精细有机合成单元反应与合成设计第五章全解.ppt

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1、石河子大学化学化工学院石河子大学化学化工学院第五章第五章 酰基化反应酰基化反应石河子大学化学化工学院石河子大学化学化工学院第五章第五章 酰基化反应酰基化反应 在有机化合物分子中的碳、氮、氧、硫等原子在有机化合物分子中的碳、氮、氧、硫等原子上引入脂肪族或芳香族酰基的反应称为酰化反应。上引入脂肪族或芳香族酰基的反应称为酰化反应。RCOZ为酰化剂，为酰化剂，Z代表代表X、OCOR、OH、OR、NHR等，等，GH为被酰化物，为被酰化物，G代表代表ArNH、RNH、RO、Ar等。等。石河子大学化学化工学院石河子大学化学化工学院5.1 N-酰化反应酰化反应 N-酰化是胺类化合物与酰化剂反应，在酰化是胺类化

2、合物与酰化剂反应，在氨基的氨基的氮原子上引入酰基而成为酰胺衍生物氮原子上引入酰基而成为酰胺衍生物，是有机合成，是有机合成中一种重要的方法。中一种重要的方法。常用的酰化剂有常用的酰化剂有羧酸、羧酸酐、酰氯、酯以羧酸、羧酸酐、酰氯、酯以及烯酮类化合物。及烯酮类化合物。胺类的酰化反应有两种胺类的酰化反应有两种目的目的：一种是将酰基：一种是将酰基保留在最终产物中；另一种是为了保护氨基。保留在最终产物中；另一种是为了保护氨基。石河子大学化学化工学院石河子大学化学化工学院(1)(1)羧酸羧酸 例如甲酸、乙酸、草酸等。例如甲酸、乙酸、草酸等。(2)(2)酸酐酸酐 例如乙酐、顺丁烯二酸酐、邻苯二甲酸例如乙酐、

3、顺丁烯二酸酐、邻苯二甲酸酐、酐、1,8-1,8-萘二甲酸酐以及二氧化碳萘二甲酸酐以及二氧化碳(碳酸酐碳酸酐)和一氧化和一氧化碳碳(甲酸酐甲酸酐)等。等。(3)(3)酰氯酰氯 如光气如光气(碳酸二酰氯碳酸二酰氯)、乙酰氯、苯甲酰、乙酰氯、苯甲酰氯、苯磺酰氯、三聚氯氰、三氯化磷、三氯氧磷等。氯、苯磺酰氯、三聚氯氰、三氯化磷、三氯氧磷等。某些酰氯不易制成工业品，这时可用某些酰氯不易制成工业品，这时可用亚硫酰氯亚硫酰氯在在无水介质中作酰化剂无水介质中作酰化剂，其副产物都是气体，易分离，其副产物都是气体，易分离。最常用的酰化剂主要有：最常用的酰化剂主要有：石河子大学化学化工学院石河子大学化学化工学院(4

4、)羧酸酯羧酸酯 例如氯乙酸乙酯、乙酰乙酸乙酯等。例如氯乙酸乙酯、乙酰乙酸乙酯等。(5)酰胺酰胺 例如尿素、例如尿素、N,N-二甲基甲酰胺等。二甲基甲酰胺等。(6)其它其它 例如双乙烯酮、二硫化碳等。例如双乙烯酮、二硫化碳等。石河子大学化学化工学院石河子大学化学化工学院5.1.1 N-酰化反应历程酰化反应历程Z=OH，OCOR，Cl 或或OR石河子大学化学化工学院石河子大学化学化工学院 N-酰化反应的难易，与胺类化合物和酰化剂酰化反应的难易，与胺类化合物和酰化剂的反应活性，以及空间效应都有密切的关系，的反应活性，以及空间效应都有密切的关系，氨氨基氮原子上的电子云密度愈大，空间阻碍愈小，基氮原子上

