1、第9章 酰化技術(shù) 在有機化合物分子中的碳、氮、氧、硫等原子上引入脂肪族或芳香族酰基的反應(yīng)稱為酰化反應(yīng)。酰基是指從含氧的無機酸、有機羧酸或磺酸等分子中除去羥基后所剩的基團。本章介紹將酰基引入氮原子上合成酰胺類化合物的N-酰化反應(yīng)，將酰基引入碳原子上合成芳酮或芳醛的C-酰化反應(yīng)。 酰化反應(yīng)可用下列通式表示9.1 概述 式中為 酰化劑，Z可以是X，OCOR，OH，OR 7，NHR7等；G-H為被酰化物，G代表RO，RNH，ArNH，Ar等。 最常用的酰化劑主要有： 1)羧酸，例如甲酸、乙酸、草酸等。 2)酸酐，例如乙酐、順丁烯二酸酐、鄰苯二甲酸酐、1，8一萘二甲酸酐以及二氧化碳(碳酸酐)和一氧化碳(

2、甲酸酐)等。 3)酰氯，例如光氣(碳酸二酰氯)、乙酰氯、苯甲酰氯、苯磺酰氯、三聚氰酰氯、三氯化磷、三氯氧磷等，某些酰氯不易制成工業(yè)品，這時可用羧酸和三氯化磷或亞硫酰氯在無水介質(zhì)中作酰化劑。 4)羧酸酯，例如氯乙酸乙酯、乙酰乙酸乙酯等。 5)酰胺，例如尿素、N，N，-二甲基甲酰胺等。 6)其他，例如雙乙烯酮、二硫化碳等。 在這些酰化劑中最常用的是羧酸、酸酐和酰氯，由于酰化是親電取代反應(yīng)，所以在引入碳酰基時，酰基碳原子上的部分正電荷越大，酰化能力越強。酰氯、酸酐和羧酸的活潑件次序為 因為在酰氯分子中酰基碳原子與電負性相當高的氯原子相連，所以活性最大。酸酐與羧酸相比，前者的酰基碳原子所連接的氧原子上

3、又連接了個吸電的碳酰基+。 在脂肪族酰化劑中，其反應(yīng)活性隨烷基碳鏈的增長而減弱。因此，只有在向氨基氮原子或羥基氧原子上引入低碳酰基時才能用羧酸作酰化劑，例如，甲酸、乙酸、草酸(乙二酸)等。在引入長碳鏈的酰基時，需要使用活潑的羧酰氯作酰化劑。 當R為芳環(huán)時，由于芳環(huán)的共軛效應(yīng)，使酰基碳原子上的部分正電荷降低，從而使酰化劑的活性降低。因此，在引入芳羧酰時也要用活潑的芳羧酰氯作酰化劑。 當脂肪鏈或芳環(huán)上有吸電基時酰化劑的活性增強，而有供電基時則活性減弱。 由弱酸構(gòu)成的酯也可以作為酰化劑，但是他們的活性比羧酸還弱。羧酰胺(例如尿素)則是更弱的酰化劑，一般很少使用。 胺類化合物與酰化劑反應(yīng)，在氨基的氮原

4、子上引入酰基的反應(yīng)為N-酰化反應(yīng)。忖酰化是制備酰胺的重要方法。被酰化的可以是脂肪胺，也可以是芳胺，可以是伯胺，也可以是仲胺。921反應(yīng)歷程 用羧酸或其衍生物作酰化劑時，酰基取代伯氨基氮原子上的氫，生成羧酰胺的反應(yīng)歷程可簡單表示為9.2 N-酰化 首先是酰化劑的碳酰基中帶部分正電荷的碳原子向伯胺氨基氮原子上的未共用電子對做親電進攻，形成過渡配合物，然后脫去HZ而形成羧酰胺。 酰基是吸電基，它使酰胺分子中氨基氮原子上的電子云密度降低，不容易再與親電性的酰化劑質(zhì)點相作用，即不容易生成N，*二酰化物。所以，在一般情況下容易制得較純的酰胺，這和N一烷化反應(yīng)是不一樣的。 在N-酰化中，芳胺氮原子上的電子云

