第六章酰基化反应.ppt

第五章酰基化反应 定义 在有机化合物分子中的碳 氮 氧 硫等原子上引入脂肪族或芳香族酰基的反应称为酰基化反应 简称为酰化 酰基 是指从含氧的无机酸 有机按酸或磺酸分子中除去羟基后所剩余的基团 RCO 氮酰化 将酰基引人氮原子上合成酰胺化合物的反应称为氮酰化 碳酰化 将酰基引入碳原子上合成芳酮或芳醛的反应称为碳酰化 酰化反应可用下述通式表示式中的RCOZ为酰化剂 其中的Z代表 X OCOR OH OR NHR 等 GH为被酰化物 其中的G代表ARNH R NH R O Ar等 酰基化反应介绍 研究意义 1 在羟基或氨基等官能团上引入酰基后可改变原化合物性质和功能 如染料的染色性能和牢度指标有所改变 药物分子中引入酰基可改变药性 2 可用来保护氨基 反应完成后再将酰基水解去掉 如 在苯胺上引入硝基时 我们一般用苯胺与混酸发生亲电取代反应即可 但苯胺非常易被氧化 甚至空气中的氧气就能将无色透明的苯胺液体在几个小时内氧化成黑色的苯醌染料 混酸更是一种强氧化剂 所以必须先将氨基保护起来才能用混酸硝化 若不保护氨基 则 黑色染料 苯醌 酰基化反应介绍 2 定义 酰基化反应指的是有机化合物分子中与碳原子 氮原子 氧原子或硫原子相连的氢被酰基所取代的反应 3 分类 5 1N 酰基化反应 一 N 酰化的基本原理 N 酰化 是将胺类化合物与酰化剂反应 在氨基的氮原子上引入酰基而成为酰胺化合物的反应 N 酰化反应目的 其一是将酰基保留在最终产物中 以赋予化合物某些新的性能 其二是为了保护氨基 即在氨基氮上暂时引入一个酰基 然后再进行其他合成反应 待反应完成后 最后经水解脱除原先引入的酰基 胺类化合物的酰化是发生在氨基氮原子上的亲电取代反应 常用的酰基化试剂 常用的酰化剂是酰氯 酸酐和羧酸 如乙酰氯 乙酸酐 顺丁烯二酸酐 甲酸 乙酸 草酸等 其活性排列次序为 酰氯 酸酐 羧酸 5 1N 酰基化反应 酰化反应历程可表示为属于亲电取代反应 2 N 酰化影响因素 1 酰化剂的活性的影响 反应活性如下 酰氯 酸酐 羧酸 2 胺类结构的影响 氨基氮原子上电子云密度越高 碱性越强 则胺被酰化的反应性越强 胺类被酰化的反应活性是 伯胺 仲胺 脂肪胺 芳胺 对于芳胺 环上有供电子基时 碱性增强 芳胺的反应活性增强 反之 环上有吸电子基时 碱性减弱 反应活性降低 3 空间位阻效应 无空间阻碍的胺的活性高于有空间阻碍的胺 5 1N 酰基化反应 羧酸 酸酐和酰氯反应活性的大小次序为 芳香族酰氯的反应活性低于脂肪族酰氯 如乙酰氯 对于酯类 凡是由弱酸构成的酯 如乙酰乙酸乙酯 可用作酰化剂 而由强酸形成的酯 因酸根的吸电子能力强 使酯中烷基的正电荷增大 因而常用作烷化剂 而不是酰化剂 如硫酸二甲酯等 5 1N 酰基化反应 二 N 酰化方法 1 用羧酸的N 酰化 用羧酸对胺类进行酰化的反应是一个可逆反应 酰化反应通式为 适用范围 碱性较强的胺类进行酰化 为了使反应进行到底用过量的羧酸 并同时不断移去反应生成的水 移去反应生成水的方法 在反应物中加入甲苯或二甲苯进行共沸蒸馏脱水 采用化学脱水剂如五氧化二磷 三氯氧磷等移去反应生成的水 5 1N 酰基化反应 2 用酸酐的N 酰化 酸酐对胺类进行酰化反应的通式为 反应特点 反应是不可逆的 反应可以在水介质中进行 对于二元胺类 如果只酰化其中一个氨基时 可以先用等摩尔比的盐酸 使二元胺中的一个氨基成为盐酸盐加以保护 然后按一般方法进行酰化 例如 