5、的电子云密度愈大，空间阻碍愈小，则反应活性愈强则反应活性愈强。伯胺伯胺 仲胺仲胺脂肪胺脂肪胺 芳香胺芳香胺 在芳香胺类化合物中，芳环上有给电子取代在芳香胺类化合物中，芳环上有给电子取代基时，反应活性增加，反之，有吸电子基团时，基时，反应活性增加，反之，有吸电子基团时，反应活性下降。反应活性下降。石河子大学化学化工学院石河子大学化学化工学院酰化反应活性大小：酰化反应活性大小：羧酸羧酸 酸酐酸酐 CH3CO-HCO-石河子大学化学化工学院石河子大学化学化工学院5.2 C-酰化反应酰化反应 C-酰化是在芳环上引入酰基，制备芳酰化是在芳环上引入酰基，制备芳酮或芳醛的反应过程，它是以酰卤或酸酐酮或芳醛的

6、反应过程，它是以酰卤或酸酐为酰化剂，对芳环进行亲电取代的反应，为酰化剂，对芳环进行亲电取代的反应，属于属于F-C反应中的重要一类。反应中的重要一类。石河子大学化学化工学院石河子大学化学化工学院5.2.1 C-酰化反应历程酰化反应历程石河子大学化学化工学院石河子大学化学化工学院 不管是那一种反应历程，生成的芳酮总是和不管是那一种反应历程，生成的芳酮总是和AlCl3形成形成1：1的络合物。的络合物。因为因为络合物中的络合物中的AlCl3不能再起催化作用，所不能再起催化作用，所以每摩尔酰氯在理论上要消耗以每摩尔酰氯在理论上要消耗1molAlCl3。实际。实际上要过量上要过量1050%。石河子大学化学

7、化工学院石河子大学化学化工学院当用酸酐作酰化剂时，它首先与当用酸酐作酰化剂时，它首先与AlCl3作用生成酰氯。作用生成酰氯。酸酐参与酰化反应，理论上需消耗酸酐参与酰化反应，理论上需消耗2摩尔三氯化铝。摩尔三氯化铝。石河子大学化学化工学院石河子大学化学化工学院5.2.2 影响因素影响因素5.2.2.1被酰化物的结构被酰化物的结构 当芳环上有当芳环上有给电子基给电子基时，酰化反应就容易进时，酰化反应就容易进行。因为酰基的立体位阻比较大，所以酰基行。因为酰基的立体位阻比较大，所以酰基主要主要地或完全地地或完全地进入芳环上已有取代基的进入芳环上已有取代基的对位对位。当对。当对位被占据时，则进入邻位。位

8、被占据时，则进入邻位。氨基虽然也是活化基，但是它容易同时发生氨基虽然也是活化基，但是它容易同时发生N-酰化，因此在酰化，因此在C-酰化以前应该先对氨基进行过酰化以前应该先对氨基进行过渡性渡性N-酰化加以保护。酰化加以保护。石河子大学化学化工学院石河子大学化学化工学院 当芳环上有吸电子基时，酰化反应就较难进当芳环上有吸电子基时，酰化反应就较难进行。因此，在芳环引入一个酰基后，芳环被钝化行。因此，在芳环引入一个酰基后，芳环被钝化不易发生多酰化、脱酰基和分子重排等副反应。不易发生多酰化、脱酰基和分子重排等副反应。所以所以C-酰化的收率可以很高。酰化的收率可以很高。石河子大学化学化工学院石河子大学化学

9、化工学院石河子大学化学化工学院石河子大学化学化工学院5.2.2.2 酰化剂的结构酰化剂的结构酰卤酰卤 酸酐酸酐 羧酸羧酸RCOI RCOBr RCOCl RCOF石河子大学化学化工学院石河子大学化学化工学院5.2.2.3 催化剂催化剂u 路易斯酸，路易斯酸，AlBr3催化活性较好。但最常用的强催催化活性较好。但最常用的强催化剂是无水三氯化铝。它的化剂是无水三氯化铝。它的优点优点是价廉易得，催化活是价廉易得，催化活性高，技术成熟。性高，技术成熟。缺点缺点是产生大量含铝盐废液，对于是产生大量含铝盐废液，对于活泼的芳香族化合物在活泼的芳香族化合物在C-酰化时容易引起副反应。酰化时容易引起副反应。u