5、密度愈高愈易被酰化；而對酰化劑來說，酰基碳原子上所帶正電荷愈多愈易起酰化反應(yīng)。對于活潑的胺，可以采用弱酰化劑，對于不活潑的胺，必須使用強的酰化劑。 胺類被酰化的相對反應(yīng)活性為 伯胺仲胺，無位阻胺有位阻胺，脂肪胺芳胺9.2.2 用羧酸的N-酰化 羧酸與酸酐和羧酰氯相比，價廉易得，但反應(yīng)活性弱，一般只有在引入甲酰基、乙酰基、羧甲酰基時才使用甲酸、乙酸和草酸作酰化劑，在個別情況下也可用苯甲酸作酰化劑。另外，羧酸酰化劑一般只用于堿性較強的胺或氨的N一酰化。 用羧酸的N一酰化是一個可逆過程，首先生成銨鹽，然后脫水生成酰胺。 為了使酰化反應(yīng)盡可能完全并使用量太多的羧酸，必須除去反應(yīng)生成的水。脫水的方法主要

6、有下述幾種。1高溫熔融脫水法 此法可用于穩(wěn)定銨鹽的脫水。例如，向冰乙酸中通入氨氣生成乙酸銨，然后逐漸加熱到180220進行脫水，即得到乙酰胺。用同樣方法可制得丙酰胺。另外，此法也可用于高沸點羧酸和胺類的N一酰化。例如苯甲酸和苯胺逐漸加熱到220進行脫水制得N一苯甲酰苯胺。 2反應(yīng)精餾脫水法 此法主要用于乙酰化。由于反應(yīng)可逆，一般要加入過量的乙酸，當反應(yīng)達到平衡后，逐漸蒸出過量的乙酸，并將水分帶出。如合成乙酰苯胺時是將苯胺與過量1050的乙酸混合，在120以下回流一段時間，使反應(yīng)達到平衡，然后蒸出過量的乙酸和水，即可使反應(yīng)趨于完全。用類似的方法可制得鄰甲基乙酰苯胺、對甲基乙酰苯胺、對甲氧基乙酰苯

7、胺等中間體。 3溶劑共沸蒸餾脫水法 此法主要用于甲酸(沸點1008。C)與芳胺的N一酰化反應(yīng)。因為甲酸和水的沸點非常接近，不能用一般精餾法分離，所以必須加入甲苯、二甲苯等惰性溶劑，并用共沸蒸餾法蒸出反應(yīng)生成的水。用此法可制得N-甲酰苯胺、N-甲基-N一甲酰苯胺等中間體。 為了加速N_酰化反應(yīng)，有時需加入少量強酸作催化劑。923用羧酐的N_酰化 用酸酐對胺類進行酰化反應(yīng)的通式為 (RCO)2 O+R7NH2，R 7NHCOR+RCooH 反應(yīng)時沒有水生成，因此是不可逆的。酸酐的酰化活性較羧酸為強，除了能用于酰化脂肪族或芳香族伯胺外，還能用于較難酰化的胺類，如仲胺以及芳環(huán)上含有吸電子基團的芳胺類。

8、最常用的酸酐是乙酐，由于其酰化活性較高，在2090。C時反應(yīng)即能順利完成。酸酐的用量一般過量510。例如鄰氨基苯甲酸，因受環(huán)上羧基的影響，堿性較弱；同時氨基又能與羧基形成內(nèi)鹽，更增加了酰化的困難，但是用乙酐作酰化劑，仍可得到收率較好的酰化產(chǎn)品。 胺類用酸酐酰化時，一般可以不加催化劑，如果是多取代芳香胺或者帶有較多吸電子取代基的，以及空間位阻較大的芳香胺類，如2，4，6一三溴苯胺、2，4一二硝基苯胺、二苯胺、N-甲基鄰硝基苯胺等，與酐的反應(yīng)很慢，這時需加人少量酸作催化劑以加速反應(yīng)。924用酰氯的N-酰化 用酰氯對胺類進行忖酰化反應(yīng)的通式為 RNH2+RCoCl一RNHCoR 7+HCl 酰氯是比

9、相應(yīng)的酸酐更活潑的酰化劑，容易與脂肪胺或芳香胺發(fā)生N一酰化反應(yīng)，這類反應(yīng)是不可逆的。常用的酰氯有長碳鏈脂肪酸的酰氯、芳羧酰氯、芳磺酰氯、光氣和三聚氰酰氯等。 酰氯都是相當活潑的酰化劑，其用量一般只需要稍稍超過理論量即可，反應(yīng)過程中常伴有熱量產(chǎn)生，有時甚為劇烈。因此，酰化的溫度也不需要太高，有時甚至要在O。C或更低的溫度下反應(yīng)。 由于酰化產(chǎn)物常常是固態(tài)的，用酰氯的N一酰化必須在適當?shù)慕橘|(zhì)中進行。如果酰氯的N酰化速率比酰氯的水解速度快得多，反應(yīng)可在水介質(zhì)中進行。如果酰氯較易水解，就需要使用惰性有機溶劑，例如苯、甲苯、氯苯、乙酸、氯仿、二氯乙烷等。 酰化時生成的氯化氫能與游離胺結(jié)合成鹽，從而降低N-

