第11章--酰化.ppt
11.1 概述有机分子中碳,氮,氧,硫等原子上氢被酰基取代的反应叫酰化反应.本文仅讨论:N,C,O-酰化反应.酰化剂:羧酸,酸酐,酰氯,羧酸酯,酰胺等反应活性:11.1 概述如果引入长链的脂酰基时,则要用酰氯作酰化剂.如果要引入芳酰基,最好要用芳酰氯作酰化剂.酰化剂分子中有吸电子基时,酰化剂的活性强,有供电子基时,活性弱.11.2 N-酰化主要用途是制备酰胺.反应历程:从反应历程上可以看出,酰化剂中电子云密度降低,有利于反应的进行.11.2 N-酰化胺类的反应活性是:伯胺仲胺,脂肪族胺芳香族胺,无位阻胺有位阻胺氮原子上电子云密度越高,反应活性越大.芳胺的芳环上有吸电子基时,反应活性低,有供电子基时,反应活性高.用羧酸的N-酰化羧酸用作酰化剂的最大的优点是价廉,但活性低.一般用于甲酸,乙酸与胺的酰化反应.但缺点是反应温度高,容易生成焦油状物,产物颜色深,反应不完全.反应分两步进行.第一步是形成铵盐,第二步是脱水形成酰胺.用羧酸的N-酰化有利于反应中将水除去的工艺有利于反应的进行.反应精馏脱水酰化法.在装置中边反应边用精馏法除去含水的乙酸.(用于乙酸作酰化剂),用这个方法可以制备下列有机中间体.用羧酸的N-酰化溶剂共沸蒸馏脱水酰化法特点:在反应体系中加入甲苯,二甲苯等惰性有机溶剂通过共沸蒸馏的方法将反应生成的水从体系中蒸出.特别用于甲酸的酰化反应.用羧酸的N-酰化高温熔融脱水酰化法.用于稳定铵盐高温下的脱水.(蒸出水和苯胺)用酸酐的N-酰化用酸酐的反应是不可逆的,反应活性好,常用于胺的酰化反应中.特点是反应温度低(20-90度),产率高用酸酐的N-酰化实例:用酸酐的N-酰化实例:用酰氯的N-酰化酰氯作为酰化剂其活性是最强的.反应生成的氯化氢的逸出,使反应不可逆.脂肪族酰氯遇水不稳定,反应需要在隋性溶剂中进行，芳香族酰氯则可以在水中进行反应。酰氯的制法:用酰氯的N-酰化为了中和生成的氯化氢,在反应中需要加碱,氢氧化钠,碳酸钠,氢氧化钙等,以控制反应的pH值.用酰氯的N-酰化为了简化工艺,提高得率,可以用芳羧酸加三氯化磷再与胺反应,反应中应注意三氯化磷怕水,无水条件.（例：2,3-酸与苯胺反应制色酚系列产品的反应)用酰氯的N-酰化例:色酚AS-D合成用芳磺酰氯的N-酰化一般可以在水介质中进行.加入碱调节酸碱性.用三聚氰酰氯的N-酰化可以控制反应条件合成一,二,三酰化产物,例荧光增白剂VBL的合成(p330,11-14)用光气的N-酰化光气:碳酰氯,具有剧毒性.氨基甲酰氯衍生物的制备(光气分子中一个氯与胺反应生成的产物)用光气的N-酰化异氰酸酯的制备,将上述方法制备得到的氨基甲酰氯脱氯化氢,可以制备异氰酸酯,异氰酸酯是聚氨酯工业的必不可少的原料.例:TDI的合成用光气的N-酰化脲衍生物的制备(例:猩红酸的合成),这是合成具有脲结构的一个常用方法.用酰胺的N-酰化用尿素的N-酰化,可以部分代替光气产物为单取代脲或双取代脲用甲酰胺的N-酰化用甲酰胺作酰化剂例:甲酰苯胺的合成用羧酸酯的N-酰化碳酸二甲酯作酰化剂碳酸二甲酯是由一氧化碳与氢气合成甲醇后与一氧化碳和氧进行羰基化合成的.目前在合成塑料等工业中应用较广.用羧酸酯的N-酰化用甲酸甲酯,甲酸乙酯,丙二酸二乙酯,丙烯酸甲酯,氯乙酸乙酯,氰乙酸乙酯,乙酰乙酸乙酯等作酰化剂.用双乙烯酮的N-酰化双乙烯酮是非常重要的酰化剂,由乙酸热解制得后进行二聚合成.注意双乙烯酮的毒性.