进攻芳环，主要得到邻位和对位产物。催化剂（如 AlCl3）先与酚酯形成络合物，络合物形成后，酚酯溶液呈黄绿色，如果在温度不超过 20时，立刻进行水解，可定量地得回原来的酚酯。但在有氢氯酸存在时，能防止水解。由于上述络合物的生成，使酰基与氧相联的键减弱，因而在此处容易发生异裂，生成苯氧负离子(i)和酰基正碳离子(ii)。苯氧负离子（i）和酰基正离子（ii）两种离子的形成产生了重排的条件，因为酰基正离子是很好的亲电试剂，可与苯氧负离子发生亲电取代。苯氧负离子由于氧上的孤对电子可与苯环共轭，使它的邻位、对位上的电子密度增大，成为亲电试剂酰基正离子的攻击中心。酰基正离子分别进攻苯环的邻对位生成物质（
3、iii） （iv） 。 （iii） （iv）经过水解（将反应液倒入冰水中）得了邻、对位酮OCROAlCl OAlCl RCO 合 合 合 合 合 合合 合 i i 合 合合 合 i i i i 合 合基酚（也可叫酚酮）混合产物。2.反应的条件反应的条件2在反应中，催化剂的选择及反应温度对反应速度、收率、芳酮异构体的比例有很大影响。2.1 酚酯结构酚酯结构由 Fries 重排反应机理，酰基正离子作为亲电试剂，与苯氧负离子发生亲电取代，提高苯氧负离子的电子云密度有利反应的进行。因此酚酯上苯环带有供电子基有利于重排反应，而吸电子基的存在使芳环钝化，不利于 Fries 重排反应。当酚酯的芳环上带有间位
4、定位基（第二类定位基如-COOR、-NO2 等）不能发生 Fries 重排，如硝基苯的酯。 2.2 反应温度反应温度反应温度高低对反应产物影响很明显，低温有利于形成对位产物，高温有利于形成邻位产物，这是因为低温时对位产物的生成速率比较大（动力学控制） ，而高温时生成的邻位产物能形成分子内的氢键，比对位稳定（热力学控制） 。2.3 催化剂的选择催化剂的选择3Fries 重排反应常用的催化剂是 Lewis 酸或 Bronsted 酸，如 AlX3 （X=Cl、Br、I） 、BF3 、TiCl4、FeCl3、ZnCl2、HF、H2 SO4 等。至今人们仍在C C l l AlO RCO OAlCl
5、HCOROAlCl COR HCl OAlCl CORHOAlCl COR HCl(iii)(iv)广泛使用这些催化剂催化 Fries 重排反应，但它们大多存在以下缺点：（1）用量较大，通常按 1.13 倍摩尔比加入，且不能重复使用；（2）自身有腐蚀性，操作处理有一定的危险性；（3）选择性差，副产物多，产品分离纯化困难；（4）产生挥发性有毒气体，污染环境。近几年来，人们开始改进和研发新型、环境友好、经济适用的 Fries 重排反应催化剂，例如甲磺酸类、金属-三氟甲磺酸盐、杂多酸、沸石、离子液体等,已经取得了很好的催化效果。甲磺酸（MSA）较 H2SO4、HF 有诸多优点，是一种易得、可重复使用
6、的催化剂。使用 MSA 催化 Fries 重排反应，MSA 既作催化剂，又作溶剂，反应时间较短，反应过程和后处理也较简单。另有文献报道，使用 Al2O3 /甲磺酸及POCl3甲磺酸催化 Fries 重排，通过优化反应条件也得到了较好的收率，Mouhtady 等系统研究了金属（Mg、Ca、Sc 、Y、Ln、Bi 等）三氟甲磺酸盐催化的 Fries 重排反应，表明单一使用 M(OTf)n 作催化，效果并不理想，仅 Bi(OTf)3 效果较好。而使用 M(OTf)n -MSA 作催化，产率均在 90% 左右，其中 Y(OTf)3 -MSA 、Sc(OTf)3 -MSA 、Cu(OTf)2-MSA 催
7、化活性最好，但因Y、Sc 价格昂贵，因而 Cu(OTf)2 -MSA 是一种更经济、高效的 Fries 重排催化剂。金属三氟甲磺酸盐因有较高的催化活性、低毒、可再生等优点，广泛用于 Fries 重排，但某些金属价格昂贵（尤其是镧系金属） ，限制了它在工业化中的应用。 杂多酸（HPA）是另一类被广泛研究的固体酸催化剂，HPA 是由杂多阴离子和质子组成的强 Bronsted 酸。HPA 类催化剂催化 Fries 重排反应有下述特点：（1）此类催化剂有负载型和非负载型。 （2）可用于均相和非均相催化体系，均相体系通常用极性溶剂（如硝基苯、邻二氯苯等）作溶剂，非均相体系通常用非极性高级烷烃（如十二烷）
