第11章酰化素材.ppt

1、概述 N-酰化 O-酰化（酯化） C-酰化,第11章 酰化 (Acylation),11.1.1 定义,有机化合物分子中与C原子、N原子、O原子或S原子相连的氢被酰基取代的反应叫做酰化反应。,11.1 概述,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,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。,OAc-,11.1.2 酰化剂,PhCOOH, HCOOH, CH3COOH, HOOCCOOH 2H2O,（2）酸酐：,CO2(碳酸酐),CO(甲酸酐),（3）酰氯,（1）羧酸,(OAc)2O,（5）酰胺 （6

2、）其他：如双乙烯酮、二硫化碳,（4）羧酸酯 ClCH2COOC2H5, CH3COCH2COOC2H5,3) 脂肪族酰化剂中，烷基碳链越长活性越低。 4） 芳香族酰化剂中，芳环上含有供电子基团时活性低，含有吸电子基团时活性高。 5） 对于酯类，凡由强酸形成的酯，常用作烷化剂（硫酸二甲酯类）；凡由弱酸形成的酯，才可作酰化剂；,1+,2+,3+,酰化剂的反应活性, ,活性：酰氯酸酐羧酸,1),2),11.2 N-酰化,N-酰化的目的 反应历程 胺类结构对反应速率的影响 用不同酰化试剂的N-酰化反应,11.2.1 N-酰化的目的,永久性酰化,即将酰基保留在最终产物中，如活性染料、药物等，以赋予染料或

3、其他有机化合物某些新的性能。,N-酰化反应： 是指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衍生物，是有机合成中一种常用的方法。,例扑热息痛（对羟基乙酰苯胺）的合成（一种解热镇痛药），其制备经过乙酰基化反应。,思考题：,过渡性酰化,即为了保护氨基，亦即在氨基上暂时引入一个酰基，然后再进行其他有机合成反应，最后再水解脱除原先引入的酰基。,过渡性N-酰化要考虑： （1）酰氨基对下一步反应具有良好的效果； （2）酰化剂价格低廉； （3）酰化反应容易进行，收率高，质量好； （4）酰氨基易水解。,11.2.2 反应历程,+,与N-烷基化反应不同之处：非连串反应，酰基是吸电子基团使酰胺中的

4、N原子电子云密度降低，不易再次发生酰化反应而得到N，N-二酰化产物。,11.2.3 胺类结构的影响,伯胺仲胺 脂胺芳胺 无位阻胺有位阻胺,氨基氮原子上电子云密度越高，碱性越强，空间位阻越小，胺被酰化的反应活性越强。,11.2.4 用不同酰化试剂的N-酰化反应,用羧酸的N-酰化 用酸酐的N-酰化 用酰氯的N-酰化 用酰胺的N-酰化 用羧酸酯的N-酰化 用双乙烯酮的N-酰化,11.2.4.1 用羧酸的N-酰化,羧酸属于弱酰化试剂，常用的有甲酸（HCOOH），乙酸（CH3COOH），草酸（HOOCCOOH）。,特点 （1）酰化剂价廉易得； （2）反应活性低，一般只用于碱性较强的胺或氨的N-酰化； （

5、3）反应可逆。,R和R可以是氢、烷基或芳基,增加酸的用量,脱去反应中生成的水分,提高反应效率,移去反应生成水的方法： 1、反应精馏脱水酰化法； 2、溶剂共沸蒸馏脱水酰化法； 溶剂（甲苯、二甲苯）共沸蒸馏脱水法； 3、高温熔融脱水酰化法。 将胺及羧酸的蒸汽通入热至280的硅胶或200的三氧化二铝上进行气固相酰化反应。如：乙酰胺、丙酰胺等的制备。 4、如果反应物羧酸和胺类均不挥发，则可直接加热反应物料蒸出水分； 5、采用化学脱水剂（如：五氧化二磷、三氯氧磷、三氯化磷等；）,常用工艺,1 : 1.3-1.5 N乙酰苯胺 反应结束后蒸出多余的乙酸,苯胺与冰乙酸以1:1.31.5,T=118,蒸出乙酸,

