药物合成反应第三章 酰化反应

羧酸为酰化剂,反应机理：直接亲电酰化（双分子） L：离去基团 酰化能力较弱的酰化剂通常以双分子历程，经历先加成后消除的机理完成酰化反应。 这类酰化剂一般包括羧酸、羧酸酯和酰胺等。,1,羧酸为酰化剂,影响因素： 总的来讲，作为亲电酰化，只要能让亲电试剂酰基碳所带正电荷越多，或者让被进攻的氧所带负电荷越多，就能促进酰化反应的进行。因此本章酰化剂的活性顺序：RCOClO4 RCOBF4 RCOX RCOOCOR RCOOR、RCOOH RCONHR；被酰化底物活性顺序胺醇、酚烃。酸碱催化： 碱催化作用是可以使较弱的亲核试剂H-Nu转化成亲核性较强的亲核试剂Nu-，从而加速反应。 酸催化的作用是它可以使羰基质子化，转化成羰基碳上带有更大正电性、更容易受亲核试剂进攻的基团，从而加速反应进行。,1,羧酸为酰化剂,底物结构：作为酰化剂的羧酸，羧基位吸电子基越强，羰基碳电子云密度越低，越容易进攻氧原子。所以羧酸的酸性越强，酰化能力就越强；另外，受到共轭效应影响，不饱和脂肪酸、芳香酸的酸性略强于饱和脂肪酸，所以酰化能力也略强。 但需要注意芳香酸羧基的两个临位，如果被占据，则由于位阻问题难以酰化。作为被酰化的醇/酚，电子云密度越大越好，但结合位阻因素，结论是活性顺序：甲醇 伯醇 仲醇 叔醇、烯丙醇、苄醇；后三者因易形成稳定的碳正离子，容易水解。 此外，酚（包括芳胺），由于共轭导致电子云密度低，必须使用较强酰化试剂。,1,羧酸为酰化剂,反应条件：酸催化反应，质子酸常用浓硫酸、磷酸、无水卤化氢等，成本低廉。 也可以使用Lewis酸，通常收率高，不发生重排和加成等副反应，特别使用与不饱和酸/醇。,1,羧酸为酰化剂,碳二亚胺类催化剂 通过与羧酸作用，增强羧酸活性，促进酰化反应。 可与4-二甲氨基吡啶（DMAP）合用，效果更佳！,1,羧酸为酰化剂,偶氮二羧酸二乙酯(DEAD)催化剂 偶氮二羧酸二乙酯与三苯基膦催化，可提升醇的反应活性。 1. 由于三苯基膦的位阻，伯醇、仲醇较易生成活性中间体进行反应； 2. 反应后醇构型反转；,1,羧酸酯酰化剂,反应机理：双分子亲电酰化影响因素：酸/碱催化 羧酸酯属弱活性酰化剂，需要适当催化。 酸催化可增强羧酸酯（酰化 剂）的活性； 碱催化可增强醇（被酰化物 ）的活性； 无论如何催化，酯交换都是 一种平衡，都可用平衡的手 段促进反应。,2,羧酸酯酰化剂,底物结构 与羧酸作为酰化剂时相同，羧羰基连有吸电子基对酯交换有利，而醇则连有供电子基有利； 此外，酯的烷氧基对酯交换也有影响，烷氧基上氧的电子云密度越低越好，换句话说，与 羧酸成酯的醇，其酸性越强越好：RCOOAr RCOOCH3 RCOOC2H5; 由于羧酸甲脂/乙酯 活性尚可，且生成 的低沸点醇可蒸馏 除去，所以常常看 到它们的应用。,2,羧酸酯酰化剂,应用特点： 普通羧酸酯活性较弱，实际应用时还可使用羧酸的活性酯。 直接将下列试剂加入反应体系即可，无需单独分离活性酯成分。 羧酸硫醇酯： 羧酸吡啶酯： 羧酸三硝基苯酯：,2,酸酐做酰化剂,反应机理：单分子亲电取代 酸酐属强酰化剂，可形成酰基正离子，对醇进行亲电取代。 酸酐通常需要催还，常见的条件是质子酸、Lewis酸或吡啶类有机碱。应用特点 单一酸酐为酰化剂，由于市售酸酐种类很有限，所以应用受限。,3,酸酐做酰化剂,混合酸酐的应用 三氟乙酸-羧酸混合酸酐，适合于立体位阻较大的醇。 磺酸-羧酸混合酸酐，由于在碱性的吡啶条件下反应，特别适合于对酸敏感的叔醇、烯丙醇 和苄醇等。 需要指出的是，三氟乙酸和磺酸自身都是强酰化剂，为避免它们直接与醇酰化，投料上需 要先与羧酸成酐，再滴加被酰化的醇。,3,酰氯为酰化剂,反应机理： 与酸酐类似，酰氯属强酰化试剂，能解离出酰基正离子进行单分子亲电酰化。影响因素：酸碱催化 通常用Lewis酸或有机碱来催化酰氯的酰化，吡啶类有机碱兼具缚酸剂效果；酰氯的结构 与其他酰化一致，能是酰基碳电子云密度降低的就能促进反应，所以脂肪族酰 氯的活性一般强于芳香族酰氯；应用特点1,2-邻二醇的选择酰化 有机锡催化剂催化位阻小的伯醇酰化；,4,酰氯为酰化剂,非1,2-邻二醇的选择酰化 2,3,5-三甲基吡啶（collodine）催化位阻小的伯醇酰化；仲醇的酰化 选用常规的吡啶做催化剂兼缚酸剂位阻更大的酰氯和叔醇，加入氰化银有助于反应，较好的溶剂是六甲基磷酰三胺(HPMA),4,酰胺做酰化剂,应用特点 普通酰胺，由于氮原子的供电子效应，弱化了酰基的酰化能力，所以只有少数活性酰胺才 能作为酰化剂，多数为酰基咪唑和三氮唑衍生物。 