8、作溶剂；负载型 HPA 类催化剂常用于非均相体系，SiO2 固载的磷钨酸例外。 （3）此类催化剂酸性较强，故催化活性较高。（4）此类催化剂可再生重复使用。沸石具有腐蚀性强、产物难分离等特点。沸石是高活性的水合铝硅酸盐，在脱水的情况下，在理想的晶体内产生均匀的孔结构。沸石的类型决定于孔径的大小。不同类型沸石催化 Fries 重排反应中，酚酯重排后邻、对位羟基酮的比例主要取决于沸石结构。有文献使用新型离子液体即作溶剂，又用 Lewis 酸催化 Fries 重排反应，得到较好的收率及较高的选择性。并指出了离子液的酸性强弱对于产物的影响。在较低酸性下，邻位重排产物为主；在较高酸性下，对位重排产物为主。
9、3.反应的选择性反应的选择性发生 Fries 重排反应邻、对位产物之间的比例与反应温度、溶剂及催化剂用量有关，低温有利于形成对位产物，高温有利于形成邻位产物，这是因为低温时对位产物的生成速率比较大（动力学控制） ，而高温时生成的邻位产物能形成分子内的氢键，比对位稳定（热力学控制） 。所得到的邻位和对位异构体产物可用水蒸气蒸馏的方法分离。之所以可以选择水蒸气蒸馏法分离，是因为在水溶液中邻位酚酮可在分子内形成氢键，而对位酚酮可形成分子间氢键。这就决定了二者在沸点和水溶性方面的不同。显然前者的沸点和溶解度均低于后者，所以邻位酚酮可随水蒸气蒸出（水溶性小，挥发性大） ，而对位酚酮不易蒸出（水溶性大，挥
10、发性小）如果在发生 Fries 重排反应时，邻位被占据时重排得到较好的单一产物。同理，如果在发生 Fries 重排的时，对位被占据时重排则只能选择邻位进行，如此得到的产物也是单一的。4.Fries 重排反应的应用重排反应的应用4.1 医药方面医药方面4邻羟基苯乙酮和对羟基苯乙酮是重要的有机化工原料，可用来制作香料，是制药工业中合成多种药物的中间体。对羟基苯乙酮主要用于医药中间体及饲料添加剂的合成，如利胆药及平喘药沙丁胺醇、消炎药丁苯羟酸(Bufexamac)等；邻羟基苯乙酮主要用作医药中间体及合成香料，如抗心律失常药盐酸普罗帕酮(PropafenoneHydrochloride)、抗真菌类药盐
11、酸氯康唑(CroConazole-Hydrochloride)等。而乙酸苯酯(PhenylAcetate，简写为 PA)的 Fries 重排反应是合成对羟基苯乙酮和邻羟基苯乙酮的主要路线。4.2 农药方面农药方面5o/p-羟基苯丁酮，商品名银泰，为 o-羟基苯丁酮和 p-羟基苯丁酮的混合物，是山东省农业仿生应用工程研究中心开发研制的新型仿生农用杀菌剂。它们是以银杏外种皮中的杀菌、抑菌活性化合物的化学结构为模板，经过结构简化，人工模拟合成得到。药效实验证明，o/p-羟基苯丁酮对苹果腐烂病、苹果及番茄轮纹病、玉米大斑病及小麦纹枯病具有良好的防治效果，其中 o-羟基苯丁酮的抑菌、杀菌活性高于 p-羟
12、基苯丁酮。目前 o/p-羟基苯丁酮以丁酸苯酯为原料经 Fries 重排制备。提高重排反应中 o-羟基苯丁酮的收率，有利于提高农药药效。4.结束语结束语通过对 Fries 重排反应的反应机理、条件以及在医药和农药等方面的具体应用的讨论，我们可以得知 Fries 重排反应在合成芳酮方面具有重要意义。Fries重排反应在有机合成中的诸多应用也日益广泛。参考文献参考文献1邢其毅,徐瑞秋.基础有机化学M.第三版.北京:高等教育出版社,2010:768.2史春越.浅谈 Fries 重排反应在有机合成中的应用J.化学教育,2009,(5):7-83郑梅花,刘洋,赵瑾,王超杰.Fries 重排反应催化剂的研究进展 J.化学教育,2008,27(1):78-814吕丽莉.乙酸苯醋 Fries 重排反应的研究.上海:华东师范大学,2005.5杨克迪,胡小明等.丁酸苯酯 Fries 重排制备 o-羟基苯丁酮J.化学工程,2007,35(10):66-67