10、酰化反應(yīng)速率，因此在反應(yīng)過程中一般要加入縛酸劑來中和生成的氯化氫，使介質(zhì)保持中性或弱堿性，并使胺保持游離狀態(tài)，以提高酰化反應(yīng)速度和酰化產(chǎn)物的收率。常用的縛酸劑有：氫氧化鈉、碳酸鈉、碳酸氫鈉、乙酸鈉以及吡啶和三乙胺等有機叔胺。1羧酰氯N一酰化 羧酰氯一般是由相應(yīng)的羧酸與亞硫酰氯、三氯化磷、三氯化磷加氯氣或光氣相作用而制得的。 高碳脂羧酰氯親水性差、容易水解，其N一酰化反應(yīng)要在無水有機溶劑中和較高溫度F進行(95160)，而且要用吡啶或其他叔胺作縛酸劑。如將3，4-氯苯胺溶于含吡啶的二氯乙烷溶劑中，加入壬酰氯，可得壬酰化產(chǎn)品。2芳羧酰氯及芳磺酰氯的N一酰化 常用的這類酰氯有 與低級脂肪羧酰氯相比，

11、這類酰化劑的活性要低些，一般不易水解，所以能在強堿性介質(zhì)中直接滴加酰氯進行反應(yīng)，如2，5一二乙氧基苯胺用苯甲酰氯酰化。3用光氣的N一酰化 光氣是碳酸的二酰氯，是非常活潑的酰化劑。用光氣N一酰化制得的產(chǎn)品有三種類型，一是脲衍生物，二是氨基甲酸衍生物，三是異氰酸酯類。 (1)脲類衍生物的制備 將芳胺在水介質(zhì)或水一有機溶劑中，在碳酸鈉縛酸劑存在下，于20-70C1右=右與光氣反應(yīng)，得到的產(chǎn)品將是對稱二芳基脲。(2)氨基甲酰氯衍生物的制備 猩紅酸(染料中間體)這是光氣分子中的一個氯與胺反應(yīng)而生成的產(chǎn)物，即 R-NH2+CoCl2，R-NHCOCl+HCl 這類產(chǎn)品的制法有兩種。第一種方法是先將光氣在O

12、。C左右溶解于甲苯或氯苯中，然后再加入等物質(zhì)的量的胺。第二種方法是將干燥的甲胺氣體與稍過量的光氣在280300下氣相反應(yīng)，得氣態(tài)甲氨基甲酰氯，然后冷卻至3540，得液態(tài)產(chǎn)品，或者將氣態(tài)產(chǎn)品用四氯化碳或氯苯在0-20吸收得溶液。 用上述方法制得的氨基甲酰氯衍生物溶液一般用于與醇或酚進一步反應(yīng)制備氨基甲酸酯衍生物。 如果目的在于進一步制備異氰酸酯，還可以采用以下制洪(3)異氰酸酯的制備將上述方法制得的氨基甲酰氯衍生物溶液加熱到100160，放出氯化氫氣體而生成異氰酸酯(R-N=C=O)。 為了避免低溫操作，也可以先將胺溶解于甲苯、氯苯或鄰二氯苯中，通人干燥的氯化氫或二氧化碳氣體生成銨鹽，然后在40

13、160通人光氣就可以直接制得異氰酸酯。許多異氰酸酯用于制備泡沫塑料、農(nóng)藥、醫(yī)藥和紡織助劑。其中產(chǎn)量最大的是甲苯二異氰酸酯(TDI)和4，4 7一二苯基甲烷二異氰酸酯(DMI)925用其他酰化劑的N-酰化 1用雙乙烯酮的N一酰化雙乙烯酮是將乙酸熱解得乙烯酮，然后低N-聚而制得的。 雙乙烯酮法的優(yōu)點是成本低、反應(yīng)活性高、可在低溫水介質(zhì)中使用、酰化時間短、后處理簡單、酰化收率高、產(chǎn)品質(zhì)量好。因此，盡管雙乙烯酮的生產(chǎn)工藝復(fù)雜、設(shè)備投資高，仍然取代了乙酰乙酸乙酯，成為制乙酰乙酰胺和乙酰乙酰芳胺的重要酰化劑 例如，苯胺在水介質(zhì)中于o15與雙乙烯酮反應(yīng)，即得到N-乙酰乙酰苯胺。 用類似的方法制得的重要酰化產(chǎn)

