第八章酰化反应

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化学反应中的酰化反应与酰化机理解析

化学反应中的酰化反应与酰化机理解析

化学反应中的酰化反应与酰化机理解析酰化反应是化学领域中一种重要的有机合成方法,通过将酸酐或酸氯与醇或胺反应,生成酯或酰胺。

这种反应在药物合成、香料合成、高分子材料等许多领域都有广泛的应用。

本文将深入解析酰化反应的机理,并探讨其在实际应用中的重要性。

一、酰化反应机理酰化反应的机理包括两个主要步骤:酯化与脱水。

1.1 酯化酯化是酰化反应的第一步,通常是酸催化的。

在这一步中,酸酐或酸氯与醇或胺反应生成中间体酯或酰胺。

在酸催化条件下,酸酐或酸氯中的酰基(-C=O)发生亲电加成,与醇或胺中的氢原子发生亲核取代反应,生成酯或酰胺。

这一步反应通常是可逆的。

例如,酸酐与醇反应的化学方程式为:RCOOCOR' + ROH → RCOOR' + R'OH1.2 脱水脱水是酰化反应的第二步,它使酯或酰胺生成为最终的产物。

在这一步中,水分子从中间产物中脱离,产生酯或酰胺。

脱水过程可以通过加热或去水剂等方式实现。

例如,酸酐与醇酯化反应的化学方程式为:RCOOCOR' + H2O → RCOOH + R'OH二、酰化反应的重要性酰化反应在有机合成中具有重要的应用价值,主要体现在以下几个方面:2.1 药物合成许多药物分子中都含有酯或酰胺结构,酰化反应常被用于合成药物的关键步骤。

通过酰化反应能够构建出具有生物活性的化合物,从而得到对人体具有疗效的药物。

2.2 香料合成酯是许多香料的重要组成部分,包括水果、花卉和烹饪调味品中的香气成分。

利用酰化反应可以合成出各种不同的酯类化合物,为香料工业提供了广阔的发展空间。

2.3 高分子材料通过酯化反应可以合成不同结构的聚酯,如聚乙烯酯、聚丙烯酯等。

这类高分子材料具有良好的可塑性、耐热性和机械性能,广泛应用于塑料、纤维和涂料等领域。

2.4 生态友好相比于其他有机合成方法,酰化反应产生的副产物较少,反应废物也相对较少。

因此,酰化反应在绿色化学合成中具有较高的环境友好性。

有机化学酰化反应

有机化学酰化反应
AlCl3 O R C Cl + AlCl3 R O C Cl O O
R-C
ALCL4
R-C
+ ALCL4

F-C反应的影响因素
(1)酰化剂的影响:酰卤﹥酸酐﹥羧酸、酯
O C 的 α位 为 叔 碳 时 发 生 烃 化 反 应
H3C
AlCl3 Cl
H3C H3C
AlCl3 O Cl H3C
O
CH3
C
CO2(碳酸酐)
CO(甲酸酐)
(3)酰氯
O CH3-C-Cl , O C-Cl , H 3C SO2Cl , O Cl-C-Cl , Cl N N
Cl N Cl
(4)羧酸酯
ClCH2COOC2H5, CH3COCH2COOC2H5
O , H C N CH3 CH3
(5)酰胺
O H2N C NH2
(6)其他:如双乙烯酮、二硫化碳
醇或酚分子中的羟基氢原子被酰基取代 而生成酯的反应,叫做O-酰化反应,也叫做 酯化反应。 酰化试剂:羧酸; 酸酐; 酯(酯交换)
8.3.1 用羧酸的酯化

反应历程 质子酸催化下的双分子历程
O R-C-OH + H+ OH R-C-OH
R'OH
OH R-C-OH + H O R'
O OH OH + -H2O -H 互变异构 R-C-OR' R-C-OR' R-C-OR' OH2
NHCOCH3 R
• 羧酸作酰化剂 DCC脱水法(二环己基碳化二亚胺)
O O H O R C O C N O R C O R' + N H O C N H NH + R' O H