6、N-乙酰苯胺,用途：解热镇痛药,用途：染料、医药中间体,主要酰化剂 （1）乙酐（最常用）； （2）邻苯二甲酸酐； （3）一氧化碳 （CO）。,11.2.4.2 用酸酐的N-酰化,通式,R1 = alkyl, aryl; R2, R3 = H, alkyl, aryl,特点,（1）活性高于COOH，但价格比COOH贵，多用于活性较低的氨基或OH的酰化。 （2）常用的酸酐：乙酐、邻苯二甲酸酐 （3）无水生成，反应不可逆 ； （4）在低温条件下，酐的水解较慢，故用乙酐酰化时可以在水介质中进行，反应温度20-90，不需要催化剂； （3）但对于有较多吸电子基团的芳胺或空间位阻大的芳胺，需要少量的强酸作催

7、化剂。,1）原料和产物熔点较低，无需加溶剂,反应介质,2）原料和产物熔点较高，需加苯，甲苯，二甲苯等非极性溶剂或以过量乙肝作溶剂,3）原料和产物易溶于水，以水作为反应介质,邻苯二甲酸酐，1,8-萘二苯甲酸酐，丁二酸酐，,甲酸酐作酰化剂,过渡金属催化的羰基化反，常用催化剂钴 、铑 、钌 、钯 、铁等。,11.2.4.3 用酰氯的N-酰化,反应特点：,（1）最强的酰化剂，反应不可逆； （2）反应放热，常在冰水浴（0或更低）条件下反应或使用溶剂稀释以减缓反应速度； 常用溶剂：水、氯仿、乙酸、二氯乙烷、苯、甲苯等 （3）采用缚酸剂碱：NaOH、Na2CO3、NaHCO3、三甲胺、三乙胺、吡啶等 .,主

8、要类型 （1）羧酰氯；RCOCl/PhCOCl （2）芳羧酸加三氯化磷；PhCOCl （3）芳磺酰氯；PhSO2Cl （4）三聚氰酰氯； （5）光气。COCl2,用羧酸酰氯酰化,羧酰氯的制备途径：,酰氯作酰化剂适宜向NH2上引入长链酰基：,操作：将3，4-二氯苯胺溶于含吡啶的二氯乙烷溶剂中，加入壬基酰氯，在室温即能完成反应。（高碳链烷基酰氯容易水解，需在无水溶剂中进行。）芳香族酰氯的活性低于脂肪族酰氯，一般不易水解，因而可以在弱碱性介质（PH 8-9）中直接滴加酰化剂进行反应,用芳羧酸加三氯化磷的N-酰化,目的：避免将芳羧酸制成工业品的芳酰氯，直接在酰化反应物中加入三氯化磷的方法。,应用：一系

9、列色酚的制备,2-羟基-3-萘甲酰苯胺,2-羟基-3-萘甲酸（简称2,3-酸）,酸式酰化法,钠盐酰化法, 用芳磺酰氯的N-酰化,芳基磺酰氯不易水解，可以在水介质中反应（PH 8-9）,芳磺酰氯的制备：,主要应用：制备磺酰胺类化合物,磺胺嘧啶,磺胺噻唑, 用三聚氰酰氯的N-酰化,三聚氰酰氯性质活泼,一酰化常在0 oC下进行。,荧光增白剂VBL的制备（P258）；农药和染料的制备。,染料活性黄XR,碳酰氯（光气）, 用光气N-酰化,反应介质：(1)在水介质中的酰化 (2)在有机溶剂中的酰化（甲苯、氯苯、邻 二氯苯等）,产品：（1）氨基甲酰氯衍生物的制备 （2）异氰酸酯的制备 （3）脲类衍生物的制备

10、,（1）氨基甲酰氯衍生物的制备）,氨基甲酰氯,氨基甲酸酯,（2）异氰酸酯的合成及应用,伯胺与光气依次进行酰化、脱氯化氢生成异氰酸酯。,甲苯二异氰 酸酯（T.D.I）,性质异氰酸酯可视为异氰酸HNCO(氰酸HOCN)中的氢被烃基取代的产物。由于分子中有累积双键，化学性质十分活泼，易与水、醇、酚和胺等含有活泼氢的化合物反应。,（3）脲类衍生物的制备,（J酸）,（猩红酸）,6,6-(1,3-亚脲基)双(1,1-萘酚)-3,3-磺酸,芳胺在水介质中，在Na2CO3缚酸剂作用下与光气作用，形成对称的二芳基脲。,用尿素的N-酰化 主要产物：单取代脲、双取代脲,11.2.4.4 用酰胺的N-酰化,11.2.

