酰化反应

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C6H5SOO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。G代表ArNH、R'NH、R'O、Ar等。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ZO如:(CH3CO)2O、(CH3CH2CO)2OoooCCOOO(3)酰氯Z=ClCOClSClOOPOCl3PCl3CH3COCH2COOC2H5、ClCOOCCl3、ClCH2COOC2H5(4)羧酸酯NNNClClCl如CH3COClClCOClClSOCl(5)酰胺(6)其它NH2CNH2OHCONH3NH3NCH2COCH2COOCCH2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+CH3COOHNHCOCH3+H2ONH2（2）溶剂共沸蒸馏脱水法+NH2HCOOH+H2ONHCHO(3)高温熔融脱水酰化法COOH+NH2180~1900C+H2OCNHO2、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NH2+(CH3CO)2O+CH3COOHNHCCH3O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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。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7~8。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700~800℃裂解成乙烯酮，再二聚而得2CH2=C=OCH2COOCCH2室温(0-200℃)，介质:水、甲苯、乙醇、丙酮等常用的芳胺：phNH2、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CH2COOCCH2H2NCH3+CH3COCH2COHNCH3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0~5℃就可反应；第二个氯原子，在40~45℃反应较合适；第三个氯，则需要在90~95℃才能反应。三聚氯氰，在水中溶解度小，将其悬浮在水中可进行反应，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，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KC=[RCOOR'].[H2O][RCOOH].[ROH]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HOOCRCOOHR'OH-H2OHOOCRCOOR'R'OH-H2OR'OOCRCOOR'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HOCH2CCH2OHCH2OHCH2OH+4RCOOHROCOCH2CCH2OCORCH2OCORCH2OCORH+-H2O(2)反应历程：双分子反应历程RCOOHH+R'OHRCOHOH+RCOHOH+HOR'H2ORCOHOH2+OR'RCOH+OR'=H+RCOOR'-+H++H2O1、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)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：HCOOHRCOOH(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RCOOH+R'OHRCOOR'+H2O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CH3COOH+C4H9OHCH3COOC4H9+H2OCH2CCOOCH2CH2OCOCCH2CH3CH3+H2O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和乙二醇；再减压蒸馏，即可得到乙二醇二甲基丙烯酸酯+HOCH2CH2OHH2SO4阻聚剂CH2CCOOHCH3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+H2SO4PhH+2C2H5OHCOOC2H5COOC2H52H2OCOOHCOOH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：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180~250℃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(RCO)2O+R'OHRCOOR'+RCOOH反应生成的RCOOH不会使酯水解，故反应可进行完全。酸酐与3ºROH(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