第十一章酰化课件.ppt

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1、第十一 章 酰 化,11.1 概 述11.2 N-酰化11.3 O-酰 化（酯化）11.4 C-酰 化,返回,11.1 概 述,1、定义酰基：从含氧的有机酸或无机酸的分子中除去一个或几个羟基后所剩余的基团。,1,4,酰化：有机分子中与碳原子、氮原子、磷原子、氧原子或硫原子相连的氢被酰基所取代的反应。氨基氮原子上的氢被酰基所取代的反应称N-酰化，生成的产物是酰胺。羟基氧原子上的氢被酰基取代的反应称O-酰化，生成的产物是酯，故又称酯化。碳原子上的氢被酰基取代的反应称C-酰化，生成产物是醛、酮或羧酸。,1,6,H,2、酰化剂：能提供酰基发生酰化反应的物质。最常用的酰化剂主要有：(1) 羧酸：甲酸、乙

2、酸和乙二酸等。(2) 酸酐：乙酐、顺丁烯二酸酐、邻苯二甲酸酐、1,8-萘二甲酸酐以及二氧化碳(碳酸酐)和一氧化碳(甲酸酐)等。,(3) 酰氯：碳酸二酰氯(光气)、乙酰氯、苯甲酰氯、三聚氰酰氯、苯磺酰氯、三氯氧磷(磷酸三酰氢)和三氯化磷(亚磷酸三酰氯)等。某些酰氯不易制成工业品，这时可用羧酸和三氯化磷成亚硫酸氯在无水介质中作酰化剂。,(4) 羧酸酯：乙酰乙酸乙酯、氯乙酸乙酯 、氯甲酸三氯甲酯(双光气)和二(三氯甲基)碳酸酯(三光气)等。(5) 酰胺：如尿素和N,N-二甲基甲酰胺等。(6) 其他：如乙烯酮和双乙烯酮、二硫化碳等。,3、酰化剂的反应活性最常用的酰化剂是羧酸、相应的酸酐或酰氯。羧酸、相

3、应的酸酐和酰氯的活泼性次序是：酰氯酰酐酯羧酸,亲电取代反应，酰化剂以亲电质点参与反应。亲电活性正比于 上 C+ 电荷,1,12,当离去基团相同时：脂肪族芳香族,(1) 在脂肪族酰化剂中，其反应活性随碳链的增长而变弱。长链C活性短链C 只有向氨基氮原子或羟基氧原子上引入甲酰基、乙酰基或羧甲酰基时，才能使用价廉易得的甲酸、乙酸或乙二酸作酰化剂。在引入长碳链的脂酰基时，则需要使用活泼的羧酰氯作酰化剂。,1,14,(2) 当R为芳环时，由于芳环的共轭效应，使酰基碳原子上的部分正电荷降低，从而使酰化剂活性降低。在引入芳羧酰基时也要用活泼的芳羧酰氯作酰化剂。,1,15,(3) 当脂链上或芳环上有吸电基时，

4、酰化剂的活性增强，而有供电基时则活性减弱。 (4) 由弱酸构成的酯也可以作为酰化剂，但是它的活性比羧酸还弱。羧酰胺(例如尿素)则是更弱的酰化剂，一般很少使用。,1,16,由强酸构成的酯，例如硫酸二甲酯和苯甲酸甲酯则是烷化剂，而不是酰化剂，这是因为强酸的酰基吸电子能力很强，使酯分子中烷基碳原子上的正电荷较大的缘故。,1,17,取决于官能团上孤对电子的活性 中性介质中，相同的母体： RNH2ROH RNH2ArNH2 ROH ArOH ArOArOH 芳香族：吸电子基，活性无空间位阻NH2有空间位阻的NH2 如伯NH2仲NH2,4、被酰化物的反应活性,11.2 N-酰化,目的：（1）改变化合物的性

