精细有机合成化学与工艺学课件第11章酰化

2020/5/27,1,第11章酰化,2,2020/5/27,11.1概述,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取代的反应叫做酰化反应。,酰基指的是从含氧的无机酸和有机酸的分子中除去一个或几个羟基后剩余的基团。,一、定义,酰基,酰化剂,3,2020/5/27,硫酸,硫酰基,砜基,羰基,碳酰基（羧基）,碳酸,甲酰基（醛基）,甲酸,乙酰基,乙酸,苯磺酰基,苯甲酰基,4,2020/5/27,二、酰化试剂及反应的活泼性,（1）羧酸RCOOH,HCOOH,CH3COOH,HOOCCOOH2H2O,（2）酸酐,CO2(碳酸酐),CO(甲酸酐),常用酰化剂,5,2020/5/27,（3）酰氯,（4）羧酸酯ClCH2COOC2H5,CH3COCH2COOC2H5,（5）酰胺（6）其他：如双乙烯酮、二硫化碳,6,2020/5/27,不同类型酰化试剂的活性,1+,2+,3+,叔醇酚（酯化速度）（2）无位阻有位阻（3）叔醇和酚的酯化一般不用羧酸,55,2020/5/27,表11-2乙酸与各种醇的酯化反应转化率、平衡常数（等摩尔配比，155）,56,2020/5/27,3、酯化催化剂,常用的酸性催化剂为浓硫酸、盐酸或苯磺酸，此外也可选用锡盐（氧化亚锡或草酸亚锡）、有机钛酸酯（钛酸四烃基酯）、硅胶（甲醇与邻苯二甲酸酐的气固相流化床酯化的催化剂）、732#聚苯乙烯磺酸型阳离子交换树脂。,注意：使用浓硫酸作催化剂时，脱水温度不宜超过160。,57,2020/5/27,三、用羧酸的酯化方法,生产事例,1、用过量低碳醇,2、从酯化混合物中蒸出酯,3、从酯化混合物中蒸出生成的水,主要针对不易挥发的酯。,4、共沸精馏蒸水法,反应特点：可逆,提高酯收率的方式：,用酸酐的酯化,58,2020/5/27,1、用过量低碳醇,2、从酯化混合物中蒸出酯,此法只适用于酯化反应中酯的沸点最低的情况。即只适用于制备甲酸乙酯、甲酸丙酯和乙酸乙酯等。,3、从酯化混合物中蒸出生成的水,主要针对不易挥发的酯。,59,2020/5/27,四、用羧酸酐的酯化,用羧酸酐和醇合成酯类的反应通式：,反应特点：1、酸酐为较强酰化剂，适用于较难反应的酚类及空间阻碍较大的叔羟基衍生物的直接酯化；2、反应没有水生成，不可逆；3、为了加速反应的进行，可加酸性或碱性催化剂。,常用的酸性催化剂为硫酸、高氯酸、氯化锌、三氯化铁、吡啶、无水乙酸钠、对甲苯磺酸或叔胺等，其中以硫酸、吡啶和无水乙酸钠最为常用,60,2020/5/27,单酯的制备,只利用酸酐中的一个羧基，反应不生成水，是一个不可逆反应，可在较温和条件下进行。,61,2020/5/27,双酯的制备：用环状酸酐可制取双酯，反应分两步进行：第一步：生成单酯；第二步：由单酯生成双酯。例如：,双酯的制备,在双酯中最重要的是邻苯二甲酸的各种二烷基酯，它们都是重要的增塑剂。,62,2020/5/27,五、用酰氯的酯化,用酰氯和醇合成酯类的反应通式：,反应特点：1、酰氯为强酰化剂，适用于较难反应的酚类及空间阻碍较大的叔羟基衍生物的直接酯化；2、反应有HCl生成，不可逆；3、脂肪族酰氯的活性通常比芳香族酰氯为高，尤以乙酰氯为高；,凡是对HCl较为敏感的醇类，特别是叔醇，要加适量碱，如碳酸钠、乙酸钠、吡啶、三乙胺等，一般分批加碱。