第9章?；夹g(shù)

1、第9章 ?；夹g(shù) 在有機(jī)化合物分子中的碳、氮、氧、硫等原子上引入脂肪族或芳香族?；姆磻?yīng)稱為酰化反應(yīng)。?；侵笍暮醯臒o(wú)機(jī)酸、有機(jī)羧酸或磺酸等分子中除去羥基后所剩的基團(tuán)。本章介紹將?；氲由虾铣甚０奉惢衔锏腘-酰化反應(yīng)，將酰基引入碳原子上合成芳酮或芳醛的C-?；磻?yīng)。 ?；磻?yīng)可用下列通式表示9.1 概述 式中為 ?；瘎?，Z可以是X，OCOR，OH，OR 7，NHR7等；G-H為被?；铮珿代表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(shí)可用羧酸和三氯化磷或亞硫酰氯在無(wú)水介質(zhì)中作?；瘎?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?；怯H電取代反應(yīng)，所以在引入碳?；鶗r(shí)，?；荚由系牟糠终姾稍酱?，?；芰υ綇?qiáng)。酰氯、酸酐和羧酸的活潑件次序?yàn)?因?yàn)樵邗Ｂ确肿又絮；荚优c電負(fù)性相當(dāng)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(gè)吸電的碳?；?。 在脂肪族?；瘎┲?，其反應(yīng)活性隨烷基碳鏈的增長(zhǎng)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(shí)才能用羧酸作?；瘎?，例如，甲酸、乙酸、草酸(乙二酸)等。在引入長(zhǎng)碳鏈的酰基時(shí)，需要使用活潑的羧酰氯作?；瘎?當(dāng)R為芳環(huán)時(shí)，由于芳環(huán)的共軛效應(yīng)，使?；荚由系牟糠终姾山档?，從而使酰化劑的活性降低。因此，在引入芳羧酰時(shí)也要用活潑的芳羧酰氯作?；瘎?當(dāng)脂肪鏈或芳環(huán)上有吸電基時(shí)?；瘎┑幕钚栽鰪?qiáng)，而有供電基時(shí)則活性減弱。 由弱酸構(gòu)成的酯也可以作為?；瘎撬麄兊幕钚员若人徇€弱。羧酰胺(例如尿素)則是更弱的?；瘎?，一般很少使用。 胺類化合物與?；瘎┓磻?yīng)，在氨基的氮原

4、子上引入?；姆磻?yīng)為N-?；磻?yīng)。忖?；侵苽漉０返闹匾椒?。被?；目梢允侵景?，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?；瘎r(shí)，?；〈被由系臍?，生成羧酰胺的反應(yīng)歷程可簡(jiǎn)單表示為9.2 N-?；?首先是?；瘎┑奶减；袔Р糠终姾傻奶荚酉虿钒被由系奈垂灿秒娮訉?duì)做親電進(jìn)攻，形成過(guò)渡配合物，然后脫去HZ而形成羧酰胺。 ?；俏娀?，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?；瘎┵|(zhì)點(diǎn)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-?；校及返由系碾娮釉?/p>