5、质，如染料的色光、牢度、药物的性能 （2）提高NH2在化学反应中的稳定性，以满足合成工艺的需要即暂时保护性保护酰化,返回,1,19,N-酰化是制备酰胺的重要方法。被酰化的胺可以是脂胺，也可以是芳胺；可以是伯胺，也可以是仲胺。上述各种酰化剂在N-酰化中都有应用。,1,20,一、 反应历程碳酰基中带部分正电荷的碳原子向伯胺氮原子上的共用电子对做亲电进攻，形成过度配合物，然后脱去HZ而生成羧酰胺。反应历程可简单表示如下：,酰基是吸电子基，它使酰胺分子中氨基氮原子上的电子云密度隆低，不容易再与亲电性的酰化剂质点相作用，即不容易生成N,N-二酰化物。所以在一般情况下容易制得较纯酰胺。（和N-烷化反应不同

6、）。,二、 胺类结构的影响胺类被酰化的相对反应活性是：伯胺仲胺；脂胺芳胺；无位阻胺有位阻胺即氨基氮原子上电子云密度越高，碱性越强，空间位阻越小，胺被酰化的反应活性越强。,返回,1,23,对于芳胺，环上有供电基时，碱性增强，芳胺的反应活性增加。反之，环上有吸电基时，碱性减弱，芳胺的反应活性降低。对于活泼的胺，可以采用弱酰化剂。对于活性低的胺，则需要使用活泼的酰化剂。,三、用羧酸的N-酰化1、特点最常用、最便宜的酰化剂。较多用于保护性酰化 反应活性弱，一般只有在引入甲酰基、乙酰基、羧甲酰基时才使用甲酸、乙酸或乙二酸作酰化剂。在个别情况下也可用苯甲酸作酰化剂。,1,25,羧酸类酰化剂一般只用于碱性较

7、强的胺或氨的N-酰化。用羧酸的N-酰化是可逆反应，首先是羧酸与胺或氨生成铵盐，然后脱水生成酰胺。,可采取的措施： A，RCOOH过量 B，脱水为加速反应，可加入少量的强酸催化,1,27,脱水的方法：产物、反应物均不易挥发，可以直接将水蒸出,反应物可与水共沸：可共沸蒸馏，冷凝分水后，将有机层返回反应釜在反应中加入苯、甲苯等共沸脱水加入化学脱水剂。如：P2O5、PCl3、POCl3等,1,28,(1)高温熔融脱水酰化法：此法可用于稳定铵盐的脱水。例如，向冰乙酸中通入氨气，使生成乙酸铵，然后逐渐加热到180220进行脱水，即得到乙酰胺。用同样的方法还可以制得丙酰胺和丁酰胺。,1,29,此法也可用于高

8、沸点羧酸和胺类的酰化。例如苯甲酸和苯胺逐渐加热到225进行脱水可制得N-苯甲酰苯胺。,1,30,(2) 反应精馏脱水酰化法：此法主要用于乙酸(b.p.118)与芳胺的N-酰化。例如，将乙酸和苯胺加热至沸腾，用精馏法先蒸出含水稀乙酸，然后减压蒸出多余的乙酸，即可得到N-乙酰苯胺。,(3) 溶剂共沸蒸馏脱水酰化法：主要用于甲酸(b.p.100.8)与芳胺的N-酰化。因为甲酸和水的沸点非常接近，不能用一般精馏法分离，所以必须加入甲苯、二甲苯等惰性溶剂，并用共沸蒸馏法蒸出反应生成的水。,返回,1,32,用此法可制得N-甲酰苯胺、N-甲基-N-甲酰苯胺等中间体。有些酰化过程在高温时容易生成焦油物，使产品