10、质子酸，质子酸，HF催化活性较好。催化活性较好。石河子大学化学化工学院石河子大学化学化工学院5.2.2.4 溶剂溶剂 在在Friedel-Crafts反应中，芳酮反应中，芳酮-AlCl3络合物络合物大都是固体或粘稠的液体，为了使反应物具有良好大都是固体或粘稠的液体，为了使反应物具有良好的流动性，常常需要使用有机溶剂。的流动性，常常需要使用有机溶剂。1.用过量的低沸点芳烃作溶剂用过量的低沸点芳烃作溶剂 例如在由邻苯二甲酸酐与苯制邻苯甲酰基苯甲例如在由邻苯二甲酸酐与苯制邻苯甲酰基苯甲酸时，可用量酸时，可用量67倍的苯作溶剂，因为苯易于回倍的苯作溶剂，因为苯易于回收利用。收利用。石河子大学化学化工学

11、院石河子大学化学化工学院 2.用过量的酸化剂作溶剂用过量的酸化剂作溶剂 例如例如3，5-二甲基叔丁苯在用乙酐酰化时可以用二甲基叔丁苯在用乙酐酰化时可以用冰醋酸作溶剂。冰醋酸作溶剂。3.另外加入适当的溶剂另外加入适当的溶剂 常用的有机溶剂有常用的有机溶剂有硝基苯硝基苯、二氯乙烷二氯乙烷、四氯化、四氯化碳、碳、二硫化碳二硫化碳和和石油醚石油醚等。等。硝基苯能与硝基苯能与AlCl3形成络合物，该络合物易形成络合物，该络合物易溶于硝基苯而呈均相。但其活性低，只用溶于硝基苯而呈均相。但其活性低，只用于对于对AlCl3催化作用敏感的反应。催化作用敏感的反应。二硫化碳不能溶解二硫化碳不能溶解AlCl3，是非

12、均相反应。且二硫化碳不稳定，常，是非均相反应。且二硫化碳不稳定，常含有其他硫化物而有恶臭，因此只用于需要温和条件的情况。含有其他硫化物而有恶臭，因此只用于需要温和条件的情况。二氯乙烷虽然不能溶解二氯乙烷虽然不能溶解AlCl3，但是能，但是能溶解酰氯与溶解酰氯与AlCl3的络合物，因此是均的络合物，因此是均相反应。但应该注意在较高温度下，它相反应。但应该注意在较高温度下，它可能会参与芳环上的取代反应。可能会参与芳环上的取代反应。石油醚也不能溶解石油醚也不能溶解AlCl3，但是它相当稳定，但是它相当稳定，可用作由异丁苯与乙酰氯制对异丁基苯乙酮可用作由异丁苯与乙酰氯制对异丁基苯乙酮的溶剂。的溶剂。溶

13、剂还会影响酰基溶剂还会影响酰基进入芳环的位置。进入芳环的位置。石河子大学化学化工学院石河子大学化学化工学院5.2.3 用酰氯的用酰氯的C-酰化酰化 C-酰化反应生成的芳酮与三氯化铝的络合物需酰化反应生成的芳酮与三氯化铝的络合物需用水分解，才能分离出芳酮。水解时要释放较大热用水分解，才能分离出芳酮。水解时要释放较大热量，故酰化产物放入水中阶段特别小心，避免局部量，故酰化产物放入水中阶段特别小心，避免局部过热。过热。石河子大学化学化工学院石河子大学化学化工学院 脂肪族酰卤中烃基的结构对反应影响较大，当酰基的脂肪族酰卤中烃基的结构对反应影响较大，当酰基的-碳原子是叔碳时，容易在碳原子是叔碳时，容易在

14、AlCl3作用下形成叔碳正离子作用下形成叔碳正离子而使反应所得产物主要是烷基化物。而使反应所得产物主要是烷基化物。石河子大学化学化工学院石河子大学化学化工学院5.2.4 用羧酸酐的用羧酸酐的C-酰化酰化用二元酸酐进行苯环的用二元酸酐进行苯环的C-酰化是一类重要的反应。酰化是一类重要的反应。石河子大学化学化工学院石河子大学化学化工学院Clemmensen还原还原羧酸的羧酸的C烷基化烷基化石河子大学化学化工学院石河子大学化学化工学院5.2.5 用其他酰化剂的用其他酰化剂的C-酰化酰化 由于含有羟基、甲氧基、二烷氨基、酰氨基的由于含有羟基、甲氧基、二烷氨基、酰氨基的芳香族化合物都比较活泼，为了避免芳

