（优质课件）酰化反应

酰化反应 1 硫酰基 一 概述 1 定义 酰基 从含氧的无机或有机酸分子中除去一个或n个羟基后剩余的基团 甲酰基 砜基 乙酰基 2 苯甲酰基 酰化 有机分子中与碳 氮 氧或硫原子相连的氢被酰基所取代的反应碳酰化反应 C原子上的H被酰基取代的反应 碳酰化产物 醛 酮 羧酸 苯磺酰基 3 N 酰化 N原子上的H被酰基取代的反应 产物 酰胺 O 酰化 羟基氧原子上的H被酰基取代的反应 亦称酯化反应 产物 酯 4 酰化反应通式 5 2 酰化试剂 1 有机酸类 Z OH如HCOOH CH3COOH 2 羟基 3 萘甲酸 2 酸酐 如 CH3CO 2O CH3CH2CO 2O 6 3 酰氯Z Cl CH3COCH2COOC2H5 ClCOOCCl3 ClCH2COOC2H5 4 羧酸酯 如CH3COCl 7 5 酰胺 6 其它 双乙烯酮 8 3 酰化反应历程 亲电取代 N O酰化 属于酰化剂对官能团上氢的亲电取代反应 亲电试剂 9 碳酰化 亲电取代 或加成 反应 最常用的酰化剂 酰卤和酸酐 其次是羧酸和烯酮历程 碳酰化反应的历程通常看做是酰卤和路易斯酸催化 首先作用生成正碳离子中间体 a b c 10 但进攻苯环的中间体可能是 b 和 c 它们与苯环作用生成芳酮与AlCl3的络合物 b 与苯环作用方式 11 注意 碳酰化时 1mol酰氯理论上需1molAlCl3 但实际上要过量10 15 AlCl3 若酰化剂是酸酐 它首先与AlCl3作用会生成酰氯 然后按上述历程参加反应 c 与苯环作用方式 12 4 酰化剂和被酰化物的反应活性 酰化反应的难易 与酰化试剂的亲电性 被酰化物的亲核能力及空间效应有密切关系 在酰化反应中 酰化剂 正离子或带正电部分 以亲电质点参与反应 故酰化反应可称之为亲电取代反应 13 酰化剂的反应活性 取决于羰基碳上部分正电荷的大小 正电荷越大 其反应活性越强 对R相同的羧酸衍生物 离去基团Z的吸电子能力越强 酰基上部分正电荷越大 所以 酰化剂反应活性为 酰氯 酸酐 羧酸 14 芳香族羧酸衍生物 由于芳环的共轭效应 使酰基碳上部分正电荷被削弱 当离去基团Z相同时 脂肪羧酸反应活性大于芳香羧酸 高碳羧酸的反应活性低于低碳羧酸 15 被酰化基团 RNH2 ROH 的反应活性取决于官能团上孤电子对的活性 胺被酰化的相对活性 伯胺 仲胺无位阻胺 有位阻胺脂肪胺 芳胺 16 氨基氮原子上电子的密度越大 空间位阻越小 反应越强 针对芳胺 当芳环上有供电子基 其活性增加芳环上有吸电子基 则活性下降 17 二 N 酰基化反应 N 酰基化 通过有机胺中的N原子向其分子中引入酰基的反应亦即 有机胺N上的氢原子被酰基取代的反应 氨基酰化的作用 永久性酰化 制备酰化产物临时性酰化 保护酰基 18 反应历程 19 1 用羧酸进行N 酰化 特点 反应可逆要求 反应时将生成的水除去 20 脱水方法 蒸馏 物理 化学脱水 1 精馏脱水 即用蒸馏的方法将反应中生成的水蒸出反应体系 21 2 溶剂共沸蒸馏脱水法 3 高温熔融脱水酰化法 22 2 用酸酐进行N 酰化 特点 RCO 2O的活性比羧酸高 反应不可逆用途 用于较低活性氨基的酰化 23 二元胺酰化时 若只酰化一个氨基 可以先用等mol的HCl中和 使一个氨基转化成盐酸盐加以保护 24 氨基酚酰化时 控制适当的条件可让 NH2酰化 而 OH保留下来 25 若氨基酚中的酚 OH也被酰化 可在酰化后选择适当的条件将酰基水解掉 26 环状酸酐 如顺丁烯二酸酐 邻苯二甲酸酐与RNH2进行酰化反应 依反应条件生成单酸酐或内酰亚胺 27 3 用酰氯进行N 酰化 特点 反应不可逆适用于低活性胺的酰化常用的酰氯 脂肪酰氯 RCOCl芳香族碳酰氯 ArCOCl芳磺酰氯 ArSO2Cl 28 