酰基化反应PPT课件.ppt
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1、第五章酰基化反应第五章酰基化反应定义:定义:在有机化合物分子中的碳、氮、氧、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硫等原子上引入脂肪族或芳香族酰基的反应称为酰基化反应,简称为酰化。应称为酰基化反应,简称为酰化。酰基是指从含氧的无机酸、有机按酸或磺酰基是指从含氧的无机酸、有机按酸或磺酸分子中除去羟基后所剩余的基团。酸分子中除去羟基后所剩余的基团。(RCO)氮酰化氮酰化将酰基引人氮原子上合成酰胺化合物的反将酰基引人氮原子上合成酰胺化合物的反应称为氮酰化应称为氮酰化碳酰化碳酰化将酰基引入碳原子上合成芳酮或芳醛的反将酰基引入碳原子上合成芳酮或芳醛的反应称为碳酰化。应称为碳
2、酰化。n酰化反应可用下述通式表示酰化反应可用下述通式表示n式中的式中的RCOZRCOZ为酰化剂,其中的为酰化剂,其中的Z Z代表代表-X-X、-OCOR-OCOR、-OH-OH、-OR-OR、-NHR-NHR 等。等。GHGH为被酰化物,其中的为被酰化物,其中的G G代表代表ARNH-ARNH-、RNH-RNH-、RO-RO-、ArAr等。等。酰基化反应介绍酰基化反应介绍研究意义:研究意义:(1 1)在羟基或氨基等官能团上引入酰基后可改变原化合物性质和功能。如在羟基或氨基等官能团上引入酰基后可改变原化合物性质和功能。如染料的染色性能和牢度指标有所改变,药物分子中引入酰基可改变药性;染料的染色性
3、能和牢度指标有所改变,药物分子中引入酰基可改变药性;(2 2)可用来保护氨基,反应完成后再将酰基水解去掉。)可用来保护氨基,反应完成后再将酰基水解去掉。如:在苯胺上引入硝基时,我们一般用苯胺与混酸发生亲电取代反应即如:在苯胺上引入硝基时,我们一般用苯胺与混酸发生亲电取代反应即可。但苯胺非常易被氧化,甚至空气中的氧气就能将无色透明的苯胺液体在可。但苯胺非常易被氧化,甚至空气中的氧气就能将无色透明的苯胺液体在几个小时内氧化成黑色的苯醌染料,混酸更是一种强氧化剂,所以必须先将几个小时内氧化成黑色的苯醌染料,混酸更是一种强氧化剂,所以必须先将氨基保护起来才能用混酸硝化。氨基保护起来才能用混酸硝化。若不
4、保护氨基,则:若不保护氨基,则:黑色染料黑色染料苯醌苯醌酰基化反应介绍2.2.定义:定义:酰基化反应指的是有机化合物分子中与碳原子、酰基化反应指的是有机化合物分子中与碳原子、氮原子、氧原子或硫原子相连的氢被酰基所取代的反应氮原子、氧原子或硫原子相连的氢被酰基所取代的反应。3.3.分类分类:5.1 N5.1 N酰基化反应酰基化反应一、一、NN酰化的基本原理酰化的基本原理NN酰化酰化-是将胺类化合物与酰化剂反应,在氨基的氮原是将胺类化合物与酰化剂反应,在氨基的氮原子上引入酰基而成为酰胺化合物的反应。子上引入酰基而成为酰胺化合物的反应。NN酰化反应目的:其一是将酰基保留在最终产物中,以赋予化酰化反应
5、目的:其一是将酰基保留在最终产物中,以赋予化合物某些合物某些新的性能;新的性能;其二是为了保护氨基,即在氨基氮上暂时引入一个酰基,然后其二是为了保护氨基,即在氨基氮上暂时引入一个酰基,然后再进行其他合成反应,待反应完成后,最后经水解脱除原先引入再进行其他合成反应,待反应完成后,最后经水解脱除原先引入的酰基。的酰基。胺类化合物的酰化是发生在氨基氮原子上的亲电取代反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。应。常用的酰基化试剂常用的酰基化试剂 常用的酰化剂是酰氯、酸酐和羧酸。如乙酰氯、乙酸酐、顺丁烯二酸酐、甲酸、乙酸、草酸等。其活性排列次序为:酰氯酸酐羧酸。其活性排列次序为:酰氯酸酐羧酸