14、物可有 它們都是重要的染料中問體。 應(yīng)該指出，雙乙烯酮必須在05。C的低溫貯運。如果溫度升高，會發(fā)生自聚合反應(yīng)，因此，雙乙烯酮主要在生產(chǎn)廠內(nèi)自用。另外，雙乙烯酮具有很強的刺激性、催淚性和毒性，使用時必須注意安全。2用三聚氰酰氯的N一酰化 三聚氰酰氯可看作是三聚氰酸的酰氯，也可以看作是芳香雜環(huán)的氯化物。奠分子結(jié)構(gòu)為 三聚氰酰氯本身相當活潑，分子中有三個可取代的活潑氯原子，在三聚氰酰氯分子上三個與氯原子相連的碳原子都可以參與反應(yīng)，但它們的反應(yīng)活性不同。，一酰化要在O。C左右進行，在第一個氯原子被親核試劑取代后，其余兩個氯原子的反應(yīng)活性將明顯下降。926 N酰化反應(yīng)的終點控制 由于芳胺可重氮化而酰化

15、物則不能，重氮鹽能與R鹽或問苯二酚偶合生成染料，利用這一特點在濾紙上做滲圈試驗，可定性檢查酰化終點。利用重氮化分析法也可進行定量測定。以標準亞硝酸鈉溶液滴定，控制未反應(yīng)芳胺在O5以下。927酰基的水解 酰胺在一定條件下水解生成相應(yīng)的羧酸和胺。 水解反應(yīng)生成的胺就是原來的胺。因此，將氨基化物酰化成為酰胺是保護氨基的最好方法，已得到普遍應(yīng)用，它能防止氧化和烴化等反應(yīng)。 最常使用的保護性酰化是乙酰化，通常用乙酸或乙酐。也可將胺與尿素或光氣反應(yīng)生成脲，再水解。但有時為了定位需要，也引入其他酰基。 酰化物既可在稀酸中水解，也可在稀堿中水解，它們各有優(yōu)缺點。堿性水解對設(shè)備腐蝕性小，但生成的胺類在堿性介質(zhì)中

16、高溫下易氧化，不如在酸中穩(wěn)定。但稀酸對設(shè)備腐蝕較嚴重。 在堿性介質(zhì)中不同酰化物的水解活性是在堿性條件下酰胺不易水解，因此，可利用這一點進行選擇性水解。 C-酰化是指在芳環(huán)上引入酰基，制備芳酮或芳醛的反應(yīng)過程。它是以酰鹵或酸酐為酰化劑，對芳環(huán)進行親電取代(或加成)的反應(yīng)，屬于FriedelCrafts反應(yīng)中的重要一類。反應(yīng)時必須加入路易斯酸或質(zhì)子酸等催化劑以增強酰化劑的親電能力，使反應(yīng)得以順利進行。9.3 C-酰化931 C-酰化反應(yīng)歷程 這類反應(yīng)屬于FriedelCrafts反應(yīng)，它是一個親電取代反應(yīng)。最常用的酰化劑是酰鹵或酸酐，其次是羧酸和烯酮。由于酰基是吸電基，芳環(huán)上引入酰基后，使電子云密

17、度降低，因此不易發(fā)生多酰化、脫酰基或分子重排等副反應(yīng)，酰化反應(yīng)的收率都較高。C-酰化不能用于甲酰化，因為甲酰氯或甲酐在室溫下是不穩(wěn)定的。 C-酰化反應(yīng)的歷程通常被認為是酰鹵和路易斯酸催化劑生成各種碳正離子活性中間體，如用酰氯作酰化劑，以無水三氯化鋁為催化劑時，反應(yīng)歷程大致如下。 首先酰氯與無水三氯化鋁作用生成各種碳正離子活性中間體A、B和C。 這些活性中間體在溶液中呈平衡狀態(tài)，進攻芳環(huán)的中間體可能是B或C，它們與芳環(huán)作用生成芳酮與三氯化鋁的絡(luò)合物。該絡(luò)合物經(jīng)水解即得到芳酮，但三氯化鋁不能重復(fù)使用932影響C-酰化反應(yīng)的因素 1被酰化物結(jié)構(gòu) 酰化反應(yīng)是親電取代反應(yīng)。因此，芳環(huán)上有供電基(CH。、

