精细有机合成单元反应_05酰基化反应.ppt

第五章 酰基化反应 5.1 概 述 5.2 N-酰化 5.3 O-酰 化（酯化） 5.4 C-酰 化 返回 •酰基指从含氧有机酸或无机酸分子中除一个或几个羟基后所剩基团 •酰化指的是有机分子中与碳原子、氮原子、磷原子、氧原子或硫原 子相连的氢被酰基所取代的反应氨基氮原子上的氢被酰基所取代 的反应称N-酰化，生成的产物是酰胺羟基氧原子上的氢被酰基取 代的反应称O-酰化，生成的产物是酯，故又称酯化碳原子上的氢 被酰基取代的反应称C-酰化，生成产物是醛、酮或羧酸 •5.1.1 酰化剂 •最常用的酰化剂主要有： •(1) 羧酸：甲酸、乙酸和乙二酸等 •(2) 酸酐：乙酐、顺丁烯二酸酐、邻苯二甲酸酐、1,8-萘二甲酸酐以 及二氧化碳(碳酸酐)和一氧化碳(甲酸酐)等 •(3) 酰氯：碳酸二酰氯(光气)、乙酰氯、苯甲酰氯、三聚氰酰氯、苯 磺酰氯、三氯氧磷(磷酸三酰氢)和三氯化磷(亚磷酸三酰氯)等返回 5.1 概述 •(4) 羧酸酯：乙酰乙酸乙酯、盏互酸Z．酯、氯甲酸三氯甲酯(双光气 )和二(三氯甲基)碳酸酯(三光气)等 •(5) 酰胺：如尿素和N,N-二甲基甲酰胺等 •(6) 其他：如乙烯酮和双乙烯酮等。

•5.1.2酰化剂的反应活性 •最常用的酰化剂是羧酸、相应的酸酐或酰氯羧酸、相应的酸酐和 酰氯的活泼性次序是： 酰氯＞酰酐＞酯＞羧酸 返回 5.1 概述 •(1) 在脂肪族酰化剂中，其反应活性随碳链的增长而变弱因此，只 有向氨基氮原子或羟基氧原子上引入甲酰基、乙酰基或羧甲酰基时 ，才能使用价廉易得的甲酸、乙酸或乙二酸作酰化剂在引入长碳 链的脂酰基时，则需要使用活泼的羧酰氯作酰化剂 •(2) 当R为芳环时，由于芳环的共轭效应，使酰化剂活性降低因此 在引入芳羧酰基时也要用活泼的芳羧酰氯作酰化剂 •(3) 当脂链上或芳环上有吸电基时，酰化剂的活性增强，而有供电基 时则活性减弱 •(4) 由弱酸构成的酯也可作酰化剂 返回 5.1 概述 •N-酰化是制备酰胺的重要立法被酰化的胺可以是脂胺，也可以是 芳胺；可以是伯胺，也可以是仲胺 •5.2.1 反应历程 •用羧酸或其衍生物作酰化剂时，酰基取代伯氨基氮原子上的氢，生 成羧酰胺时的反应历程可简单表示如下： •酰基是吸电子基，它使酰胺分子中氨基氮原子上的电子云密度隆低 ，不容易再与亲电性的酰化剂质点相作用，即不容易生成N,N-二酰 化物所以在一般情况下容易制得较纯酰胺。

返回 5.2 N-酰基化 •5.2.2 胺类结构的影响 •胺类被酰化的相对反应活性是： 伯胺仲胺；脂胺＞芳胺；无位阻胺有位阻胺 •即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对于芳胺，环上有供电基时，碱性增强，芳 胺的反应活性增加反之，环上有吸电基时．碱性减弱，芳胺的反 应活性降低 •对于活泼的胺可以采用弱酰化剂对于活性低的胺，则需要使用 活泼的酰化型 返回 5.2 N-酰基化 •脱水的方法主要有以下几种： •(1) 反应精馏脱水酰化：主要用于乙酸(b.p.118℃)与芳胺的N-酰化 •(2) 溶剂共沸蒸馏脱水酰化法：此法主要用于甲酸(b.p.100.8℃)与芳 胺的N-酰化 •(3)高温熔融脱水酰化法：此法可用于稳定铵盐的脱水例如，向冰 乙酸中通入氨气，使生成乙酸铵，然后逐渐加热到180～220℃进行 脱水，即得到乙酰胺用同样的方法还可以制得丙酰胺和丁酰胺 返回 5.2.3 用羧酸的N-酰化 羧酸价廉易得，但反应活性弱一般在引入甲酰基、乙酰基、羧 甲酰基时才使用甲酸、乙酸或乙二酸作酰化剂有时也用苯甲酸 作酰化剂羧酸类酰化剂一般用于碱性较强的胺或氨的N-酰化。