6、5.1 N5.1 N酰基化反应酰基化反应酰化反应历程可表示为酰化反应历程可表示为 属于亲电取代反应属于亲电取代反应 2.2.N N酰化影响因素:酰化影响因素:(1 1)酰化剂的活性的影响)酰化剂的活性的影响 :反应活性如下:反应活性如下:酰氯酸酐羧酸酰氯酸酐羧酸(2 2)胺类结构的影响)胺类结构的影响 :氨基氮原子上电子云密度越高,碱性越强,则胺被酰化的反应性越强氨基氮原子上电子云密度越高,碱性越强,则胺被酰化的反应性越强。胺类被酰化的反应活性是:胺类被酰化的反应活性是:伯胺仲胺,脂肪胺芳胺。伯胺仲胺,脂肪胺芳胺。对于芳胺,环上有供电子基时,碱性增强,芳胺的反应活性增强。反之,环对于芳胺,环
7、上有供电子基时,碱性增强,芳胺的反应活性增强。反之,环上有吸电子基时,碱性减弱,反应活性降低。上有吸电子基时,碱性减弱,反应活性降低。(3 3)空间位阻效应)空间位阻效应 :无空间阻碍的胺的活性高于有空间阻碍的胺。无空间阻碍的胺的活性高于有空间阻碍的胺。5.1 N5.1 N酰基化反应酰基化反应羧酸、酸酐和酰氯反应活性的大小次序为:羧酸、酸酐和酰氯反应活性的大小次序为:芳香族酰氯的反应活性低于脂肪族酰氯芳香族酰氯的反应活性低于脂肪族酰氯(如乙酰氯如乙酰氯)。对于酯类,凡是由弱酸构成的酯对于酯类,凡是由弱酸构成的酯(如乙酰乙酸乙酯如乙酰乙酸乙酯)可用作酰化剂,可用作酰化剂,而由强酸形成的酯,因酸根
8、的吸电子能力强,使酯中烷基的正电荷而由强酸形成的酯,因酸根的吸电子能力强,使酯中烷基的正电荷增大,因而常用作烷化剂,而不是酰化剂,如硫酸二甲酯等。增大,因而常用作烷化剂,而不是酰化剂,如硫酸二甲酯等。5.1 N5.1 N酰基化反应酰基化反应二、二、NN酰化方法酰化方法1、用羧酸的用羧酸的NN酰化酰化用羧酸对胺类进行酰化的反应是一个可逆反应。酰化反应通式为用羧酸对胺类进行酰化的反应是一个可逆反应。酰化反应通式为适用范围:碱性较强的胺类进行酰化适用范围:碱性较强的胺类进行酰化为了使反应进行到底用过量的羧酸,并同时不断移去反应生成的水为了使反应进行到底用过量的羧酸,并同时不断移去反应生成的水移去反应
9、生成水的方法:移去反应生成水的方法:在反应物中加入甲苯或二甲苯进在反应物中加入甲苯或二甲苯进行共沸蒸馏脱水行共沸蒸馏脱水采用化学脱水剂如五氧化二磷、三氯氧磷等采用化学脱水剂如五氧化二磷、三氯氧磷等移去反应生成的水。移去反应生成的水。5.1 N5.1 N酰基化反应酰基化反应2 2用酸酐的用酸酐的NN酰化酰化酸酐对胺类进行酰化反应的通式为:酸酐对胺类进行酰化反应的通式为:反应特点:反应是不可逆的,反应可以在水介质中进行。反应特点:反应是不可逆的,反应可以在水介质中进行。对于二元胺类,如果只酰化其中一个氨基时,可以先用等摩尔比的盐酸,对于二元胺类,如果只酰化其中一个氨基时,可以先用等摩尔比的盐酸,使
10、二元胺中的一个氨基成为盐酸盐加以保护,然后按一般方法进行酰化。使二元胺中的一个氨基成为盐酸盐加以保护,然后按一般方法进行酰化。例如间苯二胺在水介质中加入适量盐酸后,再于例如间苯二胺在水介质中加入适量盐酸后,再于4040用乙酐酰化,先用乙酐酰化,先制得间氨基乙酰苯胺盐酸盐经中和可得间氨基乙酰苯胺,它是一个有用制得间氨基乙酰苯胺盐酸盐经中和可得间氨基乙酰苯胺,它是一个有用的中间体。的中间体。5.1 N5.1 N酰基化反应酰基化反应3 3用酰氯的用酰氯的NN酰化酰化用酰氯酰化的反应通式为用酰氯酰化的反应通式为反应特征:反应特征:反应是不可逆的。反应是不可逆的。反应时需要加入碱性物质,如反应时需要加入
