酰化反应.ppt

1、第十一章 酰化反应,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,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,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。,酰化反应通式,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,(3) 酰氯 Z=

2、Cl,CH3COCH2COOC2H5、ClCOOCCl3、ClCH2COOC2H5,(4)羧酸酯,如 CH3COCl,(5) 酰胺,(6)其它,双乙烯酮,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,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),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,注意： 碳酰化时，1mol酰氯理论上需1molAlCl3，但实际上要过

3、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,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。,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,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

4、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,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,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。,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,反应历程：,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

5、去,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,（2）溶剂共沸蒸馏脱水法,(3)高温熔融脱水酰化法,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,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。,氨基酚酰化时，控制适当的条件可让-NH2酰化、而-OH保留下来,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,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,3、用酰氯进行N-酰化

6、,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,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,(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：,(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

7、。 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：,（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,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：,（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,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

8、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,（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,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：,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,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,室温(0-200)，介质: 水、甲苯、乙醇、丙酮等 常用的芳胺：ph

9、NH2、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,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,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,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

10、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.,例,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,(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,(4)用尿素进行N-酰化,(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,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

11、，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。,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,在酸性介质中，酰化物水解活性次序：,实例,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,(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

12、化或酯化反应的主要类型：,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,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,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,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,(2)反应历程：双分子反应历程,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

13、)影响因素：,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,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,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,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,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

14、和乙二醇；再减压蒸馏，即可得到乙二醇二甲基丙烯酸酯,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%,(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,(C)非酸性Cat

15、：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,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,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

16、性比碱性Cat活性强，工业上常用Cat为H2SO4,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),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,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

17、、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,实例：,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,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,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

18、适用于高沸点醇来交换低沸点醇生成酯 实例：,实例,抗氧剂，可用于橡塑加工和石油产品,抗氧剂，用途：橡塑加工,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,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,烯烃的活泼性,(CH3)2C=CH2 CH3CH=CH2 CH2=CH2,PdAc2/SiO2, 0.5-1MPa, 160-180,四、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,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

19、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,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,（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

20、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：HF H2SO4 P2O5 H3PO4,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。,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,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,C、另外加入适当的溶剂,常用的溶剂：PhNO2、CS2、ClCH2CH2Cl、Cl2CHCH