第八章 酰化反应

第八章 酰化反应
1.AlCl3 H2 O COCH 2CH 2CH 3 还原 CH 2CH 2CH 2CH 3
COCH 2CH 2CH 3
Z
加 Cl, g, H n-H
2N

CH 2CH 2CH 2CH 3
H
NH
2,H
O,加

CH 2CH 2CH 2CH 3
影响反应的主要因素:
• 被酰化物的结构
芳环上有供电子基时反应易于进行,芳环上
2
RCONHR' + H2O
①可逆反应,除水;②主要 羧酸腐蚀性强,宜用铝 制或玻璃反应器 用甲酸、冰乙酸,且需过量; ③强酸催化 ①常用乙酐,过量5~10 %;②加入三级胺缚酸剂; ③反应温度20~90℃, 不加催化剂 对于活性较弱(如有较 多吸电子基或空阻大) 的芳胺,有时加少量强 酸作催化剂
酸酐
•为了加速N-酰化反应,有时需加入少量强 酸做催化剂。
OH
RCOOH + H
R—C
OH
O
— —
R—C
OH
+ N—R'
H
R—C—N—R' OH H
— —
OH
H
OH H
R—C—NHR + H3O
•举例
NHCOCH 3
NHCOCH 3 OCH 3
解热镇痛药
染料、医药中间体
OC 2H5
OH + 3ArNH2 + PCl3 COOH
o
NH—CO—
+
+ HCl
OC 2H5
OC 2H5
COCl + NH 2CH 2COOH
水,NaOH
CONHCH 2COOH + HCl

(优化版)8-酰化反应.ppt

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1、溶剂的选择
由于AlCl3的加入量应超过羰基的当量,因而必须解决反应 液的流动性问题。其选择应遵循如下原则:
⑴ 保持芳烃过量,过量部分起溶剂作用。
⑵ 硝基苯、CS2是常用的酰化反应的溶剂 。硝基苯对AlCl3或 AlCl3的络合物都有较大溶解度。因硝基可与AlCl3络合,能降低 催化活性,因而只适用于电子云密度较大芳烃的酰化过程。
AlCl3
Cl COCH3
工艺:将无水AlCl3、无水CS2与干燥的氯苯一起加热、搅拌,微 沸时慢慢滴入醋酐。加完后搅拌回流1h,回收CS2。反应物冷却到 温热时,在搅拌下慢慢倒入含有盐酸的碎冰中,分层应清晰,如 不清晰,应补加少许盐酸。溶液用少量苯萃取,收集油层,水层 再用苯萃取一次,将提取液与油层合并,油层用15%的NaOH洗涤, 再用水洗至中性,干燥,减压蒸出苯后,收集粗品馏分,将其冷 冻48h后,分离母液,将结晶熔化即为成品。
⑵ 对碱性条件下苯乙酮的不稳定性认识不足。酰化粗产品常含黑 色焦油,碱洗后从外观到GC谱图(焦油不出峰)一般看不出明 显变化。然而用纯苯乙酮与碱混合时容易发现有缩合反应发生。
⑶ 对于先除焦油的意义认识不足。焦油以溶解苯乙酮,应先水汽 蒸馏或吸附先除去焦油,然后再提纯产物。
例, 对氯苯乙酮
Cl (CH3CO)2O
⑤ 转化率、选择性、收率随时间的变化:
T
X X=constant
T0
S
Y
τ0
τ
图 等转化率时温度与时间的关系
τ0
τ
图 转化率X、选择性S、收 率Y随时间的变化趋势
单程收率的最大值是否为工艺的最佳值?
τ0 ?
酰化的工艺条件讨论
1、溶剂的选择 2、AlCl3的质量与加入方式 3、加料方式 4、反应温度与时间 5、反应的终止与络合物的分解 6、产物的分离

