酰化反应专题知识讲座.ppt

,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,*,本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。,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,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,。,酰化反应通式,2,、酰化试剂,（,1,）有机酸类，,Z=OH,如,HCOOH,、,CH,3,COOH,、,2-,羟基,-3-,萘甲酸,(2),酸酐,如,:(CH,3,CO),2,O,、,(CH,3,CH,2,CO),2,O,(3),酰氯,Z=Cl,CH,3,COCH,2,COOC,2,H,5,、,ClCOOCCl,3,、,ClCH,2,COOC,2,H,5,(4),羧酸酯,如,CH,3,COCl,(5),酰胺,(6),其它,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,AlCl,3,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,1molAlCl,3,，但实际上要过量,10%15%AlCl,3,。,若酰化剂是酸酐，它首先与,AlCl,3,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（,RNH,2,、,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,（,2,）溶剂共沸蒸馏脱水法,(3),高温熔融脱水酰化法,2,、用酸酐进行,N-,酰化,特点：,(RCO),2,O,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,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,-NH,2,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,RNH,2,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，,ArSO,2,Cl,采用酰氯在,H,2,O,介质中进行,N-,酰化时，要释放出,HCl,。而,HCl,与,-NH,2,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,、,Na,2,CO,3,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、,PCl,3,、,POCl,3,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,Na,2,CO,3,、,Ca(OH),2,以吸收,HCl,，反应的,pH,应控制在,78,。,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,Na,2,CO,3,。,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,+PCl,5,/PCl,3,制备。也可将芳羧酸与,PCl,3,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,Na,2,CO,3,、,Ca(OH),2,+NaAc,、,CaCO,3,+NaAc,等,（,3,）光气,COCl,2,COCl,2,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，C,OCl,2,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,700800,裂解成乙烯酮，再二聚而得,室温,(0-200,),，介质,:,水、甲苯、乙醇、丙酮等,常用的芳胺：,phNH,2,、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,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,05,就可反应；第二个氯原子，在,4045,反应较合适；第三个氯，则需要在,9095,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,CH,3,COCH,3,-H,2,O,、,CHCl,3,-H,2,O,、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,-NH,2,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,H,2,SO,4,、,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,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,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,(2),反应历程：双分子反应历程,1,、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：,HCOOH RCOOH(,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,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：,HCOOC,3,H,7,(,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,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,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,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：,H,2,SO,4,、,HCl,、,H,3,PO,4,；常用,H,2,SO,4,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,180250,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,反应生成的,RCOOH,不会使酯水解，故反应可进行完全。