精细有机合成

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1、 精细有机合成 课程讲稿授课题目（教学章、节或主题）：第九章 酰化授课方式 （请打）理论课 讨论课 实验课 习题课 其他课时 安排2教学要求（分掌握、熟悉、了解三个层次）：熟悉酰化剂的种类，酰化剂结构与活性的关系；掌握 N-酰化反应的基本概念，主要类型，主要影 响因素；N-酰化反应历程、特点及应用；了解荧光增白剂 VBL、猩红热等的制备。掌握 C-酰化 反应历程、特点及应用；掌握几种常见 C-酰化产物的合成方法。教学重点、难点及关键知识点： 教学重点教学重点：酰化剂的种类及活性，酰化反应的应用；C-酰化、N-酰化反应历程和影响因素。 教学难点教学难点：C-酰化、N-酰化反应历程和影响因素。 关

2、键知识点：关键知识点：方法及手段教学基本内容（教学过程）改进设想9.1 概述概述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。 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。9.1.1 酰化剂最常用的酰化剂主要有： (1)羧酸例如甲酸、乙酸和乙二酸等。 (2)酸酐例如乙酐、甲乙酐、顺丁烯二酸酐、邻苯二甲酸酐、1，8

3、-萘二甲酸酐以 及二氧化碳(碳酸酐)和一氧化碳(甲酸酐)等。 (3)酰氯例如碳酸二酰氯(光气)、乙酰氯、苯甲酰氯、三聚氰酰氯、苯磺酰氯、三 氯氧磷(磷酸三酰氯)和三氯化磷(亚磷酸三酰氯)等。某些酰氯不易制成工业品，可用 羧酸和三氯化磷、亚硫酰氯或无水三氯化铝在无水介质中作酰化剂。 (4)羧酸酯 例如乙酰乙酸乙酯、氯乙酸乙酯、氯甲酸三氯甲酯(双光气)和二(三氯 甲基)碳酸酯(三光气)等。 (5)酰胺例如尿素和 N,N-二甲基甲酰胺等。 (6)其他 例如乙烯酮和双乙烯酮等。9.1.2 酰化剂的反应活性酰化是亲电取代反应，酰化剂是以亲电质点参加反应的，其反应历程将在以后各 节讨论。这里只综述各类酰化

4、剂的反应活性与结构的关系。 最常用的酰化剂是羧酸、相应的酸酐或酰氯。在引入碳酰基时，酰基碳原子上的 部分正电荷越大，酰化能力越强。因此，羧酸、相应的酸酐和酰氯的活泼性次序是：当 R 相同时：11，即酸酐比相 应的羧酸活泼。在酰氯分子中，酰基碳原子与电负性相当高的氯原子相连，所以 321，即酰氯比相应的酸酐和羧酸活泼。 在脂肪族酰化剂中，其反应活性随碳链的增长而变弱。因此，只有向氨基氮原子 或羟基氧原子上引入甲酰基、乙酰基或羧甲酰基时才能使用价廉易得的甲酸、乙酸或 乙二酸作酰化剂。在引入长碳链的脂酰基时，则需要使用活泼的羧酰氯作酰化剂。 当 R 是芳环时，由于芳环的共轭效应，使酰基碳原子上的部分

5、正电荷降低，从而 使酰化剂的反应活性降低。因此，在引入芳羧酰基时也要用活泼的芳羧酰氯作酰化剂。当脂链上或芳环上有吸电基时，酰化剂的活性增强，而有供电基时则活性减弱。 由弱酸构成酯也可以用作酰化剂，从结构上看它们的活性比相应羧酸还弱，但是 在酰化时不生成水，而是生成醇。羧酰胺也是弱酰化剂，只有在个别情况下才使用。 由强酸构成的酯，例如硫酸二甲酯和苯磺酸甲酯，则是烷化剂，而不是酰化剂， 这是因为强酸的酰基吸电性很强，使酯分子中烷基碳原子上正电荷较大的缘故。9.2 N-酰化酰化N-酰化是制备酰胺的重要方法。被酰化的胺可以是脂胺，也可以是芳胺；可以是 伯胺，也可以是仲胺。前述各类酰化剂在 N-酰化中都

6、有应用。9.2.1 反应历程用羧酸或其衍生物作酰化剂时，酰基取代伯氨基氮原子上的氢，生成羧酰胺时的 反应历程可简单表示如下：首先是酰化剂的碳酰基中带部分正电荷的碳原子向伯氨基氮原子上的未共用电子 对作亲电进攻，形成过渡配合物，然后脱去 HZ 而生成羧酰胺。在酰化剂分子中，Z 可以是OH(羧酸)、(羧酸酐)、Cl(羧酸氯)或OR，(羧酸酯)。 酰基是吸电基，它使酰胺分子中氨基氮原子上的电子云密度降低，不容易再与亲 电性的酰化剂质点相作用，即不容易生成 N,N-二酰化物。所以在一般情况下容易制 得较纯的酰胺。9.2.2 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