9、颜色变深，而且用羧酸不易酰化完全。为了简化工艺过程，常常不使用羧酸，而使用价格较贵的酸酐或酰氯作酰化剂。,1,33,问 题,A，质子可与NH2结合成铵盐，从而阻碍NH2与酰化试剂的反应，因此必须适当控制反应介质的酸碱度 B，为防止羧酸的腐蚀，应选用铅质或搪瓷反应釜,1,34,2、实例： 1 : 1.3-1.5 N乙酰苯胺 反应结束后蒸出多余的乙酸,1,35,2，3酸,色酚AS,色酚ASBO,色酚ASD,色酚ASRL,1,36,反应体系中加入PCl3 2，3酸：PCl31：0.4 -OH供电基团使邻位羧基活性下降 加入PCl3，2，3酸和PCl3生成,1,37,注意,物料应该干燥 氯苯共沸去水芳

10、胺过量5-10HCl去吸收，搪瓷设备反应终点：130无HCl放出,1,38,色酚AS生产工艺,四、 用酸酐的N-酰化1、活性高于COOH，但价格比 COOH贵，多用于活性较低的氨基或OH的酰化,返回,1,40,常用的酸酐：乙酐、邻苯二甲酸酐,1,41,根据被酰化产物的性质，有多种操作方式：如无溶剂法、非水溶性惰性有机溶剂法、乙酸或过量乙酐溶剂法、水介质法等，,1,42,一般酸酐比相应的酰氯的价格低，但酸酐的生产需要专用的设备和特殊的生产条件,1,43,2、特点无水生成，反应不可逆 在低温条件下，酐的水解较慢，故用乙酐酰化时可以在水介质中进行，反应温度20-90，不需要Cat但对于有较多吸电子基

11、团的芳胺或空间位阻大的芳胺，需要少量的强酸作Cat,乙酐比较活泼，乙酰化反应一般在2090即可顺利进行。乙酐的用量一般只需要过量550。反应生成的乙酸可以起溶剂作用。,1,45,无需Cat的反应,1,46,H酸乙酰化H酸,1,47,需要Cat的反应,1,48,五、 用酰氯的N-酰化酰氯是比相应的酸酐更活泼的酰化剂，许多酰氯比相应的酸酐容易制备，因此常用来作酰化剂。最常用的酰氯是羧酰氯、芳磺酰氯、三聚氰酰氯和光氯。,1,49,1、特点（1）最强的酰化剂，反应不可逆（2）反应放热，常在冰冻条件下反应或使用溶剂稀释以减缓反应速度； 常用溶剂：水、氯仿、乙酸、二氯乙烷、苯、甲苯等（3）采用缚酸剂碱：N

12、aOH、Na2CO3、NaHCO3、三甲胺、三乙胺、吡啶等,1,50,2、脂肪族酰氯酰化,R：C2C18 C数目，反应收率,1,51,酰氯作酰化剂适宜向NH2上引入长链酰基,1,52,一种非常活泼的酰化剂，反应在低T下即可完成；特别适用于空间位阻较大的胺类,1,53,1,54,3、芳族酰氯酰化,1,55,芳族酰化剂的活性低于脂肪族酰氯，一般不易水解，因而可以在强碱性介质中直接滴加酰化剂进行反应,CaCO3和NaOH缚酸剂，抑制OH酰化，在85、NaOH条件下，使少量的OH酰化物水解,返回,1,57,1,58,4、光气酰化,(1)在水介质中的酰化 (2)在有机溶剂中的酰化（甲苯、氯苯、邻二氯苯等

13、）,1,59,(1)在水介质中的酰化J酸和光气反应生成猩红酸，在偶氮染料中用作偶氮组分,1,60,（2）在有机溶剂中的酰化（甲苯、氯苯、邻二氯苯等）,TDI,1,61,实施过程先把熔融的二氨基甲苯溶解于甲苯、氯苯或邻二氯苯中，通入干燥的氯化氢或二氧化碳气体生成铵盐，然后在40160通入光气就可以直接制得异氰酸酯反应完毕用N2赶出氯化氢和剩余的光气，再将氯苯蒸出，最后经过真空蒸馏得到TDI,1,62,1,63,其它反应实例,利谷隆,1,64,氨基甲酸酯类杀虫剂,1,65,5、三聚氯氰酰化三聚氯氰分子中有三个可取代的活泼的氯原子，与胺类进行酰化反应，随着反应条件的加剧，三个氯原子可以依次被取代，直

