酯化反应
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
强酸的催化作用可能是氢质子首先与酸酐生成酰化能力较强的酰基正离子：
吡啶的催化作用一般认为是吡啶与酸酐形成活性络合物：
醇和酸酐酯化反应的难易程度和醇的结构有关，由表7-5-03可以看出，伯醇>仲 醇>叔醇
(1).酸酐与醇或酚的反应
酸酐为较强的酰化剂，适用于直接酯化法难以反应的酚羟基或空Leabharlann Baidu位阻较大的羟基化合物，反应生成的羧酸不会使酯发生水解，所以这种酯化反应可以进行完 全。常用的酸酐是乙酸酐，反应常加入少量酸性或碱性催化剂来加速反应。如硫酸、高氯酸、氯化锌、三氯化铁、吡啶、无水乙醇钠、对甲苯磺酸或叔胺等。
化学除水方法，可以用无水盐类，如硫酸铜，它能同水化合成水合晶体：
但效果不太好。硫酸和盐酸（实际上使用无水氯化氢）是催化剂，同时也是去水剂。有效的去水剂如乙酰氯、亚硫酰氯、氯磺酸等，这些去水剂的效果较好。另 外碳二酰亚胺（R-N=C=N-R）是极好的去水剂，可在室温下进行酯化的脱水。三氟化硼和它的乙醚络合物则既是催化剂也是去水剂。
一．酯化反应概述
酯化反应通常指醇或酚与含氧的酸类（包括有机酸和无机酸）作用生成酯和水的过程，也就是在醇或酚羟基的氧原子上引入酰基的过程，也称为O-酰化反应。 其通式如下：
Rˊ可以是脂肪族或芳香族，即醇或酚，R″COZ是酰化剂，其中的Z可以代表-OH，-X，-OR，-OCOR，-NHR等。生成羧酸酯分子中的R′和R″可以是相同或不同，酯化的方法很多，主要可以分为以下四类：
1.酸和醇或酚直接酯化法
酸和醇的直接酯化法是最常用的方法，具有原料易得的优点，这是一个可逆反应。
2.酸的衍生物与醇的酯化
酸的衍生物与醇的酯化主要包括醇与酰氯，醇与酸酐，醇与羧酸盐等的反应，方程式如下：
3.酯交换反应
酯交换反应主要包括酯与醇，酯与酸，酯与酯之间的交换反应，化学方程式如下：
4.其它
酯化方法还包括烯酮与醇的酯化，腈的醇解，酰胺的醇解，醚与一氧化碳合成酯的反应。如：
浓硫酸具有酸性强，吸水性好，性质稳定，催化效果好等优点，缺点是具有氧化性，且会导致磺化、碳化或聚合等副反应，一般温度低于100℃，用量约为羧 酸量的1/3~1/5。碳链较长，分子量较大的羧酸和醇的酯化反应，因其反应温度较高通常不宜使用硫酸作催化剂。
干燥氯化氢具有酸性强，无氧化性和挥发易于除去的优点，缺点主要是腐蚀性强，操作复杂。本法适用于某些以浓硫酸催化时易发生脱水等副反应的含羟基化合 物的酯化，亦常用于氨基酸的酯化。例如
而对于易挥发的酯，如甲酸甲酯、乙酸甲酯，甲酸乙酯等酯的沸点比反应所用的醇的沸点更低，因此可以全部从反应混合物中蒸出，而剩余的是醇和水。
2.酸的衍生物与醇的酯化
除了酸和醇直接酯化以外，可以将酸转变为它们的衍生物再与醇缩合，这时除了酯外，放出的小分子不是水而是其它化合物。这里的酸的衍生物主要是指酸酐、 酰氯、羧酸的盐。
