第11章 酰化

第11章酰化概述N-酰化O-酰化（酯化）C-酰化11.1概述一、定义酰化：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。酰基：指的是从含氧的有机酸或无机酸的分子中除去一个或几个羟基后所剩余的基团。HO-S-OHHO-S--S-HO-C-OHHO-C--C-OOOOOOOOOH-C-OHH-C-CH3-C-OHCH3-C-COSOOOOOO二、酰化试剂及反应的活泼性1.常用酰化剂（1）羧酸RCOOH,HCOOH,CH3COOH,HOOCCOOH·2H2O（2）酸酐OCH3CCH3COOCCOOOCO2(碳酸酐)CO(甲酸酐)（3）酰氯CH3-C-ClC-ClH3CSO2ClCl-C-ClNNNClClClOOO,,,,,（4）羧酸酯ClCH2COOC2H5,CH3COCH2COOC2H5（5）酰胺（6）其他：如双乙烯酮、二硫化碳CNH2H2NOCNHOCH3CH3，CH2CCH2OCO,CS22.不同类型酰化试剂的活性R-COHR-CO-C-RR-CClOOOOδ1+δ2+δ3+δ1+δ2+δ3+一、反应历程RCOZ+R'NHHRCOZR'NHH-HZ过渡络合物RCOR'NHZ=-OH,-OAc,-Cl,-OR'δ+11.2N-酰化N-酰化是制备酰胺的重要方法。二、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。对于活泼的胺，可以采用弱酰化剂。三、用羧酸的N-酰化特点：羧酸价廉易得，但反应活性弱。一般只有在引入甲酰基、乙酰基、羧甲酰基时才使用甲酸、乙酸或乙二酸作酰化剂。羧酸类酰化剂一般只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。增加酸用量脱去反应生成水高温熔融脱水酰化（稳定铵盐的脱水；高沸点羧酸和芳胺的N-酰化。）反应精馏脱水法[乙酸(沸点118℃)与芳胺的N-酰化]溶剂共沸蒸馏脱水法[甲酸(沸点100.8℃)与芳胺的N-酰化]RCOOH+H2NR'成盐RCOO-H3NR'.+-H2O+H2ORCONR'H四、用酸酐的N-酰化CH3COOCOCH3+HNR1R2CH3CONR1R2CH3COOH+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。例1反应物和产物易溶于水，并且乙酰化的速度比水解反应速度快得多，酰化可在水介质中进行。NH2NH2+(CH3CO)2O水介质；40℃HClNHCOCH3NH2+CH3COOHHClOHNH2SO3NaNaO3S(CH3CO)2O30-35℃H3CCOONHCOCH3SO3HNaO3SNa2CO3,pH7-7.595℃OHNHCOCH3SO3NaNaO3S例2五、用酰氯的N-酰化（1）酰化能力强；（2）反应不可逆；（3）温度低（0℃或更低）；（4）酰化剂用量少；（5）反应需加缚酸剂。特点：应用：1.高碳脂羧酰氯容易水解，N-酰化反应要在无水惰性有机溶剂中，用吡啶或三乙胺等作缚酸剂。2.丙酰氯等低碳脂羧酰氯的N-酰化反应速率较快，可在水介质中进行，控制反应液的pH值始终在7-8左右。3.苯甲酰氯及其取代衍生物、芳磺酰氯一般不容易水解，反应一般可在水介质中进行。COClNO2+H2NNO260~62℃Ca(OH)2/H2OCONHNO2NO2+HClSO2ClNO2+H2N60~62℃Ca(OH)2/H2OSO2NHNO2NO2+HClCH3CH3芳磺酰氯的制备？六、用双乙烯酮的N-酰化CH2CO2二聚8-10℃CH2CCH2OCO例：CH2CCH2OCO+H2N水介质0-15℃CH3COCH2CONH±CH3COOH磷酸三乙酯催化(70020)℃CH2CO+H2O七、过渡性N-酰化和酰氨基的水解过渡性N-酰化：先将氨基转化为酰氨基，以利于某些化学反应，在完成指定的反应后再将酰氨基水解成氨基。1.过渡性N-乙酰化法优点：乙酸价格低，乙酐酰化法工艺简单、收率高，乙酰氨基容易水解（稀NaOH溶液、稀HCl或稀硫酸中加热）。NH2NHCOCH3NHCOCH3NO2NH2NO2酰化乙酐硝化混酸水解-CH3COOH2.过渡性N-苯磺酰化法特点：苯磺酰氨基对于碱的作用相当稳定，在稀无机酸中仍很稳定，在75%以上的硫酸中则容易水解。SO2Cl11.3O-酰化（酯化）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。一、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。