14、到生成三取代物为止,1,66,三聚氯氰酰化胺类化合物时，根据需要，选择适当的反应温度和pH值范围，控制氯原子的取代程度,1,67,例如：高效低毒、低残留除草剂（西玛津）的合成,一般地说，在产品中常常保留一个或两个活泼氯原子，使产品具有所需要的反应活性。,返回,1,69,六、N酰化反应的终点控制 及酰基的水解,1、反应终点的控制 在芳胺的酰化过程中，未反应的芳胺能重氮化，而酰化物则不能利用这一特性，在滤纸上作渗圈试验，定性检查酰化的终点；,1,70,用标准亚硝酸钠溶液滴定，控制未反应芳胺在0.5以下。按照这一原理，采用定期的自动取样，滴定其中未反应芳胺含量，并根据滴定的结果，调节酰化剂进料阀门的

15、自动装置,1,71,2、水解,（1）反应式 酰胺的水解是对酰胺基的羰基亲核加成,1,72,（2）酰胺基对水解的稳定性顺序,甲酰胺的稳定性最小，从经济观点，对于保护性酰化，应该首选甲酰基或乙酰基,1,73,（3）水解条件,A、碱性条件：采用NaOH水溶液，对有些加热后仍然不溶的胺，可采用NaOH的醇水溶液,1,74,B、酸性水解：多用稀盐酸，有时加入少量的硫酸以加速水解。水解一般取物料的回流温度。对于有些难水解的酰胺（2，6二甲基乙酰苯胺、3，4二硝基乙酰1-萘胺等），可以加入三氟化硼、甲醇等一起回流,1,75,C、要求考虑酰胺键的稳定性和芳胺本身的稳定性 D、采用碱性条件，对设备的腐蚀小，但产

16、物在碱性、高温下易氧化，不如在酸中稳定 采用酸性条件水解，对设备的腐蚀较严重,1,76,11.4 O酰化反应(酯化),酯的种类很多，用途很广制药、香料、阻燃剂、增塑剂、表面活性剂等 O酰化剂：羧酸、酸酐、酰卤,O-酰化指的是醇或酚分子中的羟基氢原子被酰基取代的反应，生成的产物是酯，因此又称为酯化。,一、 用羧酸的酯化羧酸价廉易得，是最常用的酯化剂。但羧酸是弱的酯化剂，它只能用于醇的酯化，而不能用于酚的酯化。,返回,1,78,1、特点,原料便宜，工艺成熟 RCOOH的活性较弱，一般需要Cat， H可逆反应，要使反应顺利进行，除去生成的水/原料过量反应物活性： 伯OH 仲OH 叔OH叔OH脱水成烯

17、 酯化， 故叔醇不用此法酚因OH与Ar共轭，活性较低，不用此法 RCOOH的酸性，酯化速率； 空间位阻，反应活性,1,79,HCOOH CH3COOH RCH2COOH R2CHCOOH R3CCOOH ArCOOH CH3OH RCH2OH R2CHOH R3C-OH,所以在制备叔丁基酯时，不用叔丁醇而改用异丁烯；在制备酚酯时，不用羧酸而改用酸酐或羧酰氯作酯化剂。,返回,2、酯化催化剂 对于许多酯化反应，温度每升高10，酯化速率增加一倍。因此，加热可以增加酯化速率。用羧酸进行酯化时，常加入强质子酸催化剂。氯化氢的催化作用最强，但它的腐蚀性也很强。因此只用于制备氨基酸酯盐酸盐等。如：,（1）在