间苯二胺在水介质中加入适量盐酸后 再于40 用乙酐酰化 先制得间氨基乙酰苯胺盐酸盐 经中和可得间氨基乙酰苯胺 它是一个有用的中间体 5 1N 酰基化反应 3 用酰氯的N 酰化 用酰氯酰化的反应通式为 反应特征 反应是不可逆的 反应时需要加入碱性物质 如NaOH Na2CO3 NaHCO3 CH3COONa N C2H5 3等 以中和生成的氯化氢 使氨基保持游离状态 从而提高酰化反应的收率 1 脂肪酸酰氯酰化 脂肪酸酰氯为强酰化剂 向氨基上引入长碳链酰基时 它常被采用 例如 壬酰氯在一定条件下 可将3 4 二氯苯胺进行酰化得到壬酰化产物 5 1N 酰基化反应 氯代乙酰氯是一种非常活泼的酰化剂 由于甲基中的氢原子被氯取代后 更增加了酰基碳原子上的部分正电荷 因此酰化反应可以在低温下完成 如 5 1N 酰基化反应 2 用芳胺酰氯及芳磺酸氯酰化常用的芳羧酰氯及芳磺酰氯有 芳香族伯胺或仲胺用芳磺酰氯酰化能生成许多有价值的中间体 例如 5 1N 酰基化反应 3 用光气酰化 在水介质中酰化 光气在水介质中 在低温就能和两分子芳胺反应生成二芳基脲衍生物 反应放出的氯化氢可用碱中和 例如 J酸用光气酰化可制得猩红酸 它是重要的染料中间体 5 1N 酰基化反应 在有机溶剂中酰化 光气在有机溶剂 如甲苯 氯苯 邻二氯苯 中 在低温下能与等摩尔量的芳胺作用 先生成芳胺基甲酰氯 再进行加热处理转变为芳基异氰酸酯 应用 甲苯二异氰酸酯的制备 甲苯二异氰酸酯合成泡沫塑料 涂料 耐磨橡胶和高强度粘合剂的重要中间体 5 1N 酰基化反应 4 用二乙烯酮的N 酰化 二乙烯酮的制备 二乙烯酮与芳胺反应合成乙酰乙酰芳胺 5 1N 酰基化反应 5 N 酰化终点的控制在芳胺的酰化产物中 未反应的芳胺能发生重氮化 而酰化产物则不能 利用这一特性可在滤纸上作渗圈试验 定性检查酰化终点 利用重氮化方法还可以进行定量测定 用标准亚硝酸钠溶液滴定未反应的芳胺 控制其含量在0 5 以下 5 1N 酰基化反应 6 酰基的水解 酰胺在一定条件下可以水解 生成相应的羧酸和胺 常用的简单酰基对水解的稳定性顺序为 水解反应可以在碱性溶液或酸性溶液中进行 选择水解条件时 必须同时注意酰胺键的稳定性和胺类的稳定性 防止有些胺类对介质pH的敏感性 或在较高水解温度下的氧化副反应等 碱性水解常采用氢氧化钠水溶液 对有些加热后仍不溶的胺 可用氢氧化钠的醇 水溶液 酸性水解大多采用稀盐酸溶液 有时可加入少量硫酸以加速水解 水解反应般在回流温度下进行 5 2C 酰基化反应 一 芳环的碳酰化反应 1 Friedel Crafts酰化反应 弗里德耳 克拉夫特 付克反应 定义 在三氯化铝或其他Lewis酸 或质子酸 催化下 酰化剂与芳烃发生环上的亲电取代 生成芳酮的反应称为Friedel Crafts酰化反应 5 2C 酰基化反应 1 反应机理 催化剂与酰化剂首先作用 生成酰基正离子活性中间体 进攻芳环上电子云密度较大的碳 取代该碳上的氢 生成芳酮 5 2C 酰基化反应 反应后生成的酮和三氯化铝以络合物的形式存在 需要稀酸处理才能得到游离的酮 AlCl3的用量必须超过反应物的摩尔数 2 影响反应的因素 酰化剂 各种酰化剂的反应活性顺序酰卤 酸酐 羧酸 含有不同卤素的酰卤的反应活性顺序为 5 2C 酰基化反应 烃基的结构对反应影响 当酰基的 碳原子是叔碳时 容易在AlCl3作用下形成叔碳正离子而使反应所得产物主要是烷基化物 5 2C 酰基化反应 常用的酸酐多数为二元酸酐 