5、密度愈高愈易被酰化；而對(duì)?；瘎﹣?lái)說(shuō)，?；荚由纤鶐д姾捎嘤灼瘐；磻?yīng)。對(duì)于活潑的胺，可以采用弱?；瘎?，對(duì)于不活潑的胺，必須使用強(qiáng)的酰化劑。 胺類被酰化的相對(duì)反應(yīng)活性為 伯胺仲胺，無(wú)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(jià)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?；鶗r(shí)才使用甲酸、乙酸和草酸作?；瘎?，在個(gè)別情況下也可用苯甲酸作?；瘎?。另外，羧酸?；瘎┮话阒挥糜趬A性較強(qiáng)的胺或氨的N一酰化。 用羧酸的N一?；且粋€(gè)可逆過(guò)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(jìn)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(diǎn)羧酸和胺類的N一?；?。例如苯甲酸和苯胺逐漸加熱到220進(jìn)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?；?。由于反應(yīng)可逆，一般要加入過(guò)量的乙酸，當(dāng)反應(yīng)達(dá)到平衡后，逐漸蒸出過(guò)量的乙酸，并將水分帶出。如合成乙酰苯胺時(shí)是將苯胺與過(guò)量1050的乙酸混合，在120以下回流一段時(shí)間，使反應(yīng)達(dá)到平衡，然后蒸出過(guò)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(duì)甲基乙酰苯胺、對(duì)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(diǎn)1008。C)與芳胺的N一?；磻?yīng)。因?yàn)榧姿岷退姆悬c(diǎn)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_?；磻?yīng)，有時(shí)需加入少量強(qiáng)酸作催化劑。923用羧酐的N_?；?用酸酐對(duì)胺類進(jìn)行酰化反應(yīng)的通式為 (RCO)2 O+R7NH2，R 7NHCOR+RCooH 反應(yīng)時(shí)沒有水生成，因此是不可逆的。酸酐的?；钚暂^羧酸為強(qiáng)，除了能用于?；咀寤蚍枷阕宀吠?，還能用于較難?；陌奉?，如仲胺以及芳環(huán)上含有吸電子基團(tuán)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(shí)反應(yīng)即能順利完成。酸酐的用量一般過(guò)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(shí)氨基又能與羧基形成內(nèi)鹽，更增加了?；睦щy，但是用乙酐作?；瘎?，仍可得到收率較好的?；a(chǎn)品。 胺類用酸酐酰化時(shí)，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(shí)需加人少量酸作催化劑以加速反應(yīng)。924用酰氯的N-?；?用酰氯對(duì)胺類進(jìn)行忖?；磻?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?；瘎?，容易與脂肪胺或芳香胺發(fā)生N一?；磻?yīng)，這類反應(yīng)是不可逆的。常用的酰氯有長(zhǎng)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(dāng)活潑的酰化劑，其用量一般只需要稍稍超過(guò)理論量即可，反應(yīng)過(guò)程中常伴有熱量產(chǎn)生，有時(shí)甚為劇烈。因此，?；臏囟纫膊恍枰?，有時(shí)甚至要在O。C或更低的溫度下反應(yīng)。 由于?；a(chǎn)物常常是固態(tài)的，用酰氯的N一?；仨氃谶m當(dāng)?shù)慕橘|(zhì)中進(jìn)行。如果酰氯的N?；俾时弱Ｂ鹊乃馑俣瓤斓枚?，反應(yīng)可在水介質(zhì)中進(jìn)行。如果酰氯較易水解，就需要使用惰性有機(jī)溶劑，例如苯、甲苯、氯苯、乙酸、氯仿、二氯乙烷等。 ?；瘯r(shí)生成的氯化氫能與游離胺結(jié)合成鹽，從而降低N-

10、?；磻?yīng)速率，因此在反應(yīng)過(guò)程中一般要加入縛酸劑來(lái)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?；a(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(jī)叔胺。1羧酰氯N一?；?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?；磻?yīng)要在無(wú)水有機(jī)溶劑中和較高溫度F進(jìn)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?；a(chǎn)品。2芳羧酰氯及芳磺酰氯的N一?；?常用的這類酰氯有 與低級(jí)脂肪羧酰氯相比，

11、這類?；瘎┑幕钚砸托话悴灰姿?，所以能在強(qiáng)堿性介質(zhì)中直接滴加酰氯進(jìn)行反應(yīng)，如2，5一二乙氧基苯胺用苯甲酰氯?；?用光氣的N一?；?光氣是碳酸的二酰氯，是非常活潑的?；瘎Ｓ霉鈿釴一?；频玫漠a(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(jī)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(duì)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(gè)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(guò)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(jìn)一步反應(yīng)制備氨基甲酸酯衍生物。 如果目的在于進(jìn)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?xì)怏w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?；瘎┑腘-?；?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(diǎn)是成本低、反應(yīng)活性高、可在低溫水介質(zhì)中使用、?；瘯r(shí)間短、后處理簡(jiǎn)單、?；章矢摺a(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?；瘎?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?；a(chǎn)