18、用不饱和酸（例如苯基丙烯酸）进行酯化时，氯化氢可能与烯双键发生加成反应。（2）浓硫酸对于酯的水解的催化作用较弱，但是在羧酸与醇的酯化时，浓硫酸会与醇生成硫酸烷基酯而且有很好的催化作用。浓硫酸价廉、腐蚀性小，曾经是工业上最常用的酯化催化剂。但是使用浓硫酸作催化剂时，会发生很多副反应，现在浓硫酸逐渐被更好的催化剂所代替。,返回,（3）工业上使用的磺酸类催化剂是对甲苯磺酸，它虽然价贵，但不会像浓硫酸那样引起副反应，已逐渐代替浓硫酸。（4）强酸性阳离子交换树脂，如：酚醛磺酸树脂和聚苯乙烯磺酸树脂等也有良好的催化作用，它们的特点是可以回收使用，特别适用于固定床连续酯化。,3用羧酸和醇的酯化方法用羧酸的酯

19、化是可逆反应，酯化的平衡常数K都不大，为了使羧酸尽可能完全反应，可采用以下4种方法：(1) 用大过量低碳醇； (2)从酯化反应物中蒸出生成的酯 ；(3)从酯化反应物中直接蒸出水；(4)共沸精馏蒸水法。,返回,1,85,实例,A、丙烯酸酯,O,R,1,86,B、香料,1,87,C、聚酯,1,88,二、酸酐酯化,特点： （1）活性强、反应不可逆 （2）适用于较难反应的酚类化合物或空间位阻大的体系 常用的催化剂：硫酸、吡啶、高氯酸、氯化锌、三氯化铁、叔胺、无水乙酸钠等酸性或碱性物质,1,89,常用酸酐： 乙酐、顺丁烯二酸酐、丁二酸酐、邻苯二甲酸酐等。,1单酯的制备酸酐是较强的酯化剂，只利用酸酐的一个

20、羧基制备单酯时，反应不生成水，是不可逆反应，酯化可在较温和的条件下进行。酯化时可以使用催化剂，也可不使用催化剂。酸催化的作用是提供质子。,返回,1,91,2双酯的制备用环状羧酸酐可以制得双酯。其中产量最大的是邻苯二甲酸二异辛酯，它是重要的增塑剂。在制备双酯时，反应是分两步进行的，即先生成单酯，再生成双酯。,第一步生成单酯非常容易，第二步由单酯生成双酯属于用羧酸的酯化，需要较高的酯化温度，且要用催化剂。,返回,1,93,实例A、制备DOP,1,94,B、制备医药Aspine,1,95,C、合成香料,三、 用酰氯的酯化最常用的酰氯：长碳链脂酰氯、芳羧酰氯、芳磺酰氯、光气、氨基甲酰氯、氯甲酸酯和三聚

21、氯氰等。,返回,1,97,为了加速反应、控制反应方向或抑制氯烷的生成，需要加入缚酸剂。常用的缚酸剂有：氨气、液氨、无水碳酸钾、氢氧化钠水溶液、氢氧化钙溶液、吡啶、三乙胺、N,N-二甲基苯胺等。,1,98,特点：不可逆，活性高，反应较易进行,1,100,碳酸二苯酯,1,101,阻燃型增塑剂,四、 用双乙烯酮的酯化双乙烯酮可以看成是乙酰乙酸的酸酐，它与醇在浓H2SO4或三乙胺等催化剂存在下发生加成酯化制得乙酰乙酸酯。如：,返回,五、 用腈或酰胺的酯化当腈或酰胺比相应的羧酸更易获得时，也可用作酯化剂。如苯乙腈是由氯苄与氰化钠制得的，苯乙酰胺是由苯乙烯与多硫化铵水溶液制得的，两者都比苯乙酸容易获得。