加入少量NBS 还可增强活性！,5,羧酸为酰化剂,总的来说，胺的酰化与氧的酰化十分类似，许多机理、条件和方法都一致。反应机理：双分子亲电酰化 氮的亲核性强于氧，所以，氨(胺)基的活性一般比羟基高，但是羧酸能与胺形成盐，降低 了氮原子的电子云密度，不利于酰化。应用特点 活性太弱必须加DCC或CDI等催化剂,1,羧酸酯酰化剂,反应机理：与醇的酰化相同 羧酸酯对胺的N-酰化可以看做是酯的氨解反应，与水解类似，存在平衡。应用特点 对于反应活性较低的原料，可以加入强碱(氨基钠、丁基锂以及甲基氯化镁等)使胺去质子 化以增加其亲核能力，但要严格控制水分； 活性酯同样适用于N-酰化，多用于多肽和抗生素等的合成。,2,酸酐做酰化剂,反应机理：与氧的酰化相同应用特点 使用环状酸酐时， 高温条件下一般 的双酰化产物。 使用光气（COCl2)或氯甲酸乙酯等可与羧酸生成混合酸酐。,3,酰氯为酰化剂,反应机理：略应用特点 反应常加入碱，不仅可以中和生成的氯化氢，防止胺生成铵盐而降低亲核能力，有机碱有 时还可以与酰氯生成酰铵盐，而起到催化作用。 酰胺的氮原子活性很差，但在强碱NaH 的作用下，强行夺取氮上的氢，形成氮 负离子，增加了其电子云密度，使其可 再次酰化。,4,酰胺做酰化剂,应用特点 活性酰胺作为酰化剂，在温和条件下实现酰化。,5,芳烃碳的酰化,傅克酰化反应反应机理：亲电取代 不同反应条件决定具体反应历程 ，以酰氯/三氯化铝为例，亲电试剂可以有以下几种：影响因素酰化剂的影响 常用的酰化剂按活性顺序排列有酰卤、酸酐、酯和羧酸等； a位为叔碳原子的酰卤由于能脱一氧化碳而常常得到烷基化物；,1,芳烃碳的酰化,酰化剂的、位存在卤素、羟基、双键或羧基等基团时，可发生二次烷基化/酰化闭环。被酰化物的影响 主要是苯环的定位规则 此外，如果烷氧基邻位酰化，常发生烷氧基脱烷基化，例如上面的反应。,1,芳烃碳的酰化,催化剂的影响 常用的催化剂为AlCl3、BF3、SnCl4和ZnCl2等Lewis酸以及HF、HCl、H2SO4、CF3SO3H 和PPA等质子酸。 通常情况下，以酸酐和酰卤为酰化剂时采用Lewis酸催化，而以羧酸为酰化剂时则采用质子 酸催化。应用特点,1,芳烃碳的酰化,Hoesch反应与Gattermann反应Hoesch反应机理：影响因素被酰化物：要求电子云密度高，即苯环上一定要有2个供电子基（一元酚酰化在氧上）。,1,芳烃碳的酰化,腈的结构 腈基电子云密度越低反应越容易，所以脂肪腈活性大于芳香腈；吸电子基越多活性越好。 由于腈的活性很强，二氯乙腈可以与无活化的苯环发生Hoesch反应。应用特点 BCl3可以催化一元酚和苯胺在其邻位酰化，也能催化芳香腈发生Hoesch反应。,1,芳烃碳的酰化,Gattermann反应 Gattermann反应可看做是Hoesch反应的特例，使用氰化氢来酰化芳环，最终得芳醛。,1,芳烃碳的酰化,Vilsmeier-Haack反应 Vilsmeier-Haack反应，是以二取代甲酰胺/三氯氧磷为酰化剂，对芳烃进行的甲酰化反应。反应机理应用特点 苯环上带有一个供电子基即可反应，酰化剂多为DMF等甲酰胺。,1,芳烃碳的酰化,Reimer-Tiemann反应 芳香族化合物在碱溶液中与氯仿作用，发生芳环氢被甲酰基取代的反应。应用特点 反应收率一般不高，且主要以邻位为主，但如果采用-环糊精（ -CD）为催化剂则以对位 产物为主。 此外，光照条件下Reimer-Tiemann反应也能以自由基机理发生。,1,少量,烯烃碳的烃化,反应机理：酰基正离子对双键的加成再消除 由于反应条件与傅克酰化相似，因此该反应可看做脂肪碳原子上的傅克反应。应用特点 制备，-不饱和酮 由于碳正离子中间体稳定性因素，酰基引入到烷基取代较少的一侧。 炔烃的酰化，效果为酰基“加成”。,2,羰基 位的烃化,活性亚甲基的酰化反应机理：应用特点 直接产物若是三羰基化合物，则其通常都不是最终产物！因为羰基相互影响，增加了对方 的反应活性，后果是若酯水解成了羧酸，则加热往往脱羧；酯没水解，则另一个酮羰基则 易受到亲核进攻，使该侧的酰基脱落。,3,羰基 位的烃化,又如：,3,羰基 位的烃化,Claisen酯缩合反应和Diechmann反应反应机理： 含有-氢的酯在金属钠或醇钠等碱性缩合