采用酰氯在H2O介质中进行N 酰化时 要释放出HCl 而HCl与 NH2作用生成盐酸盐 会降低酰化的速度 因此 在实际生产中常用NaOH Na2CO3等碱类中和酰化过程生成的HCl 29 1 碳酰氯 最强酰化试剂之一 可由羧酸与稍过量的氯化亚砜 光气 PCl3 POCl3等来制得 例如 30 A 高级脂肪酰氯 亲水性差 易水解 需在惰性溶剂中实施反应 反应温度 95 160 宜用吡啶或三乙胺作HCl的缚酸剂 B 低级脂肪酰氯 N 酰化速度快 可在水介质中进行 但注意 为减少酰氯水解 在滴加低级脂肪酰氯的同时 应不断滴加入碱性水溶液 如Na2CO3 Ca OH 2 以吸收HCl 反应的pH应控制在7 8 碳酰氯在N 酰化反应中 应注意 31 C 芳香族碳酰氯比脂肪族碳酰氯活性略差 一般不易水解 反应可在水性介质中进行 缚酸剂一般用Na2CO3 酰氯用量一般过量10 50 工业上芳碳酰氯有 苯甲酰氯 对硝基苯甲酰氯等 32 芳酰氯 可由芳羧酸 PCl5 PCl3制备 也可将芳羧酸与PCl3混合后直接与芳胺进行反应 如 33 2 芳磺酰氯 其N 酰化条件和芳碳酰化相似 涤纶染料中间体 34 芳磺酰氯的特点 不易水解 酰化反应可在水中进行反应中 体系的pH值应控制在弱酸或弱碱性范围缚酸剂或中和剂 可用Na2CO3 Ca OH 2 NaAc CaCO3 NaAc等 35 3 光气 COCl2 COCl2很活泼 两个氯均可参与反应剧毒气体 有水果香味 使用时应防止中毒用途 合成脲的衍生物和异氰酸酯 36 在水介质中及低温下 COCl2能和两分子芳胺反应生成二芳基脲衍生物 如 37 在低温和有机溶剂 如甲苯 中 光气与等量的芳胺作用生成芳氨基甲酰氯 再进行热处理 即可转变为芳基异氰酸酯 38 4 用其它酰化剂进行N 酰化 1 用二乙烯酮进行N 酰化将丙酮或醋酸在700 800 裂解成乙烯酮 再二聚而得 39 室温 0 200 介质 水 甲苯 乙醇 丙酮等常用的芳胺 phNH2 邻甲苯胺等乙烯酮用量为芳胺的1 05倍 用乙烯酮进行N 酰化的条件 40 三聚氰胺 很活泼 三个与氯相连的C原子都可参加反应 但活性不同 第一个氯原子被亲核试剂取代后 其余两个氯原子的反应活性明显下降 2 用三聚氯氰 或三聚氰酰氯 进行N 酰化 41 同理 两个氯原子被取代后 第三个氯原子的反应活性将进一步下降 利用这一规律 适当控制反应条件 可用三种不同的亲核试剂来置换分子中的三个氯原子 42 三聚氯氰中 三个氯原子逐个取代反应通过反应温度控制在水性介质中 第一个氯原子在0 5 就可反应 第二个氯原子 在40 45 反应较合适 第三个氯 则需要在90 95 才能反应 三聚氯氰 在水中溶解度小 将其悬浮在水中可进行反应 也可加入SAa或PTC催化剂在有机溶剂CH3COCH3 H2O CHCl3 H2O 三氯乙烯中进行反应 43 例 44 45 在水介质中酰化要考虑酰化剂的水解在中性介质中 三聚氯氰比较稳定 但随着酸碱度的增加 Cl的反应活性 水解速度增加三聚氯氰与脂肪胺 芳胺的N 酰化反应 主要用于生产活性染料 荧光增白剂 农药 除草剂等 46 3 用异氰酸酯进行N 酰化 异氰酸酯很活泼 胺可为脂肪胺 芳胺等 47 4 用尿素进行N 酰化 48 5 用羧酸酯进行N 酰化 N 酰化常用的羧酸酯 碳酸二甲酯 氯甲酸三氯甲酯 双 三氯甲基 碳酸酯 49 50 51 52 5 N 酰化反应终点 在芳胺的酰化产物中 未反应的芳胺可发生重氮化反应 而酰化产物则不能 利用这一特性可在滤纸上作试验 定性检查酰化终点 53 6 酰基的水解 N 酰化的用途 可保护氨基 防止 NH2在某些反应如氧化 硝化 卤代等反应中被氧化或取代 N 酰化物的水解 可在稀酸 稀碱以及回流条件下进行 常用的稀酸 碱 HCl 