7、。 即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。对于芳胺，环上有供电基时，碱性增强，芳胺的反应活性增加。反之，环上有吸 电基时，碱性减弱，芳胺的反应活性降低。 对于活泼的胺。可以采用弱酰化剂。对于活性低的胺，则需要使用活泼的酰化剂。9.2.3 用羧酸的 N-酰化羧酸价廉易得，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，在个别情况下也可用苯甲酸作酰化剂。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，首先是羧酸与胺或氨生成铵盐，然后脱水生成酰 胺。上式中 R 和 R可以是氢、烷

8、基或芳基。9.2.4 用酸酐的 N-酰化在酸酐中最常用的是乙酐，用乙酐的 N-酰化反应如下式所示：式中 R1可以是氢、烷基或芳基；R2可以是氢或烷基。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的作用。乙酐比较活泼，乙酰化反应一般在 2090即可顺利进行。乙酐的用量一般只需要过量 550。用乙酐 N-酰化的实 例相当多。9.2.5 用酰氯的 N-酰化用酰氯进行 N-酰化的反应可用以下通式来表示：上式中，R 表示烷基或芳基，Ac 表示各种酰基。这类反应是不可逆的。酰氯是 比相应的酸酐更活泼的酰化剂，许多酰氯比相应的酸酐容易制备，因此常常用酰氯作 酰化剂。最常用的酰氯是羧酰氯、芳磺

9、酰氯、三聚氰酰氯和光气。一、用羧酰氯的 N-酰化 羧酰氯一般是由相应的羧酸与亚硫酰氯、三氯化磷、三氯化磷加氯气或光气相作 用而制得的。 高碳脂羧酰氯亲水性差，而且容易水解，其 N-酰化反应要在无水惰性有机溶剂 中，在较高温度(95160)下进行，而且要用吡啶或三乙胺等叔胺作缚酸剂。 丙酰氯等低碳脂羧酰氯的 N-酰化反应速度较快，可在水介质中进行，为了减少 酰氯水解的副反应，最好在滴加酰氯的同时，不断地滴加氢氧化钠水溶液、碳酸钠水 溶液、固体碳酸钠或氢氧化钙，控制反应液的 pH 值始终在 78 左右。 苯甲酰氯及其取代衍生物的反应活性比低碳脂羧酰氯差一些，但一般不易水解， 反应一般可在水介质中进

10、行，在个别情况下则需要在无水氯苯中进行，缚酸剂一般用 碳酸钠。羧酰氯的用量一般是理论量的 110150。 在芳羧酰氯中最常用的是苯甲酰氯和对硝基苯甲酰氯。有时也用到苯环上有其他 取代基的苯甲酰氯。 二、用芳羧酸加三氯化磷的 N-酰化 为了避免将芳酸制成工业品的芳羧酰氯可以用在酰化反应物中加入三氯化磷的方 法。此方法主要用于从 2-羟基萘-3-甲酸(以下简称 2，3-酸)与苯胺反应制 2-羟基萘-3- 甲酰苯胺。商品名为色酚 AS，是染料中间体。如果用其他芳伯胺代替苯胺，可制得 一系列色酚，如下。根据反应时 2，3-酸的形态，可分为酸式酰化法和钠盐酰化法两种。 (1)酸式酰化法 (2)钠盐酰化法

11、 三、用芳磺酰氯的 N-酰化 最常用的芳磺酰氯是苯磺酰氯，有时也用到苯环上有取代基的苯磺酰氯。芳磺酰 氯不易水解，N-酰化反应一般可以在水介质中进行。 芳磺酰氯与氨反应时是在过量的氨水中进行的。 芳磺酰氯与脂胺、芳胺或杂环氨基化合物反应时，可根据原料的价格和性质，使 用稍过量的芳胺或稍过量的芳磺酰氯。水介质的 pH 值可控制在弱酸性(用氢氧化钙或 碳酸钙加乙酸钠)或弱碱性(用碳酸钠或氢氧化钠)。 四、用三聚氰酰氯的 N-酰化 三聚氰酰氯本身相当活泼，一酰化要在 0左右进行，在三氮苯环上引入一个供 电性的氨基后，另外两个氯原子的反应活性下降，所以选择合适的反应温度和水介质 的 pH 值，可以制得