对甲苯磺酸具有浓硫酸的一切优点，且无氧化性，碳化作用亦较浓硫酸弱，工艺较简单，惟独价格较高。可用于温度较高和浓硫酸不能使用的场合。强酸性阳离 子交换树脂具有酸性强，易分离，副反应少的优点，同时也可再生套用，是新型的高效催化剂。 除此之外，四氯铝醚络合物、三氟乙酸酐也是较常用的催化剂。三氟乙酸酐适于空间位阻较大的羧酸和醇的酯化。二环己基碳二亚胺（简称DCC）具有分离简单， 可以回收利用，以及反应常在室温下进行的优点，是较新型的催化剂。
二．几种主要的酯化反应
1．酸和醇或酚直接酯化法
上述反应的平衡点和酸、醇的性质有关。
(1).直接酯化法的影响因素：
①.酸的结构
脂肪族羧酸中烃基对酯基的影响，除了电子效应会影响羰基碳的亲电能力，空间位阻对反应速度也有很大的影响。从表7-5-01可以看出，甲酸及其它直链羧酸与 醇的酯化反应速度均较大，而具有侧链的羧酸酯化就很困难。当羧酸的脂肪链的取代基中有苯基时，酯化反应并未受到明显影响；但苯基如与烯键共轭时，则酯化反 应受到抑制。至于芳香族羧酸，一般比脂肪族羧酸酯化要困难得多，空间位阻的影响同样比电子效应大得多，而且更加明显，以苯甲酸为例，当邻位有取代基时，酯 化反应速度减慢；如两个邻位都有取代基时；则更难酯化，但形成的酯特别不易皂化。
③催化剂
催化剂对酯化反应是很重要的，强酸催化剂可以降低反应的活化能从而加速反应的进行。强酸催化剂存在下的酯化反应依醇的结构可有酰氧键断裂（伯、仲醇） 和烷氧断裂（叔醇）两种机理。
酰氧键断裂机理
烷氧键断裂机理
强酸性催化剂的应用以浓硫酸、干燥氯化氢、对甲苯磺酸为最多。除此之外，还有磺酸型阳离子交换树脂，二环己基碳二亚胺，四氯铝醚络合物等。
④平衡转化率
酸和醇的直接酯化法是可逆反应，其平衡常数K为：
从K式可知，如果把水的浓度降低，则酯的浓度就会增高，酸和醇的浓度就会相应地降低来维持K为常数。因此酯化反应要把缩合所形成的水不断除去，以提高 酯的产率。
除去水的方法，有物理方法和化学方法。物理方法可用恒沸蒸馏法，即在反应系统（酸、醇、催化剂）中加入和水不相混溶的溶剂，如苯、甲苯、二甲苯、氯 仿、四氯化碳等，进行蒸馏。例如，有乙醇参与的酯化反应，苯、乙醇和水可形成三组分最低共沸液，沸点为64.8℃,苯：乙醇：水的成分比为 74.1%：18.5%：7.4%。馏液分为两层，上层为苯-乙醇层，可使其回到反应器中，下层为水-乙醇层，可不断除去。蒸馏到不再有水生成，酯化即告 结束。又如用四氯化碳，它与乙醇和水形成三组分最低共沸液，沸点为61℃，成分比为四氯化碳：乙醇：水为10%：65%：25%。馏液上层为水层，要不断 分去，下层回到反应液中。
②醇或酚结构
醇对酯化反应的影响也主要受空间位阻的影响，这在表7-5-02可以看到。伯醇的酯化反应速度最 快，仲醇较慢，叔醇最慢。伯醇中又以甲醇最快。丙烯醇虽也是伯醇，但因氧原子上的未共享电子与分子中的不饱和双键间存在着共轭效应，因而氧原子的亲核性有 所减弱，所以其酯化速度就较碳原子数相同的饱和丙醇为慢。苯甲醇由于存在苯基，酯化速度受到影响。叔醇的酯化，由于空间位阻的缘故就更困难。另一方面，叔 醇在反应中极易与质子作用发生消除反应脱水生成烯烃，而得不到酯。叔醇的酯化一般采用酸酐和酰氯。
