酰化反应PPT参考幻灯片

第十一章酰化反应,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78。,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700800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05就可反应；第二个氯原子，在4045反应较合适；第三个氯，则需要在9095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：HCOOHRCOOH(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180250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3ROH(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+ROH的反应有影响伯醇仲醇叔醇k1/k2/k3=1:1/610:1/100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10ROH20ROH30ROH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=CH2CH3CH=CH2CH2=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：AlBr3AlCl3FeCl3ZrCl3BF3VCl3TiCl3ZnCl2SnCl2TiCl4SbCl5HgCl2CaCl2BiCl3质子酸：HFH2SO4P2O5H3PO4,98,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的极性大，不仅能溶解AlCl3，而