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，酯化速度明显下降。2.醇或酚结构的影响伯醇的酯化速率最快，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。1.羧酸结构的影响一般来说，醇分子中有空间位阻时，其酯化速率降低，即仲醇的酯化速率比相应的伯醇低一些。而叔醇的酯化速率相当低。苯酚由于苯环对羟基的共轭效应，其酯化速率相当低。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。3.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。因此加热可增加酯化速率。强质子酸可以有效地加速酯化。工业上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等。4.反应特点：可逆提高酯收率的方式：（1）用过量的低碳醇；（2）从反应混合物中蒸出水；（3）从反应混合物中蒸出酯。5.羧酸盐与卤代烷的酯化主要用于制备各种苄酯和烯丙酯，例如：COONaCOONa+2ClCH2CHCH2水介质COOCH2COOCH2CHCH2CHCH26.羧酸与环氧烷的酯化CH2CHCOOH+O加成酯化CH2CHCOOCH2CH2OH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。现在工业上使用的催化剂仍然是浓硫酸。1.单酯的制备（不可逆）二、用酸酐的酯化CH3C+OOHC-OCH3O-C-CH3C-OCH3OOOCH3CCH3COOO++CH3COOH乙酰基水杨酸甲酯浓H2SO42.双酯的制备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，反应分两步进行，即先生成单酯，再生成双酯。COCOOROHCOHCOOORROHH2OCORCOOOR三、用酰氯的酯化常用的缚酸剂有：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。OH+ClCOCl2+NaOHOCOO+2NaCl+2H2OCOCl+ONaCOO+NaCl四、酯交换法1.酯-醇交换法（最常用）COOCH3COOCH3+2C6H5OH(C4H9O)4TiCOOC6H5COOC6H5+2CH3OHR-C-O-R'+R''-C-OHR''-C-O-R'+R-C-OHOOOOR-C-O-R'+H-O-R''R-C-O-R''+R'OHOO2.酯-酸交换法220℃11.4C-酰化一、C-酰化制芳酮C-酰化反应主要用于制备芳酮，芳醛和芳羧酸。1.酰化剂：酸酐、羧酰氯或羧酸2.催化剂：酸性催化剂AlCl33.反应历程：亲电取代反应—Freedel-Crafts反应，亲电质点：OCOCRCl+AlCl3OCOCOCRClAlCl3RClAlCl3+AlCl4-Rabc亲电质点b：OCRClAlCl3+-HClCHCORClAlCl3ROAlCl3.....羧酰氯作酰化剂：c：OCR+AlCl4-+AlCl4-CROAlCl3-HClHCOR.....每mol酰氯理论上要消耗1molAlCl3，实际上过量10～50％。芳酮与三氯化铝的配合物遇水即分解为芳酮。CORAlCl3H2OCOR+AlCl3(水解为氢氧化铝和盐酸)RCRCOOORCRCOOO+AlCl3AlCl3CRClOCROAlCl2O+酸酐为酰化剂：CROAlCl2OAlCl3CRClO+AlClORCRCOOO+2AlCl3+CROAlCl3+HClCROAlCl2O+总反应方程式：4．被酰化物结构的影响C-酰化的活性：芳环上有供电基反应容易进行；有吸电子基难进行，引入一个酰基后芳环被钝化；多电子的杂环容易被C-酰化；缺电子的杂环难以C-酰化。二、C-甲酰化制芳醛ArH+HCONR2+POCl3ArCHONR2POCl2+HCl+++HClArCHONR2POCl2+3H2OArCHOH3PO4HClR2NH1.Vilsmeier反应注：适用于芳环上或杂环上电子云密度较高的活泼化合物的C-甲酰化制芳醛。2.Reimer-Tiemann反应OH+CHCl310%NaOHOHCHO+OHCHO水杨醛（20%-35%）对羟基苯甲醛（8%-12%）OKOHCOOK+CO2220-230oC0.5MPaONaOHCOONa水杨酸钠100-140oC0.5-0.6MPa+CO2用碳酸酐，即二氧化碳对芳环进行C-酰化，但是二氧化碳很不活泼，此法只适用于活泼的酚类的羧化制羟基芳酸。三、C-酰化制芳酸（C-羧化）（98%）