稀H2SO4 NaOH水液 NaOH 醇 水液 54 在酸性介质中 酰化物水解活性次序 实例 55 三 O 酰化 O 酰化 酯化 在醇或酚羟基中引入酰基的反应 亦即醇 酚与含氧羧酸作用生成酯和水的反应本章重点 有机酸酯 无机酸酯 如硫酸 磷酸酯 硝酸酯等 1 概述 56 1 直接酯化 2 用酰化剂 如酸酐 酰卤 进行酰化 3 酯交换 O 酰基化或酯化反应的主要类型 57 常用的O 酰化剂 羧酸 酰卤 酸酐 酰胺 腈 醛 酮等用途 用于制备酯类 可用作溶剂 增塑剂 树脂涂料 合成润滑油 香料 化妆品 SAa 医药等 58 1 用羧酸进行酯化 直接酯化法 1 反应类型 用一元羧酸酯化 可逆平衡反应 Kc的大小取决于温度 羧酸醇 酚的性质 59 用二元羧酸酯化 单 双酯的比例 主要取决于各反应物之间的摩尔比 60 用三元醇 多元醇酯化 而用多元羧酸与多元醇酯化 可生成高分子聚酯 61 2 反应历程 双分子反应历程 62 1 醇和酸的结构A 醇的结构酯化速度 伯醇 仲醇 叔醇甲醇的成酯速度最快 叔醇 空间位阻大 与羧酸难直接酯化 而易脱水消除生成烯烃 3 影响因素 63 64 B 羧酸的结构羧酸中烃基结构对其酯化速度有影响酯化速度 HCOOH RCOOH 直链 RCOOH 支化 Ar COOH供电子基使羰基上的正电荷降低 65 66 2 酯化的转化率 可逆平衡反应 采用可使反应向右进行 增加酯的转化率使原料之一过量蒸除产物酯或水 67 按蒸出水或酯的方法 可将酯化过程分为三类 A 酯的挥发度很高 可直接从反应体系中蒸出的方法 要求 酯比醇 酸的沸点低 68 B 产品酯具有中度挥发度 可采取蒸出水的方法 属此工艺有 HCOOC3H7 甲酸丙酯 丁酯 戊酯乙酸乙酯 丙酯 丙酸丁酯 戊酸的甲乙酯等 69 反应中可除去水 酯层再经碱洗后 除去未反应的甲基丙烯酸和乙二醇 再减压蒸馏 即可得到乙二醇二甲基丙烯酸酯 70 C 产物酯挥发度低 可共沸蒸馏除去 如利用苯与酯 水形成三元共沸的特点可除去低沸物 利用苯 乙醇 水可形成共沸物的特点 先蒸出水及剩余的乙醇 最后减压 即可得到乙二酸二乙酯 酸 乙醇 苯 1 4 2 5 含量 98 收率96 71 3 催化剂 A 无机酸 有机酸或其酸式盐无机酸 H2SO4 HCl H3PO4 常用H2SO4有机酸 有机磺酸 如甲磺酸 苯磺酸 对甲苯磺酸 B 强酸性离子交换树脂如磺化聚苯乙烯树脂 酚磺酸树脂 可交换H 具有强酸性优点 酸性强 易分离 无碳化 脱水性强 可循环利用 易生产连续化 72 C 非酸性Cat 铝 钛 锡的化合物优点 没有腐蚀性 产品质量好 副反应少 缺点 活性低 需要在180 250 进行反应常用Cat 钛酸酯 氯化亚锡 草酸亚锡 三氧化铝 二氧化硅等 73 3 用酸酐进行酰化 酸酐 适用于酚类 空间位阻大的叔醇的酯化 反应生成的RCOOH不会使酯水解 故反应可进行完全 酸酐与3 ROH 叔醇 酚 多元糖 维生素及含长碳链的饱和醇 如沉香醇 香叶草醇 可进行直接酯化反应 74 75 常用的酸酐 乙酸酐 丙酸酐 邻苯二甲酸酐 顺丁烯二酸酐酸 碱Cat可加速酸酐与ROH ArOH的酯化反应常用的Cat H2SO4 HClO4 ZnCl2 FeCl3 吡啶 无水NaAc 对甲基苯磺酸 叔胺等酸性比碱性Cat活性强 工业上常用Cat为H2SO4 76 酸酐与ROH的酯化反应 其难易与ROH的结构有关 其中 伯醇 仲醇 叔醇用酸酐和ROH酯化 反应分两步 第一步 生成1mol酯和1mol酸 不可逆 第二步 再用1mol酸与ROH脱水生成酯 可逆 77 4 用酰氯进行酯化 1 反应不可逆 常用于制备某些用羧酸 酸酐难以生成的酯 2 双分子反应 不用酸催化 3 为控制HCl的释放 须加缚酸剂如NH3 吡啶 三乙胺 