用羧酸的N-酰化是可逆反应，首先是羧酸与胺或氨生成铵盐，然 后脱水生成酰胺 5.2 N-酰基化 •5.2.4 用酸酐的N-酰化 •在酸酐中最常用的是乙酐用乙酐的N-酰化反应如下式所示： •这个反应不生成水，因此是不可逆的反应生成的乙酸可以起溶剂 作用乙酐比较活泼，乙酰化反应一般在20～90℃即可顺利进行 乙酐的用量一般只需要过量5％～50％ 返回 5.2 N-酰基化 •5.2.5 用酰氯的N-酰化 • 酰氯是比相应的酸酐更活泼的酰化剂，许多酰氯比相应的酸酐容 易制备，因此常用来作酰化剂最常用的酰氯是羧酰氯、芳磺酰氯 、三聚氰酰氯和光氯 返回 5.2 N-酰基化 返回 5.2 N-酰基化 •脱水的方法主要有以下几种： •(1) 反应精馏脱水酰化法：此法主要用于乙酸(b.p.118℃)与芳胺的N- 酰化 •(2) 溶剂共沸蒸馏脱水酰化法：此法主要用于甲酸(b.p.100.8℃)与芳 胺的N-酰化 •(3)高温熔融脱水酰化法：此法可用于稳定铵盐的脱水例如，向冰 乙酸中通入氨气，使生成乙酸铵，然后逐渐加热到180～220℃进行 脱水，即得到乙酰胺用同样的方法还可以制得丙酰胺和丁酰胺 返回 5.2 N-酰基化 •O-酰化指的是醇或酚分子中的羟基氢原子被酰基取代的反应，生成 的产物是酯，因此又称为酯化。

几乎所有的用于N-酰化的酰化剂都 可用于酯化 •5.3.1 用羧酸的酯化 •羧酸价廉易得，是最常用的酯化剂但羧酸是弱的酯化剂，它只能 用于醇的酯化，而不能用于酚的酯化 •(1) 羧酸结构的影响 •甲酸比其他直链羧酸的酯化速率快得多如，醇在过量甲酸中的酯 化速率比在乙酸中快几千倍随着羧酸碳链的增长，酯化速度下降 •(2) 醇或酚结构的影响 •伯醇的酯化速率最快，平衡常数K也较大但与双键共轭的丙烯醇 的酯化速率比相应的饱和伯醇(即丙醇)要慢一些，K值也小一些 返回 5.3 O-酰基化(酯化) •一般来说，醇分子中有空间位阻时，其酯化速率和K值降低，即仲 醇的酯化速率和K值比相应的伯醇低一些而叔醇的酯化速率和K值 相当低苯酚由于苯环对羟基的共轭效应，其酯化速率和K值也都 相当低 •所以在制备叔丁基酯时，不用叔丁醇而改用异丁烯；在制备酚酯时 ，不用羧酸而改用酸酐或羧酰氯作酯化剂 •2．酯化催化剂 •对于许多酯化反应，温度每升高10℃，酯化速率增加一倍因此， 加热可以增加酯化速率 •用羧酸进行酯化时，常加入强质子酸催化剂氯化氢的催化作用最 强，但它的腐蚀性也很强因此只用于制备氨基酸酯盐酸盐等。

如 ： 返回 5.3 O-酰基化(酯化) •（1）在用不饱和酸（例如苯基丙烯酸）进行酯化时，氯化氢可能 与烯双键发生加成反应 •（2）浓硫酸对于酯的水解的催化作用较弱，但是在羧酸与醇的酯 化时，浓硫酸会与醇生成硫酸烷基酯而且有很好的催化作用浓硫 酸价廉、腐蚀性小，曾经是工业上最常用的酯化催化剂但是使用 浓硫酸作催化剂时，会发生很多副反应，现在浓硫酸逐渐被更好的 催化剂所代替 •（3）工业上使用的磺酸类催化剂是对甲苯磺酸，它虽然价贵，但 不会像浓硫酸那样引起副反应，已逐渐代替浓硫酸 •（4）强酸性阳离子交换树脂，如：酚醛磺酸树脂和聚苯乙烯磺酸 树脂等也有良好的催化作用，它们的特点是可以回收使用，特别适 用于固定床连续酯化 返回 5.3 O-酰基化(酯化) •3．用羧酸和醇的酯化方法 •用羧酸的酯化是可逆反应，酯化的平衡常数K都不大，为了使羧酸 尽可能完全反应，可采用以下4种方法： •(1) 用大过量低碳醇； •(2)从酯化反应物中蒸出生成的酯 ； •(3)从酯化反应物中直接蒸出水； •(4)共沸精馏蒸水法 •4．羧酸和不饱和烃的加成酯化 •5．羧酸与环氧烷的酯化 •6．羧酸盐与卤代烷的酯化 • 返回 5.3 O-酰基化(酯化) •5.3.2 用酸酐的酯化 •用酸酐酯化的方法主要用于酸酐较易获得的情况，如：乙酐、顺丁 烯二酸酐、丁二酸酐和邻苯二甲酸酐等。