用双乙烯酮的N-酰化双乙烯酮是非常活泼的酰化剂.可以在水,甲苯,乙醇或丙酮的介质中进行酰化反应.11.3 O-酰化(酯化)醇或酚分子中羟基氢原子被酰基取代的反应,由于生成的产物是酯,所以又叫酯化反应.酯在自然界的天然产物中是非常重要的化学结构,在合成产物中又是非常重要的精细化工产品,所以酯化反应在工业上是非常很需要的.例:油脂,各种水果的香气,增塑剂,聚氨酯,玻璃钢,醇酸树脂,丙烯酸树脂,香料,涤纶等.用羧酸的酯化由于羧酸是便宜的酯化剂,所以其反应具有重要的意义.只能用于醇的酯化,不能用于酚的酯化.反应是可逆的,需要酸做催化剂.用羧酸的酯化羧酸及醇的结构对反应速度有很大影响,一般有如下规律:位阻越小,反应速度越快.如果羧基与双键或苯环共轭,反应活性就低.反应活性相差很大.(P338和P339表11-1,表11-2数据)注意反应速度(表中1小时数据)与平衡常数是有差别的,用羧酸的酯化酯化必须在强酸的催化下才有工业上的意义.常用的催化剂有:氯化氢,浓硫酸,对甲苯磺酸,强酸性阳离子交换树脂,分子筛,固体酸等.在增塑剂及树脂的合成中,常常使用钛酸四烃酯,氯化亚锡,氧化铝,氧化硅等催化剂,与硫酸相比,不腐蚀设备,产品的副反应少,但并不是绝对能取代液体酸的催化作用.对甲苯磺酸与浓硫酸相比,引起的副反应少,特别是氧化作用弱,如果硫酸催化作用不好,可以考虑使用.羧酸与醇的酯化方法由于是可逆反应,必须考虑在工艺上将反应向酯化方向进行.采取的方法有:使一种原料大大过量(考虑价格与工艺操作).下例中甲醇过量.羧酸与醇的酯化方法从酯化反应物中蒸出生成的酯条件是酯的沸点必须较低.例:乙酸乙酯的合成中将产物与水一起蒸出.有利于反应的进行.羧酸与醇的酯化方法从酯化反应物中直接蒸出水条件:原料都有高沸点.在水蒸出的条件下原料不能蒸出.而且原料与水不共沸.例:另一个例子是DOP的合成.羧酸与醇的酯化方法共沸精馏蒸水法用生成的酯或原料醇与水形成共沸物的方法.例:乙酸丁酯,乙酸异戊酯等条件：酯或醇的沸点与水接近且与水不溶或溶解度较小,且能与水形成共沸物.而甲醇,乙醇,丙醇,异丙醇与水混溶,不能分层,不能用此方法.羧酸与醇的酯化方法共沸精馏蒸水法如果用其它方法不好时,可以考虑加入苯,甲苯,二甲苯,环已烷,氯仿,四氯化碳等与水不溶且能与水或与水-醇形成共沸物的溶剂,用共沸的方法进行脱水.例:乙醇-水-苯的三元共沸物沸点:64.84 共沸液中含乙醇18.5%,水7.4%和苯74.1%(p342,表11-4)在醇酸树脂的生产中,由于需要高的反应温度,所以一般用二甲苯作为带水剂.但上述方法必须注意食品的安全性.羧酸与不饱和烃的加成酯化这个反应是亲电加成反应,产物是酯,服从马氏规则.催化剂:强酸乙烯一般不用于此反应.一般用高碳烯烃.羧酸与不饱和烃的加成酯化例:L-丙氨酸与异丁烯的酯化反应(硫酸催化).蒎烯与乙二酸加成再水解生产龙脑(重排与加成)羧酸与环氧烷的酯化环氧烷与羧酸加成,其原理与醇和环氧烷加成相类似.例:丙烯酸与环氧乙烷的加成,用三氯化钒作催化剂.注意加对羟基苯甲醚作阻聚剂.羧酸盐与卤代烷的酯化这个反应是亲核取代反应.例:乙酸苄酯的合成.优点:碱性条件,反应的得率高.用酸酐的酯化酸酐比相应的羧酸反应活性要高得多,一般用于不易反应的醇或价格高的醇或在强反应条件下结构被破坏的醇.可用催化剂,也可不用.有些酸酐工业品比较便宜.例:顺丁烯二酸酐,邻苯二甲酸酐等.