11、4.5 用羧酸酯的N-酰化,主要酰化剂,碳酸二甲酯 氯甲酸三氯甲酯 二(三氯甲基)碳酸酯,丙烯酸甲酯 氯乙酸乙酯 氰乙酸乙酯 乙酰乙酸乙酯,（1）光气替代品,（2）羧酸酯,11.2.4.6 用双乙烯酮的N-酰化,特点 （1）酰化活性高； （2）酰化剂成本低廉； （3）酰化收率高，产品质量好。,缺点 双乙烯酮生产工艺复杂，设备投资高；低温存储，易聚合；具有很强的刺激性，催泪性，毒性。,11.2.5 酰氨基的水解,酰胺在一定条件下可以水解，生成相应的羧酸和胺：,酰胺的水解是对酰胺基的羰基亲核取代：,（1）酰胺基对水解的稳定性顺序,甲酰胺的稳定性最小，从经济观点，对于保护性酰化，应该首选甲酰基或乙酰

12、基 。甲酸酐（ HCOO-CHO）极不稳定，遇水作用立刻变为甲酸。,（2）水解条件,A、碱性条件：采用NaOH水溶液，对有些加热后仍然不溶的胺，可采用NaOH的醇水溶液 缺点：采用碱性条件，对设备的腐蚀小，但产物在碱性、高 温下易氧化，不如在酸中稳定 B、酸性水解：多用稀盐酸，有时加入少量的硫酸以加速水解。水解一般取物料的回流温度。对于有些难水解的酰胺（2，6二甲基乙酰苯胺、3，4二硝基乙酰1-萘胺等），可以加入三氟化硼、甲醇等一起回流 缺点：采用酸性条件水解，对设备的腐蚀较严重,11.3 O-酰化（酯化）,醇或酚分子中的羟基氢原子被酰基取代而生成酯的反应，叫做O-酰化反应，也叫做酯化反应。,

13、酰化试剂：羧酸；酸酐；酰氯；酰胺；酯（酯交换）,反应通式,11.3.1 用羧酸的酯化,用羧酸和醇合成酯类的反应通式：,反应特点： 1、反应原料易得，应用广泛； 2、醇类中，伯醇的酯化产率较高，仲醇较低，而叔醇和酚类直接酯化的产率甚低； 3、羧酸为弱酰化剂，需少量酸性催化剂存在，使醇和羧酸加热回流； 4、反应可逆。提高酯收率的方式：用过量的低级醇；从反应混合物中蒸出水；从反应混合物中蒸出酯。,用羧酸的酯化是一个可逆反应，即,移除反应生成水的方法： 1、利用共沸蒸馏，即加入苯、甲苯、二甲苯、氯仿或四氯化碳等溶剂； 2、添加脱水剂； 3、如果酯的沸点低于酸、醇和水，也可不断蒸出酯，使平衡不断右移，完

14、成酯化反应，如制备甲酸甲酯、甲酸乙酯、乙酸甲酯、乙酸乙酯等。,反应历程,随着羧酸和醇的结构以及反应条件的不同，酯化反应的机理不同。伯醇和仲醇用羧酸的酯化一般是在质子酸的催化作用下，按双分子反应历程进行的：,这个机理可以概括为：酰氧键断裂。即：,叔醇的酯化反应经实验证实是按照烷氧键断裂的方式进行的：,即：,醇或酚的结构对酯化反应的影响,（1）伯醇仲醇叔醇酚（酯化速度） （2）无位阻有位阻 （3）叔醇（易于质子化脱水成烯烃）和酚的酯化一般不用羧酸，而用酸酐，酰氯或羧酸加PCl3,P266 表11-2,p-共轭效应使O上的电子云密度减小，亲核性减弱。,羧酸的结构对酯化反应的影响,羧酸的结构对平衡常数