•1．单酯的制备 •酸酐是较强的酯化剂，只利用酸酐的一个羧基制备单酯时，反应不 生成水，是不可逆反应，酯化可在较温和的条件下进行酯化时可 以使用催化剂，也可不使用催化剂酸催化的作用是提供质子 返回 5.3 O-酰基化(酯化) •2．双酯的制备 •用环状羧酸酐可以制得双酯其中产量最大的是邻苯二甲酸二异辛 酯，它是重要的增塑剂 •在制备双酯时，反应是分两步进行的，即先生成单酯，再生成双酯 •第一步生成单酯非常容易，第二步由单酯生成双酯属于用羧酸的酯 化，需要较高的酯化温度，且要用催化剂 返回 5.3 O-酰基化(酯化) •5.3.3 用酰氯的酯化 •用酰氯的酯化和用酰氯的N-酰化的反应条件基本相似最常用的有 机酰氯是长碳链脂酰氯、芳羧酰氯、芳磺酰氯、光气、氨基甲酰氯 、氯甲酸酯和三聚氯氰等 •用酰氯进行酯化时，可以不加缚酸剂，释放出氯化氢气体但有时 为了加速反应、控制反应方向或抑制氯烷的生成，需要加入缚酸剂 ，常用的缚酸剂有：氨气、液氨、无水碳酸钾、氢氧化钠水溶液、 氢氧化钙溶液、吡啶、三乙胺、N,N-二甲基苯胺等 返回 5.3 O-酰基化(酯化) •5.3.4 用双乙烯酮的酯化 •双乙烯酮可以看成是乙酰乙酸的酸酐，它与醇在浓H2SO4或三乙胺 等催化剂存在下发生加成酯化制得乙酰乙酸酯。

如： •5.3.5 用腈或酰胺的酯化 •当腈或酰胺比相应的羧酸更易获得时，也可用作酯化剂如苯乙腈 是由氯苄与氰化钠制得的，苯乙酰胺是由苯乙烯与多硫化铵水溶液 制得的，两者都比苯乙酸容易获得 如： 返回 5.3 O-酰基化(酯化) •5.3.6 酯交换法 •最常用的酯交换是酯-醇交换法，其次是酯-酸交换法 返回 5.3 O-酰基化(酯化) •C-酰化是指碳原子上的氢被酰基取代的反应在精细有机合成中主 要用于在芳环上引入酰基，以制备芳酮、芳醛和羟基芳酸 •5.4.1 C-酰化制芳酮 •羧酰氯、酸酐和羧酸在一定条件下可使酰基取代芳环上氢制芳酮 •1．反应历程 •属付氏反应，芳环上的亲电取代反应 •当用羧酰氯作酰化剂时，一般用无水AlCl3作催化剂，其历程如下： 返回 5.4 C-酰基化(酯化) •芳酮与三氯化铝的配合物遇水即分解为芳酮 •(1) 理论上，1 mol AlCl3要消耗1 mol AlCl3，实际上要过量10% ~ 50%； •(2) 当用酸酐作酰化剂时，若只让酸酐中的一个酰基参加反应时， 1mol酸酐至少需要2 mol AlCl3 返回 5.4 C-酰基化(酯化) •2．被酰化物结构的影响 •当芳环上有强供电基时，反应容易进行，可不用AlCl3作催化剂，而 用无水氯化锌、多聚磷酸等温和催化剂。

•当芳环上有吸电子基时，使C-酰化难于进行因此当芳环上引入一 个酰基后，芳环被钝化 •杂环化合物中，富π电子的杂环，如呋喃、噻吩和吡咯，容易被C- 酰化缺π电子的杂环，如吡啶、嘧啶，则很难C-酰化酰基一般 进入杂原子的α位，若α位被占据，也可进入β位 •3．C-酰化的催化剂 •最常用的催化剂是无水AlCl3，优点是价廉易得、催化活性高、技术 成熟缺点是产生大量的含铝盐废液活泼化合物的C-酰化易引起 副反应，可改用无水氯化锌、多聚磷酸和三氟化硼等温和催化剂 返回 5.4 C-酰基化(酯化) •实例： 返回 5.4 C-酰基化(酯化) 。