酰化反应-碳原子上的酰化反应

酰化反应-碳原子上的酰化反应
溶剂和添加剂
溶剂和添加剂对酰化反应的影响也很 大。选择合适的溶剂和添加剂可以促 进反应的进行,提高产物的纯度和收 率。
04
碳原子酰化反应的合成 策略
选择性碳酰化反应
选择性碳酰化反应是指在特定条件下,优先在目标分子中的特定碳原子上进行酰化反应,以获得所需 产物。这种反应通常需要使用特异的催化剂或试剂,控制反应条件,如温度、压力、溶剂等,以确保 选择性。
环境影响
传统的碳酰化反应通常需要使 用有害的有机溶剂和大量的能 源,对环境造成压力。
反应条件苛刻
许多碳酰化反应需要在高温或 高压下进行,增加了操作的难
度和成本。
前景展望
新反应路径探索
随着绿色化学的发展,研究者正在寻找 更环保、更温和的碳酰化反应条件和路
径。
模块化反应
通过模块化反应策略,将不同的官能 团组合在一起,实现一锅多步反应,
提高合成效率。
高选择性催化剂
开发高选择性催化剂是解决选择性难 题的重要方向,有助于在复杂体系中 实现单一组分的酰化。
计算机辅助设计
利用计算机辅助设计技术,预测和优 化反应条件,提高碳酰化反应的效率 和选择性。
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碳原子酰化反应的定义
01
碳原子酰化反应是指有机化合物 中的碳原子与酰基(如羧基)结 合,生成新的有机化合物的化学 反应。
02
在碳原子酰化反应中,酰基通常 来自羧酸或其他酰化试剂,如酸 酐、酰氯等。
碳原子酰化反应的机理
碳原子酰化反应通常通过亲核取代机理进行,其中碳原子上的氢原子被酰基取代。
反应过程中,酰化试剂首先与强酸(如硫酸、磷酸等)反应,生成亲电的酰基正离子,然后与碳原子上的电子云密度较高的 区域结合,形成新的碳-酰基键。

(8)酰化反应

(8)酰化反应

(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、三氯氧磷和三氯化磷等。
(4) 羧酸酯:乙酰乙酸乙酯、羧酸酯、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。
2
8.1.2 酰化剂的反应活性 酰化是亲电取代反应,酰化剂以亲电质点参与反应,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
第八章 酰化反应
8.1概述 8.2 N-酰化反应 8.3 C-酰化反应
第八章
8.1 概述
酰化反应
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。 反应通式:
的N-酰化。反应结束后蒸出多余的含水乙酸 ,再减压蒸馏出
多余的乙酸,即得产品。
(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。由于甲酸与水的沸点相近,不能采用一般精 馏法分离,必须加入甲苯、甲二苯等惰性溶剂,用共沸蒸馏带 出反应生成的水。
7
O O H -C -O H + NH2
CONH
+
NO2 NO2
+ HCl
NO2 NO2
用芳磺酰氯的N-酰化可得到一系列的芳磺酰胺类药物中间体, 一般可在水介质中、在弱碱下进行。
14
CH3 S O 2C l H 2N
C a (O H ) 2 /H 2 O 60~62℃