,酸酐与,3,ROH(,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,可加速酸酐与,ROH,、,ArOH,的酯化反应,常用的,Cat,：,H,2,SO,4,、,HClO,4,、,ZnCl,2,、,FeCl,3,、吡啶、无水,NaAc,、对甲基苯磺酸、叔胺等,酸性比碱性,Cat,活性强，工业上常用,Cat,为,H,2,SO,4,酸酐与,ROH,的酯化反应，其难易与,ROH,的结构有关，其中,:,伯醇,仲醇,叔醇,用酸酐和,ROH,酯化，反应分两步：,第一步，生成,1mol,酯和,1mol,酸,(,不可逆,),；,第二步，再用,1mol,酸与,ROH,脱水生成酯,(,可逆,),4,、用酰氯进行酯化,(1),反应不可逆，常用于制备某些用羧酸、酸酐难以生成的酯,(2),双分子反应，不用酸催化,(3),为控制,HCl,的释放，须加缚酸剂如,NH,3,、吡啶、三乙胺、,K,2,CO,3,、,NaCO,3,、,NaOH,水溶液等,特点,醇的结构对,RCOCl+ROH,的反应有影响,伯醇,仲醇,叔醇,k,1,/k,2,/k,3,=1:1/610:1/100,增加,ROH,中碳链的长度、,R,支化度，可引起反应速度下降,常用的酰化剂：,RCOCl,、,ArCOCl,、,ArSO,2,Cl,POCl,3,、,PCl,3,、,SOCl,2,、,COCl,2,实例：,5,、,酯交换法,(3),酯,-,酯交换,特点,：可逆；常用于低碳醇酯与高沸点醇、酚的酯交换，以制取高沸点醇酯,(2),酯酸交换,(1),酯醇交换,酯交换反应的影响因素,A,、温度,采用碱性,Cat,，可在室温或常温下进行反应；,用酸性,Cat,，,T,必须达到,100,左右。,不用,Cat,，须在,250,以上反应,B,、,Cat,醇钠，如,CH,3,ONa,、,C,2,H,5,ONa,；,烷氧基铝、有机镁、有机钛催化剂,C,、,平衡常数,在酯交换反应中,1,0,ROH2,0,ROH3,0,ROH,为促使平衡向右移动，可蒸低沸点醇,适用于高沸点醇来交换低沸点醇生成酯,实例：,实例,抗氧剂，可用于橡塑加工和石油产品,抗氧剂，用途：橡塑加工,6,、,羧酸盐与氯代烷烃的酯化法,用于制备各种苄酯和烯丙酯,7,、,由羧酸及烯烃来制备酯,由烯烃来制酯即为上述反应的逆反应,烯烃的活泼性,(CH,3,),2,C=CH,2,CH,3,CH=CH,2,CH,2,=CH,2,PdAc,2,/SiO,2,0.5-1MPa,160-180,四、,C-,酰化反应,(,一,),、,C-,酰化制芳酮,C-,酰化反应时，在芳环上引入酰基可制备芳酮或芳醛，属于,Friedel-Crafts,反应中的一种,1,、反应机理,2,、,C-,酰化的影响因素,(1),被酰化物的结构,Friedel-Crafts,酰化反应，属亲电取代历程,A,、当芳环上有强供电子基：,如,OH,、,OCH,3,、,OR,、,OAr,、,NH,2,、,NHR,、,NR,2,、,NHCOCH,3,时，反应易于进行。,Cat,不用,AlCl,3,，而用,ZnCl,2,、,H,3,PO,4,等,注意：酰基主要进入芳环第一类取代基的对位；当对位被占据时，才进去邻位,B,、,芳环上有强吸电子基：,-Cl,、,-COR,、,-COOR,时，,C-,酰化难以进行。,注意：,-NO,2,使芳环强烈钝化，不能进行,C-,酰化。硝基苯可做,C-,酰化反应的溶剂,杂环芳烃,富电子芳杂环如呋喃、噻吩、吡咯，易,C-,酰化，且酰基进入杂原子的对位。,缺,电子的杂环，如吡啶、嘧啶，则很难,C-,酰化,（,2,）,C-,酰化的催化剂,Cat,的作用：增加酰基,C,原子的正电荷，帮助产生酰氧,C,+,离子，从而增加进攻质点的亲电能力。,C-,酰化,Cats:Lewis,酸、质子酸。,催化活性大小：,Lewis,酸：,AlBr,3,AlCl,3,FeCl,3,ZrCl,3,BF,3,VCl,3,TiCl,3,ZnCl,2,SnCl,2,TiCl,4,SbCl,5,HgCl,2,CaCl,2,BiCl,3,质子酸：,HF H,2,SO,4,P,2,O,5,H,3,PO,4,注意：,Lewis,酸催化作用比质子酸强,在,Lewis,酸中，,以,AlCl,3,最常用,，且一般在不太高的温度下进行反应。,T,太高易引起副反应。,AlCl,3,适用于,RCOX,、,(RCO),2,O,为酰化剂的反应,。对呋喃、噻吩反应活性高的杂环芳烃，,AlCl,3,会引起杂环的分解反应。,对含有,OH,、,R,、,OR,或二烷氧基的活泼芳香族化合物：,为避免异构化或脱烷基等副反应，也不用,AlCl,3,作催化剂。一般选用温和的,Lewis,酸，如：,ZnCl,2,、,SnCl,4,或质子酸中的聚磷酸作催化剂,(3),溶剂,C-,酰化反应中，芳酮,-AlCl,3,配合物是用固体或粘稠液体。为使反应顺利进行，常需要使用有机溶剂,A,、,用过量低沸点芳烃作溶剂,B,、,用过量的酰化剂作溶剂，如,3,，,5-,二甲基叔丁基苯，用,(CH,3,CO),2,O,酰化时，可用冰乙酸做溶剂,C,、,另外加入适当的溶剂,常用的溶剂：,PhNO,2,、,CS,2,、,ClCH,2,CH,2,Cl,、,Cl,2,CHCHCl,2,、,CH,2,Cl,2,、,CCl,4,、石油醚、氯代烃等,PhNO,2,的极性大，不仅能溶解,AlCl,3,，而且能溶解,AlCl,3,与酰氯、芳酮形成的配合物，此时酰化反应属均相反应。,CS,2,、,RX,、石油醚对,AlCl,3,或其络合物溶解度很小，此时，酰化反应属非均相反应,另外，溶剂对催化剂和酰化反应有影响。,硝基苯与,AlCl,3,形成配合物，可使催化剂活性降低，所以，只适用于较易酰化的反应,某些氯代烃溶剂，在,AlCl,3,作用下温度较高时，有可能参与发生在苯环上的取代反应。因此，不宜采用过高的反应温度。,3,、实例,A,、用酰氯进行碳酰化,(1),、芳烃的,C-,酰化,反应中过量的苯酰氯，既可做溶剂、又可作酰化剂，另外反应中生成的芳酮、,AlCl,3,配合物，需用水分解方能分离出芳酮,B,、用酸酐进行碳酰化,C,、,用其它酰化试剂进行碳酰化,(2),、芳胺的碳酰化,(,3),、间苯二酚的碳酰化,注意：间苯二酚很活泼，但羟基并不易酯化，另外酚酯加热时可重排转化成羟基芳酮,(,二,),、,C-,甲酰化制芳醛,用甲酰氯做,C-,酰化试剂，将会在苯环上引入甲酰基，即醛基。但,HCOCl,不稳定，在室温会分解为,CO,和,HCl,。,C-,甲酰化试剂：,CO,、,CHCl,3,、,N,N-,二甲基甲酰胺和乙醛酸,(1),、用,CO,进行,C-,甲酰化,(2),、,用,CHCl,3,进行,C-,甲酰化,酚类在,NaOH,水溶液中与,CHCl,3,作用，可在芳环上引入醛基生成羟基芳醛，此反应称为,Reimer-Tiemman,反应,(3),、用乙醛酸进行,C-,甲酰化,仅适用于酚类和酚醚类的,C-,甲酰化,(4),、用乙醛酸进行,C-,甲酰化,仅适用于酚类和酚醛类的,C-,甲酰化,(,三,),、,C-,酰化制芳酸,仅适用于酚类的羧化制羟基芳酸,