14、物可有 它們都是重要的染料中問(wèn)體。 應(yīng)該指出，雙乙烯酮必須在05。C的低溫貯運(yùn)。如果溫度升高，會(huì)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(qiáng)的刺激性、催淚性和毒性，使用時(shí)必須注意安全。2用三聚氰酰氯的N一?；?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(dāng)活潑，分子中有三個(gè)可取代的活潑氯原子，在三聚氰酰氯分子上三個(gè)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(jìn)行，在第一個(gè)氯原子被親核試劑取代后，其余兩個(gè)氯原子的反應(yīng)活性將明顯下降。926 N?；磻?yīng)的終點(diǎn)控制 由于芳胺可重氮化而?；?/p>

15、物則不能，重氮鹽能與R鹽或問(wèn)苯二酚偶合生成染料，利用這一特點(diǎn)在濾紙上做滲圈試驗(yàn)，可定性檢查酰化終點(diǎn)。利用重氮化分析法也可進(jìn)行定量測(cè)定。以標(biāo)準(zhǔn)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(lái)的胺。因此，將氨基化物酰化成為酰胺是保護(hù)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(hù)性?；且阴；?，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(shí)為了定位需要，也引入其他?；??；锛瓤稍谙∷嶂兴猓部稍谙A中水解，它們各有優(yōu)缺點(diǎn)。堿性水解對(duì)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(duì)設(shè)備腐蝕較嚴(yán)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(diǎn)進(jìn)行選擇性水解。 C-?；侵冈诜辑h(huán)上引入酰基，制備芳酮或芳醛的反應(yīng)過(guò)程。它是以酰鹵或酸酐為?；瘎瑢?duì)芳環(huán)進(jìn)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(shí)必須加入路易斯酸或質(zhì)子酸等催化劑以增強(qiáng)?；瘎┑挠H電能力，使反應(yīng)得以順利進(jìn)行。9.3 C-酰化931 C-?；磻?yīng)歷程 這類反應(yīng)屬于FriedelCrafts反應(yīng)，它是一個(gè)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?；俏娀?，芳環(huán)上引入?；?，使電子云密

17、度降低，因此不易發(fā)生多?；?、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?；?，因?yàn)榧柞Ｂ然蚣佐谑覝叵率遣环€(wěn)定的。 C-?；磻?yīng)的歷程通常被認(rèn)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?；瘎詿o(wú)水三氯化鋁為催化劑時(shí)，反應(yīng)歷程大致如下。 首先酰氯與無(wú)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(jìn)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?；锝Y(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(shí)反應(yīng)容易進(jìn)行。由于?；牧Ⅲw位阻比較大，所以?；饕M(jìn)入芳環(huán)上已有取代基的對(duì)位，當(dāng)對(duì)位被占據(jù)時(shí)，才進(jìn)入鄰位。氨基雖然也是活化基，但是它容易同時(shí)發(fā)生N_?；?，因此在C-?；郧皯?yīng)先對(duì)氨基進(jìn)行保護(hù)。2催化劑 催化劑的作用是增強(qiáng)酰基上碳原子的正電荷，從而增強(qiáng)進(jìn)攻質(zhì)點(diǎn)的親核能力。路易斯酸的催化活性大小次序?yàn)橘|(zhì)子酸的催化活性順序?yàn)?溶劑 在C-?；磻?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?；a(chǎn)物具有良好的流動(dòng)性，常常需要使用過(guò)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?；郊姿釙r(shí)，可用過(guò)量67倍的苯作溶劑，因?yàn)楸揭子诨厥?/p>

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?；磻?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(duì)于三氯化鋁或其絡(luò)合物的溶解度較小，此種?；磻?yīng)基本上屬于非均相反應(yīng)。 選擇酰化反應(yīng)溶劑時(shí)，應(yīng)注意溶劑對(duì)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(shí)，有可能參與芳環(huán)上的取代反應(yīng)。 應(yīng)該指出，溶劑還會(huì)影響?；M(jìn)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?jiǎng)t需要用強(qiáng)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-?；品纪?用酸酐或酰氯作?；瘎┦辊；〈辑h(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(guò)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(jìn)行水解。再用水蒸氣蒸出過(guò)量的苯。冷卻后過(guò)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-?；品既?可以設(shè)想，如果用甲酰氯HCOCl或4t酉1：(HCO)。O作C_?；瘎?，將會(huì)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(shí)際意義的G甲?；ㄖ饕荲i