精细有机合成07第七章酰基化

第七章 酰基化 第一节 概述,一、酰基化反应介绍,二、酰基化试剂,一、酰基化反应介绍,酰基 含氧酸中除去羟基后所剩余的部分（RCO），如：,一、酰基化反应介绍,1. 研究意义：,（1） 在羟基或氨基等官能团上引入酰基后可改变原化合物性质和功能。如染料的染色性能和牢度指标有所改变，药物分子中引入酰基可改变药性；,（2）可用来保护氨基，反应完成后再将酰基水解去掉。,如：在苯胺上引入硝基时，我们一般用苯胺与混酸发生亲电取代反应即可。但苯胺非常易被氧化，甚至空气中的氧气就能将无色透明的苯胺液体在几个小时内氧化成黑色的苯醌染料，混酸更是一种强氧化剂，所以必须先将氨基保护起来才能用混酸硝化。,若不保护氨基，则：,黑色染料苯醌,一、酰基化反应介绍,2. 定义：,酰基化反应指的是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所取代的反应。,3. 分类：,二、酰基化试剂,常用的酰化剂是酰氯、酸酐和羧酸。 如乙酰氯、乙酸酐、顺丁烯二酸酐、甲酸、乙酸、草酸等。,其活性排列次序为：酰氯酸酐羧酸。,第二节 N酰化反应,N酰化是制备酰胺的重要方法。,一、N酰化反应基本原理,二、N酰化方法,三、应用实例：,对乙酰氨基酚（扑热息痛）的合成, 一、N酰化反应基本原理,1. N酰化反应历程：,属于亲电取代反应,2. N酰化影响因素：,（1）酰化剂的活性的影响 ：,反应活性如下： 酰氯酸酐羧酸,（2）胺类结构的影响 ：,氨基氮原子上电子云密度越高，碱性越强，则胺被酰化的反应性越强。,胺类被酰化的反应活性是：伯胺仲胺，脂肪胺芳胺。,对于芳胺，环上有供电子基时，碱性增强，芳胺的反应活性增强。反之，环上有吸电子基时，碱性减弱，反应活性降低。,（3）空间位阻效应 ：,无空间阻碍的胺的活性高于有空间阻碍的胺。,产物可用作表面活性剂, 二、N酰化方法,1. 用酰氯的N酰化,（1）举例：,反应不可逆。酰氯是一强酰化剂，与胺类的酰化反应是放热且剧烈的，所以通常是在冷却的条件下进行。,（2）加入缚酸剂的原因及作用：,由于酰化时生成的氯化氢与游离氨结合成盐，降低了N酰化反应的速度，因此在反应过程中一般要加入缚酸剂来中和生成的氯化氢，使介质保持中性或弱碱性，并使胺保持游离状态，以提高酰化反应速度和酰化产物的收率。,常用的缚酸剂有：氢氧化钠、碳酸钠、碳酸氢钠、醋酸钠及三乙胺等有机叔胺。, 二、N酰化方法,2. 用酸酐的N酰化,反应不可逆。最常用的酸酐是乙酸酐，它的酰化活性较高，在20 90时反应即能顺利完成。,对于二元胺类，如果希望只酰化其中的一个氨基时，可以先用等物质的量比的盐酸，使二元胺中的一个氨基成为盐酸盐，加以保护，然后再按一般的方法进行酰化。, 二、N酰化方法,3用羧酸的N酰化,由于羧酸的活性较弱，反应属于可逆反应。,为了使可逆反应尽量向正反应方向进行，加快N酰化反应的速度，通常采用两种方法。一是加入少量强酸作催化剂，或者用脱水剂移去反应生成的水；二是加入过量的羧酸，当反应达到平衡以后逐渐蒸出过量的乙酸，并将水分带出。,二、N酰化方法,4. 用其它酰化剂的N酰化,如甲苯二异氰酸酯（TDI）的合成，它是粘合剂及塑料的重要原料 。, 二、N酰化方法,5. 酰基的水解,酰胺基可以在酸或碱催化下水解生成相应的羧酸和胺。这是将氨基酰化成为酰胺是保护氨基的最为便利的方法。 如：,酰基水解在有机合成中的应用：,例：由对胺基甲苯合成对氨基苯甲酸：,若使用对氨基甲苯直接发生氧化反应则得到醌类产物。,三、应用实例,对乙酰氨基酚（扑热息痛）的合成：,1. 反应原理:,2. 生产工艺过程：,（1）酰化,在酰化釜中先加入稀乙酸，加热至沸腾，再加入对氨基酚，边回流边蒸馏，保持120126反应45h；再加入冰乙酸，继续回流蒸出水，在130140下反应56h。然后减压蒸出水，待反应液温度达145152时，放料至8090热水或精制母液中，析出粗品。离心过滤，用水洗涤得粗品结晶。,（2）精制,将粗品加热水使其溶解，加入活性炭（脱色），加热至沸腾，过滤，滤液放入预先盛有适量的亚硫酸氢钠的结晶釜内，冷却结晶（必要时重结晶一次）。离心过滤，甩干，100以下干燥，过筛，得成品。总收率77.784.0%（以对氨基酚计）。,第三节 C酰化,C酰化指的是碳原子上的氢被酰基所取代的反应。