用酸酐的酯化例:水扬酸甲酯,乙酸-1-萘酯及双酯的合成.用酰氯的酯化酰氯是非常强的酰化剂,用于难以酯化产品中.可以用或不用加入碱以中和生成的卤化氢.几个例子:用磷酰氯的酯化主要用三氯化磷与醇反应的活性.例:磷酸三苯酯的合成用磷酰氯的酯化亚磷酸三甲酯的合成用双乙烯酮的酯化双乙烯酮与醇反应生成乙酰乙酸酯.得率高,是目前工业上生产乙酰乙酯酯的主要方法.用这个方法可以合成甲酯,乙酯,异丙酯等.用腈或酰胺的酯化用于腈或酰胺比相应羧酸便宜的情况.例:苯乙腈或苯乙酰胺比苯乙酸便宜.反应用硫酸作催化剂.酯交换法酯-醇交换法:用一种酯与另一种醇在酸或碱的催化下,进行交换,生成另一种酯和醇的反应.酯交换法酯-酸交换法:酯与羧酸反应生成另一种酯及羧酸.11.4 C-酰化有机分子中碳原子上的氢被酰基取代的反应.主要用于制备芳酮,芳醛及羟基芳酸.11.4 C-酰化制芳酮这个反应是Friedel-Crafts酰基化反应,属亲电取代反应历程.酰氯在三氯化铝催化下的反应历程.反应历程活性中间体与芳烃反应得配合物.反应历程配合物水解分解为芳酮由于反应中用的三氯化铝与酮形成了配合物,不能再起催化作用,所以反应需要1:1摩尔的三氯化铝,实际要过量10-50%.反应历程酸酐作酰化剂反应历程与酰氯一致,只是有两个酰基,需要两摩尔三氯化铝.被酰化物结构的影响芳环上有供电子基(-OH,-OCH3,-OAc,-NH2,-NHR,-NR2,-NHAc),有利于反应的进行.芳环上有吸电子取代基时(-NO2,-Cl,-COOR,-COR)时,反应难以进行.由于酰基是吸电子基,所以引入一个酰基后,芳环被钝化,所以反应能停留在一酰化阶段.硝基苯不能发生酰基化反应,硝基苯常常作为酰化反应的溶剂.酰化反应一般使新进入的酰基进行邻对位取代基的对位,对位被占据时才进入邻位.五员杂环易于反应,六员杂环不易于反应.一般进入杂原子的邻位,如果邻位被占据,则进入间位.催化剂与溶剂催化剂应用三氯化铝,无水氯化锌和三氟化硼等Lewis酸,也可以用多聚磷酸,温度必须控制好,防止出现焦油物.根据反应中物态的情况,可以用溶剂或不用溶剂,如果用溶剂,则用不含水和质子的有机溶剂.例:二氯甲烷,硝基苯,四氯化碳,二氯乙烷,二硫化碳,石油醚等.实例实例1(三氯化铝-无溶剂酰化法)实例实例2(三氯化铝-过量被酰化物酰化法),下例中苯过量作为溶剂.实例实例3(三氯化铝-溶剂酰化法),下例中二氯甲烷作溶剂.实例实例4(芳胺的C-酰化-无水氯化锌催化法)主要考虑氮原子的酰化反应同时发生.而叔胺的氮原子上则不能发生酰化反应.实例实例5(间苯二酚的C-酰化)教材上间苯二酚其它酰化反应式大家看看.实例实例6(用三氯氧磷或磷酸作催化剂)这个反应用于活泼的被酰化物.C-甲酰化制芳醛用一氧化碳的C-甲酰化条件是用Lewis酸催化.产物是芳醛C-甲酰化制芳醛用三氯甲烷的C-甲酰化条件:酚类芳烃,用氢氧化钠水溶液,产物是羟基芳醛C-甲酰化制芳醛用三氯甲烷的C-甲酰化上述反应是生产水杨醛的工业路线.此反应中用到了二氯卡宾中间体.:CCl2C-甲酰化制芳醛用N,N-二甲基甲酰胺的C-酰化用于活泼芳环或杂环,例:N,N-二烷基芳胺,酚类,酚醚,多环芳烃,噻吩,吲哚衍生物,产物是醛反应条件:三氯氧磷(POCl3)C-甲酰化制芳醛用乙醛酸的C-酰化只用于酚类和酚醚的C-酰化.条件是强酸催化和低温,产物是醛.例香料洋茉莉醛的生产.香兰素的生产也用此法.