K2CO3 NaCO3 NaOH水溶液等 特点 78 醇的结构对RCOCl R OH的反应有影响伯醇 仲醇 叔醇k1 k2 k3 1 1 6 10 1 100增加ROH中碳链的长度 R支化度 可引起反应速度下降 常用的酰化剂 RCOCl ArCOCl ArSO2Cl POCl3 PCl3 SOCl2 COCl2 79 实例 80 81 82 5 酯交换法 3 酯 酯交换 特点 可逆 常用于低碳醇酯与高沸点醇 酚的酯交换 以制取高沸点醇酯 2 酯酸交换 1 酯醇交换 83 酯交换反应的影响因素 A 温度采用碱性Cat 可在室温或常温下进行反应 用酸性Cat T必须达到100 左右 不用Cat 须在250 以上反应B Cat醇钠 如CH3ONa C2H5ONa 烷氧基铝 有机镁 有机钛催化剂 84 C 平衡常数在酯交换反应中10ROH 20ROH 30ROH为促使平衡向右移动 可蒸低沸点醇适用于高沸点醇来交换低沸点醇生成酯实例 85 实例 抗氧剂 可用于橡塑加工和石油产品 86 抗氧剂 用途 橡塑加工 87 88 6 羧酸盐与氯代烷烃的酯化法 用于制备各种苄酯和烯丙酯 89 90 7 由羧酸及烯烃来制备酯 由烯烃来制酯即为上述反应的逆反应 91 烯烃的活泼性 CH3 2C CH2 CH3CH CH2 CH2 CH2 PdAc2 SiO2 0 5 1MPa 160 180 92 93 四 C 酰化反应 一 C 酰化制芳酮C 酰化反应时 在芳环上引入酰基可制备芳酮或芳醛 属于Friedel Crafts反应中的一种1 反应机理 94 95 2 C 酰化的影响因素 1 被酰化物的结构Friedel Crafts酰化反应 属亲电取代历程A 当芳环上有强供电子基 如 OH OCH3 OR OAr NH2 NHR NR2 NHCOCH3时 反应易于进行 Cat不用AlCl3 而用ZnCl2 H3PO4等注意 酰基主要进入芳环第一类取代基的对位 当对位被占据时 才进去邻位 96 B 芳环上有强吸电子基 Cl COR COOR时 C 酰化难以进行 注意 NO2使芳环强烈钝化 不能进行C 酰化 硝基苯可做C 酰化反应的溶剂杂环芳烃富电子芳杂环如呋喃 噻吩 吡咯 易C 酰化 且酰基进入杂原子的对位 缺 电子的杂环 如吡啶 嘧啶 则很难C 酰化 97 2 C 酰化的催化剂 Cat的作用 增加酰基C原子的正电荷 帮助产生酰氧C 离子 从而增加进攻质点的亲电能力 C 酰化Cats Lewis酸 质子酸 催化活性大小 Lewis酸 AlBr3 AlCl3 FeCl3 ZrCl3 BF3 VCl3 TiCl3 ZnCl2 SnCl2 TiCl4 SbCl5 HgCl2 CaCl2 BiCl3质子酸 HF H2SO4 P2O5 H3PO4 98 注意 Lewis酸催化作用比质子酸强在Lewis酸中 以AlCl3最常用 且一般在不太高的温度下进行反应 T太高易引起副反应 AlCl3适用于RCOX RCO 2O为酰化剂的反应 对呋喃 噻吩反应活性高的杂环芳烃 AlCl3会引起杂环的分解反应 99 对含有 OH R OR或二烷氧基的活泼芳香族化合物 为避免异构化或脱烷基等副反应 也不用AlCl3作催化剂 一般选用温和的Lewis酸 如 ZnCl2 SnCl4或质子酸中的聚磷酸作催化剂 3 溶剂C 酰化反应中 芳酮 AlCl3配合物是用固体或粘稠液体 为使反应顺利进行 常需要使用有机溶剂 100 A 用过量低沸点芳烃作溶剂 B 用过量的酰化剂作溶剂 如3 5 二甲基叔丁基苯 用 CH3CO 2O酰化时 可用冰乙酸做溶剂 101 C 另外加入适当的溶剂 常用的溶剂 PhNO2 CS2 ClCH2CH2Cl Cl2CHCHCl2 CH2Cl2 CCl4 石油醚 氯代烃等PhNO2的极