,在芳环上引入酰基得到芳酮或芳醛的反应又称为傅列德尔（Friedel）克拉夫茨（Crafts）酰化反应，主要用于制备芳酮、芳醛以及羟基芳酸。,复习：付氏烷基化反应,一、C酰化反应原理,二、C酰化方法,三、生产实例,一、C酰化反应原理, 1C酰化反应历程,首先酰氯与无水三氯化铝作用生成各种正碳离子活性中间体（a）、（b）和（c）。,反应历程属亲电取代反应。,一、C酰化反应原理, 2反应特点：,（1） 1mol酰氯理论上需消耗1mol三氯化铝，但催化剂的实际用量还需过量10% 50%。,（2） 用酸酐作为酰化剂时，酸酐中的一个酰基首先与三氯化铝作用，转化成酰氯然后酰氯再接上述历程完成酰化反应：,所以用酸酐作为酰化剂时三氯化铝的实际用量为：酸酐与三氯化铝的摩尔比1：2，再过量10% 50%。,如1mol甲苯与1mol醋酐反应时需要2molAlCl3：,一、C酰化反应原理,催化剂:三氯化铝(Aluminum Trichloride),纯品是白色粉末或颗粒，工业品含游离氯和铁为淡黄色，易溶于水、醇、氯仿、四氯化碳，微溶于苯，有强烈吸水性，与水接触剧烈分解，有时能引起爆炸。,一、C酰化反应原理, 3C酰化的影响因素,（1）被酰化物的结构：,芳环上有给电子基取代基时，酰化反应容易进行；芳环上有吸电子基时，反应就很难进行。因为酰化反应属于亲电取代反应。当芳环上有硝基或磺基取代后，就不能再进行酰化反应。因此，硝基苯可作为酰化反应的溶剂。,当芳环上引入一个酰基后，由于酰基属吸电子基，芳环上很难再引入第二个酰基。,与C 烷基化反应进行对比：,芳环上含邻、对位定位基时，由于位阻效应，引入的酰基的位置主要在该取代基的对位，如对位己被占据，则酰基进入邻位。,芳胺类化合物进行C酰化反应时，必须先将氨基用酰卤或酸酐转变成乙酰胺基进行保护。因为氨基虽然是给电子基，但因其N原子和三氯化铝能形成配位络合物，使催化剂的活性下降。,不继续反应, 3C酰化的影响因素,（2） 酰化剂：,与付氏烷基化反应类似，酰卤和酸酐是最常用的酰化剂，其次是羧酸。,各种酰化剂的反应活性活性顺序为：酰卤酸酐羧酸,（3） 催化剂：,Cat作用：,Cat种类：,Lewis酸：,质子酸：,（4） C酰化的溶剂：,反应组分是液态时，使用过量的的某一种液态反应组分作为溶剂；,反应组分不是液态的，则选用低沸点溶剂，如硝基苯、二硫化碳、四氯化碳、二氯甲烷、石油醚等。,增强酰基碳原子上的正电荷，提高进攻试剂的反应能力。,Lewis酸和质子酸两种。Lewis酸的催化作用比质子酸强。,三氯化铝（最常用）、三氟化硼、四氯化锡、二氯化锌；,硫酸（最常用）、液体氟化氢及多聚磷酸。,二、C酰化方法,1. 用酰氯的C酰化,2. 用羧酸酐的C酰化,3. 用其它酰化剂的C酰化, 1. 用酰氯的C酰化,如：萘在催化剂AlCl3作用下，用苯甲酰氯进行C酰化，其反应式为：,该反应过量的苯甲酰氯即作酰化剂又作溶剂。,C酰化反应生成的芳酮与三氯化铝的络合物需用水分解，才能分离出芳酮，水解会释放出大量热量，所以将酰化物放入水中时，要特别小心以防局部过热。, 2. 用羧酸酐的C酰化,用邻苯二甲酸酐进行环化的C酰化是精细有机合成的一类重要反应。酰化产物经脱水闭环制成蒽醌、2甲基蒽醌、2氯蒽醌等中间体。,如：邻苯甲酰基苯甲酸的合成反应：,3. 用其它酰化剂的C酰化,对于芳香族化合物如果芳环上含有羟基、甲氧基、二烷氨基、酰氨基。在C酰化时会发生副反应，为了避免副反应的发生，通常选用温和的催化剂，例如无水氯化锌，有时也选用聚磷酸等。,如：间苯二酚与乙酸的反应：,生成的2,4二羟基苯乙酮是制备医药的中间体。,三、生产实例,医药和染料中间体萘乙酮的合成：,萘与乙酐在AlCl3存在下进行C酰化反应得到萘乙酮。,在干燥的铁锅中加入无水二氯乙烷106L及精萘56.5kg，搅拌溶解。在干燥搪玻璃反应器中加入无水二氯乙烷141L及无水三氯化铝151kg，在25左右下缓缓加入乙酐51.5kg，保温半小时。再于此温度下加入上述配好的精萘二氯乙烷溶液，加完后保持温度为30反应1小时，然后将物料用氮气压至800L冰水中进行水解，稍静置后放去上层废水，用水洗涤下层反应液至刚果红试纸不变蓝为止。将下层油状液移至蒸馏釜中，先蒸去二氯乙烷，再进行真空蒸馏，真空度为100kpa（750mmHg），于160200下蒸出萘乙酮约6570kg。,