15、香族化合物都比较活泼，为了避免C-酰化时发生酰化时发生副反应。通常选用温和的催化剂，例如无水氯化锌，副反应。通常选用温和的催化剂，例如无水氯化锌，有时也选用聚磷酸。有时也选用聚磷酸。石河子大学化学化工学院石河子大学化学化工学院Hoesch反应（间接酰化）反应（间接酰化）腈类化合物与氯化氢在路易斯酸氯化锌催化下，腈类化合物与氯化氢在路易斯酸氯化锌催化下，与含羟基或烷氧基的芳烃进行反应，可生成相应的酮与含羟基或烷氧基的芳烃进行反应，可生成相应的酮亚胺，再经水解得含羟基或烷氧基的芳香酮的反应。亚胺，再经水解得含羟基或烷氧基的芳香酮的反应。其他酰化反应其他酰化反应石河子大学化学化工学院石河子大学化学化

16、工学院机理机理石河子大学化学化工学院石河子大学化学化工学院 Gattermann反应反应(Hoesch反应的特例反应的特例)一种方法是氰化氢法，即以氢氰酸和氯化氢为酰一种方法是氰化氢法，即以氢氰酸和氯化氢为酰化剂，氯化锌或三氯化铝为催化剂，使芳环上引入化剂，氯化锌或三氯化铝为催化剂，使芳环上引入一个甲酰基。一个甲酰基。石河子大学化学化工学院石河子大学化学化工学院石河子大学化学化工学院石河子大学化学化工学院 另一种方法是用一氧化碳和氯化氢在催化剂三另一种方法是用一氧化碳和氯化氢在催化剂三氯化铝、氯化亚铜存在下，与芳环反应使芳环上氯化铝、氯化亚铜存在下，与芳环反应使芳环上引入一甲酰基。此法被称作一

17、氧化碳法。引入一甲酰基。此法被称作一氧化碳法。石河子大学化学化工学院石河子大学化学化工学院Vilsmeier反应反应 以氮取代的甲酰胺为甲酰化剂，在三氯氧磷作以氮取代的甲酰胺为甲酰化剂，在三氯氧磷作用下，在芳环或芳杂环上引入甲酰基的反应称作用下，在芳环或芳杂环上引入甲酰基的反应称作Vilsmeier反应。反应。石河子大学化学化工学院石河子大学化学化工学院石河子大学化学化工学院石河子大学化学化工学院二甲基甲酰胺石河子大学化学化工学院石河子大学化学化工学院活性亚甲基化合物的活性亚甲基化合物的C-酰化酰化 具有活性亚甲基的化合物（乙酰乙酸乙酯，丙具有活性亚甲基的化合物（乙酰乙酸乙酯，丙二酸酯、氰基乙

18、酸酯等）可与酰基化试剂反应，制二酸酯、氰基乙酸酯等）可与酰基化试剂反应，制备备1,3-二酮或二酮或-酮酸酯类化合物。酮酸酯类化合物。石河子大学化学化工学院石河子大学化学化工学院石河子大学化学化工学院石河子大学化学化工学院石河子大学化学化工学院石河子大学化学化工学院烯胺的烯胺的C-酰化酰化 醛或酮与仲胺形成的烯胺，其醛或酮与仲胺形成的烯胺，其-位碳原于具有强亲位碳原于具有强亲核性，能与酰化剂如酰卤等进行酰基化反应。这是在醛核性，能与酰化剂如酰卤等进行酰基化反应。这是在醛酮的酮的-碳上间接引入酰基，得到碳上间接引入酰基，得到1,3-二碳基化合物。二碳基化合物。石河子大学化学化工学院石河子大学化学化工学院例：例：石河子大学化学化工学院石河子大学化学化工学院反应实例反应实例 2，4-二羟基己苯二羟基己苯(己雷琐辛己雷琐辛)的制备的制备 邻甲氧基邻甲氧基-对对双双-(2-氯乙基氯乙基)胺基胺基-苯甲醛的制备苯甲醛的制备-乙酰噻吩的制备乙酰噻吩的制备