吡啶的催化作用一般认为是吡啶与酸酐形成活性络合物：
醇和酸酐酯化反应的难易程度和醇的结构有关，由表7-5-03可以看出，伯醇>仲 醇>叔醇
(1).酸酐与醇或酚的反应
酸酐为较强的酰化剂，适用于直接酯化法难以反应的酚羟基或空Leabharlann Baidu位阻较大的羟基化合物，反应生成的羧酸不会使酯发生水解，所以这种酯化反应可以进行完 全。常用的酸酐是乙酸酐，反应常加入少量酸性或碱性催化剂来加速反应。如硫酸、高氯酸、氯化锌、三氯化铁、吡啶、无水乙醇钠、对甲苯磺酸或叔胺等。
化学除水方法，可以用无水盐类，如硫酸铜，它能同水化合成水合晶体：
但效果不太好。硫酸和盐酸（实际上使用无水氯化氢）是催化剂，同时也是去水剂。有效的去水剂如乙酰氯、亚硫酰氯、氯磺酸等，这些去水剂的效果较好。另 外碳二酰亚胺（R-N=C=N-R）是极好的去水剂，可在室温下进行酯化的脱水。三氟化硼和它的乙醚络合物则既是催化剂也是去水剂。
一．酯化反应概述
酯化反应通常指醇或酚与含氧的酸类（包括有机酸和无机酸）作用生成酯和水的过程，也就是在醇或酚羟基的氧原子上引入酰基的过程，也称为O-酰化反应。 其通式如下：
Rˊ可以是脂肪族或芳香族，即醇或酚，R″COZ是酰化剂，其中的Z可以代表-OH，-X，-OR，-OCOR，-NHR等。生成羧酸酯分子中的R′和R″可以是相同或不同，酯化的方法很多，主要可以分为以下四类：
1.酸和醇或酚直接酯化法
酸和醇的直接酯化法是最常用的方法，具有原料易得的优点，这是一个可逆反应。
2.酸的衍生物与醇的酯化
酸的衍生物与醇的酯化主要包括醇与酰氯，醇与酸酐，醇与羧酸盐等的反应，方程式如下：
3.酯交换反应
酯交换反应主要包括酯与醇，酯与酸，酯与酯之间的交换反应，化学方程式如下：
4.其它
酯化方法还包括烯酮与醇的酯化，腈的醇解，酰胺的醇解，醚与一氧化碳合成酯的反应。如：
浓硫酸具有酸性强，吸水性好，性质稳定，催化效果好等优点，缺点是具有氧化性，且会导致磺化、碳化或聚合等副反应，一般温度低于100℃，用量约为羧 酸量的1/3~1/5。碳链较长，分子量较大的羧酸和醇的酯化反应，因其反应温度较高通常不宜使用硫酸作催化剂。
干燥氯化氢具有酸性强，无氧化性和挥发易于除去的优点，缺点主要是腐蚀性强，操作复杂。本法适用于某些以浓硫酸催化时易发生脱水等副反应的含羟基化合 物的酯化，亦常用于氨基酸的酯化。例如
而对于易挥发的酯，如甲酸甲酯、乙酸甲酯，甲酸乙酯等酯的沸点比反应所用的醇的沸点更低，因此可以全部从反应混合物中蒸出，而剩余的是醇和水。
2.酸的衍生物与醇的酯化
除了酸和醇直接酯化以外，可以将酸转变为它们的衍生物再与醇缩合，这时除了酯外，放出的小分子不是水而是其它化合物。这里的酸的衍生物主要是指酸酐、 酰氯、羧酸的盐。