如丁二酸酐 顺丁烯二酸酐 邻苯二甲酸酐及它们的衍生物 二元酸酐可用于制备芳酰脂肪酸 该酸经锌汞齐 盐酸还原可得长链羧酸 接着进行分子内酰化即得环酮 5 2C 酰基化反应 羧酸可以直接用作酰化剂 一般用硫酸 磷酸 最好是氟化氢作催化剂 5 2C 酰基化反应 被酰化物的结构 与Friedel Crafts烷基化反应相似 酰基化反应属于亲电取代反应 取代芳环的酰基化反应按下列规律进行 当芳环上具有邻 对位定位基时 酰基主要进入对位 若对位被占 则进入邻位 5 2C 酰基化反应 多 电子的杂环 如呋喃 噻吩 吡咯等 容易进行酰基化反应 缺 电子的杂环 如吡啶 嘧啶等 则很难进行酰化反应 催化剂和溶剂 当酰化剂为酰氯和酸酐时 常以Lewis酸如AlCl3 BF3 SnCl4 ZnCl2等为催化剂 若酰化剂为羧酸 则多选用H2SO4 HF及H3P04等为催化剂 Lewis酸的催化活性大小次序为 质子酸的催化活性大小次序为 5 2C 酰基化反应 5 2C 酰基化反应 溶剂的选择十分重要 它不仅可以影响反应的收率 而且可能影响酰基引入的位置 例如 常用的溶剂有二硫化碳 硝基苯 四氯化碳 二氯甲烷 石油醚等 5 2C 酰基化反应 2 Hoesch 霍本 赫施 反应 腈类化合物与氯化氢在Lewis酸氯化锌催化下 与含羟基或烷氧基的芳烃进行反应 可生成相应的酮亚胺 再经水解得含羟基或烷氧基的芳香酮 此反应被称为Hoesch反应 该反应以腈为酰基化试剂 间接地在芳环上引入酰基 是合成酚或酚醚类芳酮的一个重要方法 反应历程是腈化物首先与氯化氢结合 在无水氯化锌的催化下 形成具有碳正离子活性的中间体 向苯核作亲电进攻 经 络合物转化为酮亚胺 再经水解得芳酮 5 2C 酰基化反应 5 2C 酰基化反应 3 芳环上的甲酰化反应 1 Gattermann反应以德国化学家路德维希 加特曼 LudwigGattermann 命名Gattermann发现可以用两种方法在芳环上引入甲酰基一种方法是氰化氢法 即以氢氰酸和氯化氢为酰化剂 氯化锌或三氯化铝为催化剂 在芳环上引入一个甲酰基 5 2C 酰基化反应 用无水氰化锌 Zn CN 2 和氯化氢来代替氢氰酸和氯化氢 这样可在反应中慢慢释放氢氰酸 使反应更为顺利 该反应可用于烷基苯 酚醚及某些杂环如吡咯 吲哚等的甲酰化 对于烷基苯 要求反应条件较剧烈 需用过量的三氯化铝来催化反应 对于多元酚或多甲基酚 反应条件可温和些 有时可以不用催化剂 5 2C 酰基化反应 5 2C 酰基化反应 另一种方法是用一氧化碳和氰化氢在催化剂三氯化铝 氯化亚铜存在下 与芳环反应使芳环上引入一甲酰基 此法被称作一氧化碳法 或称Gattermann Koch 加特曼 科赫反应 反应 属于傅 克酰基化反应 Friedel Craftsacylation 的一种 反应主要用于烷基苯 烷基联苯等具有推电子取代基的芳甲醛的合成 反应所用催化剂除以AlCl3作主催化剂外 还要加辅助催化刑如CuCl NiCl2 CoCl2 TiCl3等该法不适用于酚及酚醚的甲酰化 5 2C 酰基化反应 2 Vilsmeier 维尔斯迈尔 反应以氮取代的甲酰胺为甲酰化剂 在三氯氧磷作用下 在芳环或芳杂环上引入甲酰基的反应称作Vilsmeier反应 5 2C 酰基化反应 反应机理一般认为是甲酰胺与三氯氧磷生成加成物 然后进一步离解为具有碳正离子的活性中间体 再对芳环进行亲电取代反应 生成 氯胺后很快水解成醛 5 2C 酰基化反应 