第八章-酰化反应

第八章-酰化反应
NH2
CH3 NCO + 4HCl
NCO
§8.2 N-酰化 § 8.2.6 酰基水解
碱催化下的反应机理:
材料学院·应用化学
O
OH-
R NHR'
O R NHR'
OH
O + R'NH
R OH
酸催化下的反应机理:
O R O + R'NH2
O + H+
R NHR'
OH H2O
R NHR'
OH
质子转移
§8.3 C-酰化 § 8.3.2 Friedel-Crafts反应影响因素 (1)被酰化物结构
材料学院·应用化学
芳胺类化合物进行C-酰化反应时,必须先将氨 基保护起来。
NH2 + (CH3CO)2O
NHCOCH3 + (CH3CO)2O
AlCl3
NHCOCH3 H+
heat
COCH3
NH2 COCH3
HNO3 H2SO4
NHCOCH3 H+
heat
NO2
NH2 NO2
§8.2 N-酰化 § 8.2.2 N-酰化反应机理
(1)反应机理:加成消除反应
材料学院·应用化学
O RNH2 + R' Z
O R' Z NH2R
O R' NHR + HZ
Z = X, OH, RCOO-, RO-
§8.2 N-酰化 § 8.2.2 N-酰化反应机理 (2)被酰化物活性
§ 8.3.3 芳烃的甲酰基化
(2)氯仿甲酰基化(Reimer-Tiemann反应)
酚类与氯仿在强碱条件下加热,生成芳香族羟 基醛的反应称为Reimer-Tiemann反应。

第八章酰化反应

第八章酰化反应

180~220℃ CH3CONH2 CH3COONH4 -H2O
还可用于高沸点羧酸和芳胺的N-酰化。
NH2
+
COOH
180~190℃
NHCO—

实例:芳羧酸+PCl3酰化法
有些芳羧酸,酰化能力很弱,又不易 制成工业品的酰氯,可采用在酰化反应物 中加入PCl3的N-酰化法。
如2,3-酸(2-羟基萘3-甲酸),羧基连在芳环 上,且邻位有羟基,使羧 酸的反应活性变得很低。
N O C—CH3 NH2 —OH NO2

反应历程
亲电取代反应,酰基取代N 原子上H, 生成羧酰胺: 11-1 注意:酰基是吸电基,不易生成 N,N-二酰化物(Why),易制得较纯酰胺, 和N-烷化反应不一样。
用羧酸的N-酰化 用酸酐的N-酰化
N-酰化
用酰氯的N-酰化 用酰胺的N-酰化 羧酸酯的N-酰化 双乙烯酮N-酰化
CH3 (CH3CO)2O Lewis酸
CH3
COCH3 70%
CH3 CH3 硝化 —NO2 60% CH3 (CH3CO)2O,AlCl3-CS2 回流 CH3 COCH3 + 85~89% —COCH3 少量
环上有吸电基,反应难进行,如硝基 苯不能被C-酰化。 引入一个酰基后,芳环被钝化,不易 发生多酰化、脱酰基和分子重排等副反应, C-酰化的收率可以很高。

临时性酰化
NH2
HCOOH
NHCOH
HNO3 H2SO4
NHCOH
NaOH H2O
NH2
NO2
CH3 CH3 COOH
NO2
COOH
NH2
NHCOCH3
NHCOCH3
NH2
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O R C + HZ + H2O
O R C
H + N H R'
O R C NHR'
注意问题


A,质子可与-NH2结合成铵盐,从而阻碍 -NH2与酰化试剂的反应,因此必须适当 控制反应介质的酸碱度 B,为防止羧酸的腐蚀,应选用铅质或搪 瓷反应釜 。
主要是甲酸和乙酸: 反应可逆 增加酸用量 高温熔融脱水酰化 脱去反应生成水 反应精馏脱水法 溶剂共沸蒸馏脱水法
NHCOCH2COCH3
NHCOCH2COCH3 Cl
NHCOCH2COCH3 OCH3
8.1.6 N-酰化反应终点的控制
利用芳胺的特性(能发生重氮化,而酰化物 不能)在滤纸上做渗圈试验,来定性检测; 用标准亚硝酸钠溶液滴定未反应的芳胺来定 量检测。
8.2 C-酰化
C-酰化反应主要用于制备芳酮,芳醛和芳 羧酸。
第八章
酰化反应
概述
有机化合物分子中与碳原子、氮原子、氧原 子或硫原子上引入酰基的反应叫做酰化反应。 酰基指的是从含氧的无机酸和有机羧酸或磺 酸的分子中除去一个或几个羟基后剩余的基团。 酰化反应通式为:

Z=卤素、OCOR、OH、OR’、NHR’等; GH为被酰化物
常见酰基:
O HO-S-OH
代表性产品:
NHCOCH3 NHCOCH3
CH3
OC2H5
NHCOCH3
解热镇痛药
NHCOCH3 OCH3
OCH3
Hale Waihona Puke 染料、医药中间体OH + COOH ArNH2
-H2O
OH CONHAr
色酚,用于制备冰染染料
Ar =
Ar =
色酚AS
Ar =
色酚AS-BO
CH3
Ar =
OCH3
色酚AS-D
氨基保护
NH2
酰化 乙酐
NHCOCH3
硝化 混酸
NHCOCH3 NO2 水解
-CH3COOH
NH2 NO2
需要考虑: (1)酰氨基对下一步反应具有良好的效果; (2)酰化剂价格低廉;
(3)酰化反应容易进行,收率高,质量好;
(4)酰基易水解。
8.1.2 反应历程
胺类化合物的酰化是发生在氨基氮原子上的 亲电取代反应。
OH R COOH + H+ R C OH
OH R C OH
H + N H R'
OH R C OH
H N H R'
O R C NHR' + H3O+
但是,催化剂的用量和强度需要控制,因为酸可以 与胺成盐,如用量过大或强度过高,则会阻碍酰化 反应进行。
关于强酸的催化也可能先生成酰基正离子:
O R C Z + H3O+

不同类型酰化试剂的活性
羧酸、羧酸酐和酰氯,当具有相同烷基 时,酰化反应活性的大小次序是:
O R-C+ OH
δ1
O R-C
δ2
+
O O-C-R
O R-C
δ3+
Cl
δ1+
<
δ2+
<
δ3+
对于同一类型的酰氯,当R为芳环时,由于 芳环的共轭效应,使羧基碳原子上的部分正电 荷降低,所以芳香族酰氯的反应活性较脂肪族 酰氯为低。并且脂肪族酰氯反应活性随烷基碳 链的增长而减弱。
硫酸
O HO-S硫酰基
O
O
O -SO
砜基
O HO-C-OH
碳酸
O HO-C碳酰基 (羧基)
O -C羰基
O H-C-OH
甲酸
O H-C甲酰基(醛基)
O CH3-C-OH
乙酸
O CH3-C乙酰基
O C
苯甲酰基
O S O
苯磺酰基

常用酰化剂:
(1)羧酸
RCOOH, HCOOH, CH3COOH, HOOCCOOH· 2O 2H
在水介质中,光气在低温下和两分子芳胺 反应生成二芳基脲衍生物
HO3S 2 OH NH2 + COCl2
水,NaOH Na2CO3,40℃
J酸
HO3S
O H N C
H N
SO3H
OH
OH
在偶氮染料中用作偶氮组分
猩红酸
在有机溶剂如甲苯、氯苯、邻二氯苯中,在 低温下能与等摩尔量的芳胺作用,生成芳胺基 甲酰氯,热处理可转变为芳基异氰酸酯。
(2)酸酐
O CH3C O CH3C O
O C O C O
CO2(碳酸酐)
CO(甲酸酐)
(3)酰氯
O CH3-C-Cl , O C-Cl , H3C SO2Cl , O Cl-C-Cl , Cl N N
Cl N Cl
(4)羧酸酯
ClCH2COOC2H5, CH3COCH2COOC2H5
O , H C N CH3 CH3
O R C + Z
δ+
H N R' H
O R C Z
H N R' H
O
-HZ
R C
H N R'
过渡络合物
Z = -OH , -OAc , -Cl , -OR'
胺类化合物的酰化活性
氨基N原子上的电子云密度越大,空间阻碍越小, 反应活性越大。 伯胺 > 仲胺 脂肪胺 > 芳香胺 无空间阻碍胺 > 有空间阻碍胺 在芳香族胺类化合物中,芳环上有给电子基 团时,反应活性增加;反之,活性下降。
产物分子中形成新的C-C键,也有称缩合反 应。
8.2.1 C-酰化反应历程
为亲电取代(或加成)反应,最常用的酰化 剂是酰卤和酸酐,其次是羧酸和烯酮。 其历程通常视为酰卤和路易斯酸催化剂生 成正碳离子中间体。
1.以酰氯为酰化剂
O R C Cl + AlCl3 O R C Cl AlCl3 a O AlCl3 R C Cl b O R C c + AlCl4-
乙酸,乙酸钠 小于10℃
H3C
NHCOCH2Cl CH3 + HCl
反应过程中要维持介质的pH值在中性左右, 以防酰化剂水解。
2.芳羧酰氯及芳磺酰氯 酰化活性相对于低级脂肪羧酰氯要低
COCl COCl
NO2
SO2Cl
SO2Cl
SO2Cl
CH3
NO2
OC2H5 NH2 +
COCl
水,Na2CO3 85~90℃