22、如：,六、 酯交换法酯可以和其它的醇、羧酸或酯分子中的烷氧基或酰基进行互换反应，实现由一种酯转化为另一种酯 最常用的酯交换是酯-醇交换法，其次是酯-酸交换法。,返回,11.4 C-酰 化,C-酰化是指碳原子上的氢被酰基取代的反应。在精细有机合成中主要用于在芳环上引入酰基，以制备芳酮、芳醛和羟基芳酸。,返回,1,106,一般以酰氯或酸酐为酰化剂，Cat为路易斯酸或质子酸 如无水AlCl3（非常活泼）、 ZnCl2、多磷酸等 反应的影响因素同C烷基化反应 芳环上有供电子基团（OH、NH2、OR或NHR等），使反应活化 芳环上有吸电子基团使反应钝化 定位：第一类取代基的对位； 当对位被取代，则进入邻

23、位,1,107,一、C-酰化制芳酮用羧酰氯、酸酐和羧酸在一定条件下可使酰基取代芳环上的氢，制得芳酮。1反应历程属付氏反应，芳环上的亲电取代反应。,当用羧酰氯作酰化剂时，一般用无水AlCl3作催化剂，其历程如下：,芳酮与三氯化铝的配合物遇水即分解为芳酮。(1) 理论上，1 mol AlCl3要消耗1 mol AlCl3，实际上要过量10% 50%；(2) 当用酸酐作酰化剂时，若只让酸酐中的一个酰基参加反应时，1mol酸酐至少需要2 mol AlCl3 。,返回,2被酰化物结构的影响当芳环上有强供电基时，反应容易进行，可不用AlCl3作催化剂，而用无水氯化锌、多聚磷酸等温和催化剂。当芳环上有吸电子

24、基时，使C-酰化难于进行。因此当芳环上引入一个酰基后，芳环被钝化。,返回,3C-酰化的催化剂最常用的催化剂是无水AlCl3优点：价廉易得、催化活性高、技术成熟。缺点:产生大量的含铝盐废液。对于活泼的化合物的C-酰化容易引起副反应，此时改用无水氯化锌、多聚磷酸和三氟化硼等温和催化剂。,4、C-酰化的溶剂 用过量（被酰化的）低沸点芳烃； 用过量酰化剂； 另外加入适当的溶剂，如硝基苯、二氯乙烷、四氯化碳、二硫化碳和石油醚等。,实例：,返回,1,114,苯甲酰基苯甲酸（B，B酸）水解缩合成为蒽醌,1,115,3,5二甲基特丁基苯 2,6二甲基4特丁基苯乙酮空间位阻效应，只能引入一个酰基,1,116,要

25、求使用过量的溶剂,1,117,二、C-甲酰化制芳醛 （1）Vilsmeier 反应 以甲酸的N-取代酰胺作酰化剂，在催化剂的参与下向芳环或杂环上引入醛基。最常用的酰胺是N,N-二甲基甲酰胺；最常用的促进剂是三氯氧磷，也可以用光气、亚硫酰氯、乙酐、草酰氯或无水氯化锌等。,1,119,只适用于芳环上或杂环上电子云密度较高的化合物，例如N,N-二甲基芳胺、酚类、酚醚、多环芳烃以及噻吩和吲哚衍生物等。,1,120,（2）Reimer-Tiemann反应 酚类在氢氧化钠水溶液中与三氯甲烷作用，在芳环上引入醛基而生成羟基芳醛，例如邻羟基苯甲醛和2-羟基-1-苯甲醛的制备。,三、C-酰化制芳酸（C-羧化）用碳酸酐，即二氧化碳对芳环进行C-酰化，可以期望在芳环上引入羧基。二氧化碳很不活泼，此法只适用了活泼的酚类的羧化制羧基芳酸。,1,122,例如，无水苯酚钠在高温下与CO2反应得邻羟基苯甲酸。活泼的酚（如间氨基酚、间苯儿酚等）的羧化可在水介质中进行。由无水2-萘酚钠在高温下与CO2反应得2-羟基萘-3-甲酸（2,3-酸）。,