12、一酰化物，二酰化物或三酰化物。 五、用光气的 N-酰化 光气是碳酸的二酰氯，它是非常活泼的酰化剂。用光气的 N-酰化可以制得三种 类型的产物。 (1)氨基甲酰氯衍生物的制备 氨基甲酰氯衍生物是光气分子中的一个氯与胺反应 而生成的产物。这类产物的制法有两种。一种是气相法。另一种是液相法。 (2)异氰酸酯的制备 将用上述方法制得的甲氨基甲酰氯四氯化碳溶液加热至沸腾， 即蒸出异氰酸甲酯。它是重要的有机中间体。(3)脲衍生物的制备 将芳胺在水介质中或水一有机溶剂中，在碳酸钠，碳酸氢钠 等缚酸剂的存在下，在 2070左右，通人光气，可制得对称二芳基脲。9.2.6 用酰胺的 N-酰化一、用尿素的 N-酰化

13、 尿素价廉易得，可用来代替光气，生产许多单取代脲和双取代脲。例如，将苯胺、 尿素、盐酸和水按一定比例，在 100104回流 1h，主要生成单苯基脲，并副产少 量 N,N-二苯基脲。如果改变原料配比，在 104106，长时间回流，则主要生成 N,N-二苯基脲，收率良好。 二、用甲酰胺的 N-酰化 N-甲酰化剂可以是甲酸、甲乙酐或甲酰胺。其中最常用的是甲酸，但要在有机溶 剂中用共沸精馏法蒸出反应生成的水，操作复杂。甲乙酐虽然活泼，操作简便，但价 格贵。甲酰胺在 N-甲酰化时生成氨，操作简便。1958 年东德专利提出：将苯胺、甲 酰胺和甲酸按 1：1.023：0.06 的摩尔比，在氮气保护下在 14

14、5加热 3h，N-甲酰苯胺 (熔点 46.47)收率 98。在某些情况下，甲酰胺既是 N-甲酰化剂，又是溶剂，有其 特殊的效果。9.2.7 用羧酸酯的 N-酰化为了代替光气，提出的 N-酰化剂有：碳酸二甲酯、氯甲酸三氯甲酯(双光气)和二 (三氯甲基)碳酸酯(三光气)。 碳酸二甲酯是由一氧化碳和氢气先合成甲醇，然后将甲醇与一氧化碳和氧进行氧 化羰基化而得。成本低，沸点 90.2，使用方便。可用作代替光气的 N-酰化剂制备 氨基甲酸酯、异氰酸酯或对称 N,N-二取代脲。其反应通式可表示如下。氯甲酸三氯甲酯是先由一氧化碳和氢气合成甲醇和甲酸甲酯，然后将甲酸甲酯用氯气 氯化而得，或是由甲醇先与光气反应

15、生成氯甲酸甲酯，然后再用氯气氯化而得。 双光气是液体，使用方便，可用作代替光气的 N-酰化剂。例如，将 3，4-二氯苯 胺和双光气按 1：0.65 的摩尔比在甲苯中回流，就得到 3，4-二氯苯异氰酸酯。虽然双光气的成本比光气高，但使用方便，特别适用于小批量、高附加值的精细有机中间体和化工产品的生产。 二(三氯甲基)碳酸酯(三光气)是由碳酸二甲酯用氯气氯化而得。三光气是白色粉 末使用方便，也可用作代替光气的 N-酰化剂。例如将 J 酸钠盐水溶液调 pH7.0，在 4060慢加入稍过量的粉状三光气，同时不断加入氢氧化钠水溶液，保持 pH7.0 直 到反应完全，然后盐析，即得到猩红酸。常用的羧酸酯有

16、：甲酸甲酯、甲酸乙酯、丙二酸二乙酯、丙烯酸甲酯、氯乙酸乙 酯、氰乙酸乙酯和乙酰乙酸乙酯等，它们的特点是比相应的羧酸、酸酐或氯酰较易制 得，或使用方便。其 N-酰化的反应通式如下。上式中 R 是氢或各种烷基，R是甲基或乙基。R”是氢、烷基或芳基。 羧酸酯的结构对它的反应活性有重要影响，如果 R 有位阻，则 N-酰化速度慢， 反应要在较高的温度或在一定压力下进行。如果 R 无位阻，并且有吸电基(例如羰基、 氯基和氰基等)，则 N-酰化反应较易进行。 乙酰乙酸乙酯曾经是制备 N-乙酰乙酰基苯胺的酰化剂，但现在已被双乙烯酮所 代替，因为现在乙酰乙酸乙酯也是由双乙烯酮(与无水乙醇反应)制得的。9.2.8 用双乙烯酮的 N-酰化双乙烯酮是由乙酸先催化热解得乙烯酮，然后低温二聚而得到的。双乙烯酮可以看作是乙酰乙酸的酸酐，它相当活泼，与胺类的 N-酰化反应可在 较低的温度下，在水、甲苯、乙醇或丙酮等介质中进行。例如，将邻甲苯胺和双乙烯 酮按 1：1.05