15、的影响不如醇显著。 1）羧酸分子中碳链增长，酯化速率明显下降； 2）羧基相邻的C上有支链时，酯化速率下降； 3）脂肪族羧酸酯化反应速率明显大于芳基羧酸。,P266 表11-3,氧的孤对电子和苯环发生了p-共轭，使得孤对电子的电子云向苯环偏移, -OH很难离去,酯化催化剂,1) 常用的酸性催化剂为浓硫酸、盐酸或苯磺酸， 2) Lewis酸如BF3，AlCl3, ZnCl2, 3) 可选用锡盐（ SnO或草酸亚锡SnC2O4 ）、有机钛酸酯（钛酸四烃基酯）、 4) 硅胶、聚苯乙烯磺酸型阳离子交换树脂。,升高反应温度，可以加快酯化反应速率，但使用浓硫酸作催化剂时，脱水温度不宜超过160。避免醇脱水成

16、烯烃，醚或碳化。,11.3.2 用酸酐的酯化,用羧酸酐和醇合成酯类的反应通式：,反应历程：,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,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。,水杨 酸甲酯,乙酰基水杨酸甲酯,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

17、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。,11.3.3 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。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。 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。,酯的交换法是指用一种容易制备的酯与醇，酸或另一种酯作用制备所需的酯，反应可按下式三种类型进行：,醇解 （最常用）,13.3.4 酯交换（用酯的酯化）,酸解,

18、交换,（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。,酸催化的醇解反应历程如下：,碱催化的醇解反应历程如下：,（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：,丙烯酸甲酯,十二酸,十二酸丙烯酯,（三）酯的互换 （应用范围较窄）,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。

19、,例如：,甲酸甲酯,11.4 C-酰化,C-酰化指的是C原子上的H被酰基取代，主要应用于芳环的C-酰化，用于制备芳酮，芳醛和芳羧酸。（烷基C-H键太稳定，很能发生C-酰化）,当RH，产物为醛；当ROH，产物为羧酸；其他为酮,11.4.1 C-酰化制芳酮,酰化剂：羧酰氯、酸酐或羧酸 催化剂：酸性催化剂AlCl3 反应历程：亲电取代反应（傅氏酰基化反应） 亲电质点：,11.4.1.1 反应历程,以酰氯为酰化剂,配合物,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，

20、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。,以酸酐为酰化剂,总反应方程式：,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。,（转化率不高）,11.4.1.2 被酰化物结构的影响,1)芳环上有供电子取代基（-CH3，-OH，-OR，-NR2，-NHAc）反应容易进行，主要进入该取代基的对位，且可使用无水氯化锌、多聚磷酸等温和催化剂；含有NH2时必须先保护再酰化 2) 当芳环上引入第一个酰基后，很难再引入第二个酰基。对于稠环类或者电子云密度大的芳烃可以引入两个酰基，如萘则在两个芳环上可分别引入一个酰基。,3)芳环上有吸电子取代基(-Cl

21、,-NO2,-SO3H,-COR)，C-酰化反应难进行。（如硝基苯可以作为C-酰化反应溶剂） 4)杂环化合物，富电子的杂环容易发生C-酰化反应，酰基一般进入杂原子的位（位被占据，则进入位）,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，提高亲电试剂的反应能力。,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：,11.4.1.3 C-酰化的催化剂,常用催化剂 无水三氯化铝强催化剂 无水氯化锌 多聚磷酸 三氟化硼,温和催化剂,11.4.1.4 C-酰化的溶剂,以无水三氯化铝作催化剂时，生成的芳酮-三氯化铝配合物在反应温度下的状态不同，反应体系不同。,液态：无需使用溶剂,固态：使用溶剂,过量的液态被酰化物/酰化试剂,惰性有机溶剂,二氯甲烷 四氯化碳 1,2-二氯乙烷 二硫化碳 石油醚 硝基苯,（1）用过量的低沸点芳烃作溶剂,（2）用过量的酰化剂作溶剂,.,二氯甲烷、四氯化碳、