,63,2020/5/27,六、酯交换法,酯的交换反应可按下式三种类型进行，,交换,酸解,醇解,64,2020/5/27,（一）酯的醇解,反应特点：1、一般总是把酯分子中的伯醇基由另一高沸点的伯醇基所替代，甚至还可以由仲醇基所替代。2、醇解反应是可逆反应，为使反应向右方进行，一般常用过量的反应醇，或将反应生成的醇不断地蒸出，以完善酯交换反应。3、酯的醇解反应可用酸(硫酸、干燥氯化氢或对甲苯磺酸)或碱(通常是醇钠)催化。,65,2020/5/27,酸催化的醇解反应历程如下：,碱催化的醇解反应历程如下：,注意：催化剂的选择主要取决于醇的性质，如用的是含有碱性基团的醇或叔醇，则宜选用醇钠作为催化剂,66,2020/5/27,应用举例:,67,2020/5/27,（二）酯的酸解,该方法特别适用于合成二元酸单酯及羧酸乙烯酯等,例如：,68,2020/5/27,（三）酯的互换,条件：反应生成的酯中至少有一种酯(如RCOOR)的沸点要比另一种酯(R”COOR)低得多。,例如：,69,2020/5/27,七、烯酮法,此法的产率较高，常用来合成乙酸酯。反应可用酸或碱来催化。酸性催化剂可用硫酸、对甲苯磺酸等；碱性催化剂中以叔丁醇钾较好。对于某些反应活性较差的叔醇及酚类，如与乙烯酮反应，均能制得相应的乙酸酯，其结果也较好。当含有-氢的醛或酮与乙烯酮反应也能生成乙酸烯醇酯。,例如：,70,2020/5/27,乙烯酮的二聚体，即双乙烯酮，也有很高的反应活性，在酸或碱的催化下，双乙烯酮与醇能反应生成-酮酸叔丁酯。此法不仅产率较高，而且还可以合成用其他方法难以制取的-酮酸叔丁酯。,双乙烯酮是一种重要的有机合成原料，可用于生产多种精细化工中间体，广泛应用于医药、农药、染料、食品和饲料等领域。双乙烯酮是反应性强的有机合成基础原料，它不但是用来合成通常的乙酰乙酸衍生物，而且广泛用于各种有机化合物。双乙烯酮是重要的精细化工中间体，由于其下游产品开发力度不断加大，应用领域不断拓展，因此市场前景广阔。,71,2020/5/27,72,2020/5/27,八、用腈或酰胺的酯化,在硫酸或氯化氢作用下，腈与醇共热即可直接成为酯：,例如：,73,2020/5/27,11-4C-酰化反应,a、C-酰化是在芳香环上引入酰基，制备芳酮或芳醛的反应过程。,b、以酰卤或酸酐为酰化剂,c、以路易斯酸或质子酸等为催化剂,当RH，产物为醛；其他为酮,74,2020/5/27,一、C-酰化反应历程,以酰氯为酰化剂，以三氯化铝为催化剂为例：,75,2020/5/27,芳酮与三氯化铝的配合物遇水即分解为芳酮：,说明：无论是哪一种反应历程，生成的芳酮总是与三氯化铝形成摩尔比为1:1的配合物，而与芳酮结合的三氯化铝不再具有催化作用。因此C-酰化反应时，每摩尔酰氯在理论上要消耗1摩尔三氯化铝，而实际上三氯化铝用量还要过量1050。,76,2020/5/27,：,以酸酐为酰化剂，以三氯化铝为催化剂为例：,要使酸酐中的两个酰基都参加反应，每摩尔酸酐理论上要消耗3摩尔AlCl3。,思考题:在FriedelCrafls反应制备苯乙酮的实验中，原料为无水AlCl3和苯、新蒸过的乙酐。试回答：（1）写出反应式。（2）为什么无水AlCl3与乙酐的摩尔比要大于2:1。,77,2020/5/27,二、C-酰化反应的影响因素,1、被酰化物的结构,（1）芳环上已有取代基的影响。