11、碱性物质,如NaOHNaOH、NaNa2 2COCO3 3,NaHCONaHCO3 3、CHCH3 3COONaCOONa、N(CN(C2 2H H5 5)3 3 等,以中和生成的等,以中和生成的氯化氢,使氨基保持游离状态,从而提高酰化反应的收率。氯化氢,使氨基保持游离状态,从而提高酰化反应的收率。(1)脂肪酸酰氯酰化脂肪酸酰氯酰化 脂肪酸酰氯为强酰化剂,向氨基上引入长碳链酰基时,它常被采脂肪酸酰氯为强酰化剂,向氨基上引入长碳链酰基时,它常被采用。例如,壬酰氯在一定条件下可将用。例如,壬酰氯在一定条件下可将3 3,44二氯苯胺进行酰化得二氯苯胺进行酰化得到壬酰化产物。到壬酰化产物。5.1 N5
12、1 N酰基化反应酰基化反应 氯代乙酰氯是一种非常活泼的酰化剂。由于甲基中的氯代乙酰氯是一种非常活泼的酰化剂。由于甲基中的氢原子被氯取代后,更增加了酰基碳原子上的部分正氢原子被氯取代后,更增加了酰基碳原子上的部分正电荷,因此酰化反应可以在低温下完成。如电荷,因此酰化反应可以在低温下完成。如5.1 N5.1 N酰基化反应酰基化反应(2)(2)用芳胺酰氯及芳磺酸氯酰化用芳胺酰氯及芳磺酸氯酰化常用的芳羧酰氯及芳磺酰氯有常用的芳羧酰氯及芳磺酰氯有芳香族伯胺或仲胺用芳磺酰氯酰化能生成许多有价值的中间体,例如芳香族伯胺或仲胺用芳磺酰氯酰化能生成许多有价值的中间体,例如5.1 N5.1 N酰基化反应酰基化反
13、应n(3)(3)用光气酰化用光气酰化 在水介质中酰化。光气在水介质中,在低温就能和两分子芳在水介质中酰化。光气在水介质中,在低温就能和两分子芳胺反应生成二芳基脲衍生物,反应放出的氯化氢可用碱中和。例胺反应生成二芳基脲衍生物,反应放出的氯化氢可用碱中和。例如,如,J J酸用光气酰化可制得猩红酸,它是重要的染料中间体。酸用光气酰化可制得猩红酸,它是重要的染料中间体。5.1 N5.1 N酰基化反应酰基化反应n在有机溶剂中酰化。在有机溶剂中酰化。光气在有机溶剂光气在有机溶剂(如甲苯、氯苯、邻二氯苯如甲苯、氯苯、邻二氯苯)中,在低温下能中,在低温下能与等摩尔量的芳胺作用,先生成芳胺基甲酰氯,再进行加热处
14、与等摩尔量的芳胺作用,先生成芳胺基甲酰氯,再进行加热处理转变为理转变为芳基异氰酸酯。芳基异氰酸酯。应用:甲苯二异氰酸酯的制备应用:甲苯二异氰酸酯的制备甲苯二异氰酸酯合成泡沫甲苯二异氰酸酯合成泡沫塑料、涂料、耐磨橡胶和高塑料、涂料、耐磨橡胶和高强度粘合剂的重要中间体。强度粘合剂的重要中间体。5.1 N5.1 N酰基化反应酰基化反应n4 4用二乙烯酮的用二乙烯酮的NN酰化酰化二乙烯酮的制备二乙烯酮的制备二乙烯酮与芳胺反应合成乙酰乙酰芳胺二乙烯酮与芳胺反应合成乙酰乙酰芳胺5.1 N5.1 N酰基化反应酰基化反应n5 5NN酰化终点的控制酰化终点的控制 在芳胺的酰化产物中,未反应的芳胺能发生重在芳胺的
15、酰化产物中,未反应的芳胺能发生重氮化。氮化。而酰化产物则不能。利用这一特性可在而酰化产物则不能。利用这一特性可在滤纸上作渗圈试验,定性检查酰化终点。利用滤纸上作渗圈试验,定性检查酰化终点。利用重氮化方法还可以进行定量测定,用标准亚硝重氮化方法还可以进行定量测定,用标准亚硝酸钠溶液滴定未反应的芳胺,控制其含量在酸钠溶液滴定未反应的芳胺,控制其含量在0.50.5以下。以下。5.1 N5.1 N酰基化反应酰基化反应n6 6酰基的水解酰基的水解酰胺在一定条件下可以水解,生成相应的羧酸和胺。酰胺在一定条件下可以水解,生成相应的羧酸和胺。常用的简单酰基对水解的稳定性顺序为常用的简单酰基对水解的稳定性顺序为