Vilsmeier反应是在N N 二烷基苯胺 酚类 酚醚及多环芳烃等较活泼的芳香族化合物的芳环上引入甲酰基的最常用的方法 对多 电子的芳杂环如呋喃 噻吩 吡咯及吲哚等化合物环上的甲酰化 该方法进行反应也能获得较好的收率 5 2C 酰基化反应 Vilsmeier反应最常用的催化剂是POCl3 其他如CoCl2 ZnCl2 SOCl2等也可用作催化剂 5 2C 酰基化反应 二 活泼亚甲基化合物的碳酰基化反应具有活泼亚甲基的化合物 如乙酰乙酸乙酯 丙二酸酯 氰基乙酸酯等 可与酰基化试剂进行碳酰基化反应 由此可制备1 3 二酮或 酮酸酯类化合物 酰氯是常用的酰化剂 有时酸酐和酯也可以用作酰化剂 5 2C 酰基化反应 乙酰乙酸乙酯的活泼亚甲基碳酰化后得 二酮酸酯 二酮酸酯可在一定条件下选择性地分解 得到新的 酮酸酯或1 3 二酮衍生物 例如 二酮酸酯在水溶液中加热回流 可选择性地去掉乙氧羰基 得1 3 二酮衍生物 若在氯化铵水溶液中反应 则可使含碳少的酰基 通常为乙酰基 被选择性地分解除去 得到另一种新的 酮酸酯 5 2C 酰基化反应 三 烯胺的碳酰基化反应 醛或酮与仲胺形成的烯胺 其 位碳原于具有强亲核性 它不仅能与烷基化剂发生烷基化反应 而且能与酰化剂如酰卤等进行酰基化反应 这是在醛酮的 碳上间接引入酰基 得到1 3 二羰基化合物的有效方法 5 2C 酰基化反应 酰化剂酰氯 酸酐 氯甲酸乙酯等反应特点 副反应少 反应中不需要加其他催化剂 因而可避免碱催化下可能发生的醛或酮的自身缩合反应 应用 制得的 酰基环酮在碱作用下开环 得到长链的酮酸 然后经黄鸣龙法还原可得到饱和的长链羧酸 后者用金属氢化物还原后可得直链高碳醇 例如 三十烷醇的制备 5 2C 酰基化反应 5 3反应实例 1 2 4 二羟基己苯 己雷琐辛 的制备 5 3反应实例 配料比I间苯二酚 己酸 氯化锌 1 00 5 00 1 50 己酰基间二苯酚 锌汞齐 盐酸 1 00 1 30 4 00 间苯二酚与已酸 同时用作溶剂 在氯化锌存在下 于1200C反应3h得缩合物 该缩合物经用锌汞齐盐酸还原后得产品已雷琐辛 本品为医用口服驱虫药 5 3反应实例 2 邻甲氧基 对 双 2 氯乙基 胺基 苯甲醛的制备 5 3反应实例 配料比二羟乙基苯胺 二甲基甲酰胺 三氯氧磷 100 2 20 1 20 合成步骤 将二甲基甲酰胺加到二羟乙基苯胺中 于00C左右开始滴加POCl3 室温反应2h后 放置过夜 再在100 下反应6h 在碎冰中用氢氧化钠溶液碱化至PH 10 过滤 滤饼用水及醇洗并抽干 得产品邻甲氧基 对 双 2 氯乙基 胺基 苯甲醛 本品主要用于合成抗肿瘤药甲氧芳芥 5 3反应实例 3 乙酰噻吩的制备 配料比噻吩 乙酸酐 磷酸 碳酸钠 1 00 1 21 0 12 0 12 噻吩和乙酸酐首先加热至55 600C 然后加入磷酸 升温至1000C 5 反应3h后 加碳酸钠中和 分馏得乙酰噻吩 本品为有机合成中间体 可用于制备医用驱虫药噻乙吡啶等 5 3反应实例 4 2 羟基 3 萘甲酸的制备 2 萘酚与碱反应生成2 萘酚盐 经减压蒸馏脱水后 得无水2 萘酚钠盐 通入二氧化碳进行羧基化反应 生成2 3 酸双钠盐 用硫酸中和后得2 3 酸 本品主要为色酚As及其他各种色酚的中间体 也可用作医药 有机颜料的中间体 5 3反应实例 5 苯胺及其衍生物的N 酰化反应 苯胺与冰乙酸的摩尔比为1 1 3 1 5的混合物 在118 反应数小时 然后蒸出