是合成泡沫塑料、涂料、耐磨橡胶和高强度 粘合剂的重要中间体。
P264 表8-2
4. 三聚氯氰(了解)
Cl N Cl N N Cl RNH2 0~5℃ N RHN N Cl N Cl RNH2 40~45℃ N RHN N Cl N NHR
NHR RNH2 90~95℃ RHN N N N NHR
8.1.4 用羧酸酐的N-酰化
反应通式为:
(RCO)2O + R'NH2

R'NHCOR + ROOH
如乙酐 (1)酰化活性较高; (2)反应温度较低(20~90℃); (3)酰化剂过量较少(5~10%); (4)反应不可逆。
其他常用的还有邻苯二甲酸酐
NH2 + (CH3CO)2O COOH
回流
ArNH3 + H2C C O CH2 CO ArNHCOCH2COCH3
特点:
(1)酰化活性高; (2)酰化剂成本低廉; (3)酰化收率高,产品质量好; (4)二乙烯酮生产工艺复杂,设备投资高。 二乙烯酮与胺的作用要比与羟基化合物的作 用快得多,所以可以在羟基存在下对氨基进行 选择性酰化。
用二乙烯酮的重要酰化产品
加热
催化机理同样是生成反应活性高的酰基正碳离子
伯胺用酸酐酰化时,在一定条件下有可能 生成二酰化物。
R'NH2 R'NHCOR R'N(COR)2
但第二个酰基非常活泼,容易水解消除。
对于二元胺,如果希望只酰化一个氨基时, 可以先用等摩尔比的盐酸生成盐酸盐来保护, 然后酰化,再中和。
NH2
HCl

特点:
(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。
1. 脂肪羧酸酰氯 活性强,随着烷基碳链的增长,酰化活性略 有降低。适宜于向氨基引入长碳链酰基。
NH2 + C8H17COCl Cl Cl 吡啶
NHCOC8H17 + Cl Cl HCl
亲电质点
O AlCl3 b: R C Cl +
R O AlCl3 R O AlCl3 C H C .. . Cl -HCl . .
R O R O AlCl3 C H C . . AlCl - -HCl ... 4
O c: R C
+ AlCl4- +
每mol酰氯理论上要消耗1molAlCl3,实际上过 量10~50%。
OH
NH2 + RCOCl 吡啶
OH
NCOR + HCl
HO3S
SO3H
HO3S
SO3H
H酸
酰化 H 酸
这类酰化H酸制成的偶氮染料具有突出的匀染 性、优异的耐湿和耐光坚牢度,适用于羊毛的染 色。
氯代乙酰氯是一种非常活泼的酰化剂,有 些反应不仅可以在低温下进行,空间阻碍较 大的也可以反应。
NH2 H3C CH3 + ClCH2COCl
色酚AS-RL
P257
工艺注意事项

①物料应该干燥 ②氯苯共沸去水 ③芳胺过量5-10% ④HCl去吸收,搪瓷设备 ⑤反应终点:130℃无HCl放出
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