18、一oH、-OR、一NR2、一NHCoR)時反應(yīng)容易進行。由于酰基的立體位阻比較大，所以酰基主要進入芳環(huán)上已有取代基的對位，當對位被占據(jù)時，才進入鄰位。氨基雖然也是活化基，但是它容易同時發(fā)生N_酰化，因此在C-酰化以前應(yīng)先對氨基進行保護。2催化劑 催化劑的作用是增強酰基上碳原子的正電荷，從而增強進攻質(zhì)點的親核能力。路易斯酸的催化活性大小次序為質(zhì)子酸的催化活性順序為3溶劑 在C-酰化反應(yīng)中生成的芳酮一舢Cl。絡(luò)合物大都是固體或黏稠的液體，因此為了使酰化產(chǎn)物具有良好的流動性，常常需要使用過量的某一種液態(tài)組分作溶劑。例如在由鄰苯二甲酸酐與苯制鄰苯甲酰基苯甲酸時，可用過量67倍的苯作溶劑，因為苯易于回收

19、套用。 如果反應(yīng)組分都不是液態(tài)的，則要選用溶劑，常用的有硝基苯、二硫化碳、二氯乙烷、四氯乙烷、四氯化碳、石油醚及氯代烴等。其中硝基苯的極性較大，不僅能溶解三氯化鋁和酰氯或芳酮形成的絡(luò)合物，此種酰化反應(yīng)基本上屬于均相反應(yīng)。而二硫化碳、氯代烷、石油醚等溶劑對于三氯化鋁或其絡(luò)合物的溶解度較小，此種酰化反應(yīng)基本上屬于非均相反應(yīng)。 選擇酰化反應(yīng)溶劑時，應(yīng)注意溶劑對催化劑活性的影響，如硝基苯可與三氯化鋁形成的絡(luò)合物，使催化劑活性有所下降，所以只適用于較易酰化的反應(yīng)。二氯乙烷等某些氯代烴，在三氯化鋁作用下，溫度較高時，有可能參與芳環(huán)上的取代反應(yīng)。 應(yīng)該指出，溶劑還會影響酰基進入芳環(huán)的位置。例如，從萘和乙酐制

20、口一萘乙酮要用非極性溶劑二氯乙烷，而由萘和乙酰氯制p萘乙酮則需要用強極性溶劑硝基苯。上述反應(yīng)如果用二硫化碳或石油醚作溶劑，則得到口一萘乙酮和口一萘乙酮的混合933 C-酰化制芳酮 用酸酐或酰氯作酰化劑使酰基取代芳環(huán)上的氫，可制得芳酮。 1)鄰苯甲酰基苯甲酸及其衍生物是合成蒽醌衍生物的中間體，它們是由鄰苯二甲酸酐與苯或甲苯或氯苯反應(yīng)得到的。 將苯酐和三氯化鋁逐步加到過量的芳烴中，苯酐、三氯化鋁、苯的物質(zhì)的量之比是1：22：(67)，6070反應(yīng)，直至不再放出氯化氫為止。然后將反應(yīng)物慢慢加到稀酸溶液中進行水解。再用水蒸氣蒸出過量的苯。冷卻后過濾、干燥，然后在硫酸中130140。C脫水閉環(huán)即得到蒽醌。2)2，6一二甲基一4一叔丁基苯乙酮是香料酮麝香的中間體，將乙酐在3040。C滴加到1，3-甲基一5一叔丁基苯及三氯化鋁的混合物中，60。C反應(yīng)4h，再在7080。C反應(yīng)至不再放出氯化氫為止。934 C-酰化制芳醛 可以設(shè)想，如果用甲酰氯HCOCl或4t酉1：(HCO)。O作C_酰化劑，將會在芳環(huán)上直接引入醛基。但是甲酰氯很不穩(wěn)定，即使在室溫也要分解為CO和HCl。而一氧化碳很不活潑，用CO的羥基合成反應(yīng)一般要用均相配位催化劑并在高壓下操作，而且反應(yīng)產(chǎn)物很復(fù)雜。在工業(yè)上有實際意義的G甲酰化法主要是Vi