当芳环上含有邻对位定位基时，引入酰基的位置主要是该取代基的对位，如对位已被占据，则酰基进入邻位。当芳环上有硝基或磺基时，不能再进行酰化反应。当芳环上引入第一个酰基后，很难再引入第二个酰基。对于稠环类芳烃，如萘则在两个芳环上可分别引入一个酰基。在杂环化合物中，富电子的呋喃、噻吩和吡咯，易进行C-酰化反应；缺电子的吡啶、嘧啶等，很难C-酰化反应。酰基一般进入杂原子的位，如果位被占据则进入位。,举例,78,2020/5/27,79,2020/5/27,2、酰化剂的结构,（1）常用酰化剂：酰氯、酸酐、羧酸及烯酮,（2）使用不同的催化剂进行酰化时，各种酰氯的反应活性顺序不尽相同，没有明确的规律。,如甲苯的酰化反应：,（3）酸酐中常用的有：,80,2020/5/27,A：吸电基：D：给电基,81,2020/5/27,82,2020/5/27,3、催化剂,C-酰化反应中常用催化剂有路易斯酸和质子酸，其作用是为了增强酰基碳原子上的正电荷，提高进攻试剂的反应能力。,路易斯酸的催化活性大小次序为：,质子酸的催化活性大小次序为：,83,2020/5/27,84,2020/5/27,4、溶剂,（1）用过量的低沸点芳烃作溶剂,：,：,85,2020/5/27,（2）用过量的酰化剂作溶剂,.,86,2020/5/27,（3）选择合适的溶剂,如果反应组分均不是液态的，则要选用溶剂，常用的有硝基苯、二硫化碳、二氯乙烷、四氯乙烷、二氯甲烷、四氯化碳、石油醚及氯代烃等。选择酰化反应的溶剂时，应注意溶剂对催化剂活性的影响。,87,2020/5/27,（4）溶剂会影响酰基进入芳环的位置,88,2020/5/27,5、三氯化铝的质量与加入方式,工业化过程中为避免三氯化铝的水解，一般采取以下两种措施：（1）进行氮气置换反应器后加三氯化铝；（2）三氯化铝整包装投入以避免剩余物料水解，其余原料的加料量以三氯化铝为计算基准。,6、反应温度与时间,89,2020/5/27,三、C-酰化工艺,例：萘的C-酰化,无水AlCl3,T=65,缓慢加萘粉,维持反应10h,1、用酰氯的C-酰化反应,90,2020/5/27,2、用羧酸酐的C-酰化反应,91,2020/5/27,本章作业,思考题：11-1；11-2。作业：11-4：（4）、（7）11-7。,92,2020/5/27,4、C-甲酰化制芳醛,1、Vilsmeier反应,此法是用甲酸的N取代酰胺作为C-酰化剂，在三氯氧磷等促进剂的参与下，向芳环或杂环上引入醛基。反应通式可表示如下：,.,11-4C-酰化反应,93,2020/5/27,反应机理如下：,11-4C-酰化反应,94,2020/5/27,反应实例,11-4C-酰化反应,95,2020/5/27,注意：Vilsmeier反应只适用于芳环上或杂环上电子云密度较高的活泼化合物的C-甲酰化制芳醛。,11-4C-酰化反应,96,2020/5/27,2、Reimer-Tiemann反应,酚与氯仿在碱性溶液中加热生成邻位及对位羟基苯甲醛。含有羟基的喹啉、吡咯、茚等杂环化合物也能进行此反应。,常用的碱溶液是氢氧化钠、碳酸钾、碳酸钠水溶液，产物一般以邻位为主，少量为对位产物。如果两个邻位都被占据则进入对位。不能在水中起反应的化合物可吡啶中进行，此时只得邻位产物。,11-4C-酰化反应,