对甲苯磺酸具有浓硫酸的一切优点，且无氧化性，碳化作用亦较浓硫酸弱，工艺较简单，惟独价格较高。可用于温度较高和浓硫酸不能使用的场合。强酸性阳离 子交换树脂具有酸性强，易分离，副反应少的优点，同时也可再生套用，是新型的高效催化剂。 除此之外，四氯铝醚络合物、三氟乙酸酐也是较常用的催化剂。三氟乙酸酐适于空间位阻较大的羧酸和醇的酯化。二环己基碳二亚胺（简称DCC）具有分离简单， 可以回收利用，以及反应常在室温下进行的优点，是较新型的催化剂。
二．几种主要的酯化反应
1．酸和醇或酚直接酯化法
上述反应的平衡点和酸、醇的性质有关。
(1).直接酯化法的影响因素：
①.酸的结构
脂肪族羧酸中烃基对酯基的影响，除了电子效应会影响羰基碳的亲电能力，空间位阻对反应速度也有很大的影响。从表7-5-01可以看出，甲酸及其它直链羧酸与 醇的酯化反应速度均较大，而具有侧链的羧酸酯化就很困难。当羧酸的脂肪链的取代基中有苯基时，酯化反应并未受到明显影响；但苯基如与烯键共轭时，则酯化反 应受到抑制。至于芳香族羧酸，一般比脂肪族羧酸酯化要困难得多，空间位阻的影响同样比电子效应大得多，而且更加明显，以苯甲酸为例，当邻位有取代基时，酯 化反应速度减慢；如两个邻位都有取代基时；则更难酯化，但形成的酯特别不易皂化。
③催化剂
催化剂对酯化反应是很重要的，强酸催化剂可以降低反应的活化能从而加速反应的进行。强酸催化剂存在下的酯化反应依醇的结构可有酰氧键断裂（伯、仲醇） 和烷氧断裂（叔醇）两种机理。
酰氧键断裂机理
烷氧键断裂机理
强酸性催化剂的应用以浓硫酸、干燥氯化氢、对甲苯磺酸为最多。除此之外，还有磺酸型阳离子交换树脂，二环己基碳二亚胺，四氯铝醚络合物等。
④平衡转化率
酸和醇的直接酯化法是可逆反应，其平衡常数K为：
从K式可知，如果把水的浓度降低，则酯的浓度就会增高，酸和醇的浓度就会相应地降低来维持K为常数。因此酯化反应要把缩合所形成的水不断除去，以提高 酯的产率。
除去水的方法，有物理方法和化学方法。物理方法可用恒沸蒸馏法，即在反应系统（酸、醇、催化剂）中加入和水不相混溶的溶剂，如苯、甲苯、二甲苯、氯 仿、四氯化碳等，进行蒸馏。例如，有乙醇参与的酯化反应，苯、乙醇和水可形成三组分最低共沸液，沸点为64.8℃,苯：乙醇：水的成分比为 74.1%：18.5%：7.4%。馏液分为两层，上层为苯-乙醇层，可使其回到反应器中，下层为水-乙醇层，可不断除去。蒸馏到不再有水生成，酯化即告 结束。又如用四氯化碳，它与乙醇和水形成三组分最低共沸液，沸点为61℃，成分比为四氯化碳：乙醇：水为10%：65%：25%。馏液上层为水层，要不断 分去，下层回到反应液中。
②醇或酚结构
醇对酯化反应的影响也主要受空间位阻的影响，这在表7-5-02可以看到。伯醇的酯化反应速度最 快，仲醇较慢，叔醇最慢。伯醇中又以甲醇最快。丙烯醇虽也是伯醇，但因氧原子上的未共享电子与分子中的不饱和双键间存在着共轭效应，因而氧原子的亲核性有 所减弱，所以其酯化速度就较碳原子数相同的饱和丙醇为慢。苯甲醇由于存在苯基，酯化速度受到影响。叔醇的酯化，由于空间位阻的缘故就更困难。另一方面，叔 醇在反应中极易与质子作用发生消除反应脱水生成烯烃，而得不到酯。叔醇的酯化一般采用酸酐和酰氯。