16、n水解反应可以在水解反应可以在碱性溶液碱性溶液或或酸性溶液酸性溶液中进行。选择中进行。选择水解条件时,必须同时注意酰胺键的稳定性和胺类水解条件时,必须同时注意酰胺键的稳定性和胺类的稳定性,防止有些胺类对介质的稳定性,防止有些胺类对介质pHpH的敏感性,或在的敏感性,或在较高水解温度下的氧化副反应等,较高水解温度下的氧化副反应等,碱性水解常采用碱性水解常采用 氢氧化钠水溶液氢氧化钠水溶液,对有些加热后仍不溶的胺,可用,对有些加热后仍不溶的胺,可用氢氧化钠的醇氢氧化钠的醇水溶液。酸性水解大多采用稀盐酸水溶液。酸性水解大多采用稀盐酸溶液,有时可加入少量硫酸以加速水解。水解反应溶液,有时可加入少量硫酸
17、以加速水解。水解反应般在回流温度下进行。般在回流温度下进行。5 52 C2 C酰基化反应酰基化反应一、芳环的碳酰化反应一、芳环的碳酰化反应1 1FriedelFriedelCraftsCrafts酰化反应(弗里德耳酰化反应(弗里德耳克拉夫特)(付克反应)克拉夫特)(付克反应)定义:在三氯化铝或其他定义:在三氯化铝或其他LewisLewis酸酸(或质子酸或质子酸)催化下,酰化催化下,酰化剂与芳烃发生环上的亲电取代,生成芳酮的反应称为剂与芳烃发生环上的亲电取代,生成芳酮的反应称为FriedelFriedelCraftsCrafts酰化反应。酰化反应。5.2 C5.2 C酰基化反应酰基化反应n(1)
18、1)反应机理反应机理催化剂与酰化剂首先作用,生成酰基正离子活性中间体,进攻芳环上催化剂与酰化剂首先作用,生成酰基正离子活性中间体,进攻芳环上电子云密度较大的碳,取代该碳上的氢,生成芳酮电子云密度较大的碳,取代该碳上的氢,生成芳酮5 52 C2 C酰基化反应酰基化反应反应后生成的酮和三氯化铝以络合物的形式存在,需反应后生成的酮和三氯化铝以络合物的形式存在,需要稀酸处理才能得到游离的酮。要稀酸处理才能得到游离的酮。AlClAlCl3 3的用量必须超过的用量必须超过反应物的摩尔数。反应物的摩尔数。(2)(2)影响反应的因素影响反应的因素酰化剂酰化剂。各种酰化剂的反应活性顺序各种酰化剂的反应活性顺序
19、酰卤酰卤 酸酐酸酐 羧酸羧酸含有不同卤素的酰卤的反应活性顺序为含有不同卤素的酰卤的反应活性顺序为5 52 C2 C酰基化反应酰基化反应烃基的结构对反应影响烃基的结构对反应影响:当酰基的当酰基的碳原子是叔碳时,容易在碳原子是叔碳时,容易在AlClAlCl3 3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。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。5 52 C2 C酰基化反应酰基化反应n常用的酸酐多数为二元酸酐,如丁二酸酐、顺丁烯二酸酐、邻苯常用的酸酐多数为二元酸酐,如丁二酸酐、顺丁烯二酸酐、邻苯二甲酸酐及它们的衍生物。二元酸酐可用于制备芳酰脂肪酸,该二甲酸酐及它们的衍生物。二元酸
20、酐可用于制备芳酰脂肪酸,该酸经酸经锌汞齐锌汞齐盐酸盐酸还原可得长链羧酸,接着进行分子内酰化即得还原可得长链羧酸,接着进行分子内酰化即得环酮。环酮。5 52 C2 C酰基化反应酰基化反应n羧酸可以直接用作酰化剂,一般用硫酸、磷酸,最好是氟化氢作羧酸可以直接用作酰化剂,一般用硫酸、磷酸,最好是氟化氢作催化剂。催化剂。5 52 C2 C酰基化反应酰基化反应n被酰化物的结构。被酰化物的结构。与与FriedelFriedelCraftsCrafts烷基化反应相似酰基化烷基化反应相似酰基化反应属于亲电取代反应反应属于亲电取代反应取代芳环的酰基化反应按下列规律进行:当芳环上具有邻、对取代芳环的酰基化反应按下
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