酰基化反应

作业
无 12月1日（45－46）到此止
2010-9-20 20
NH2
NH2HCl
N=C=O
RNH2
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3
——应用 异氰酸酯是合成树脂的重要原料。例：甲苯二异氰酸酯 （TDI）与二元醇作用，可得聚氨基甲酸酯（聚氨酯树脂）
CH 3 N CO
2
CH 3 O CN HO(CH )nOH 2
CH 3 N CO
+
N CO
NH COO(CH )nOO CNH 2 CH 3 CH 3 NH CO--
呋喃
吡咯
吡啶
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5.10.3 杂环化合物的性质 物理性质
多数杂环化合物不溶于水，易溶于有机溶剂；都有特殊气味
化学性质
——关于芳香性 是否具有芳香性的化合物一定要含有苯环？为解决此问题，休克尔 （E.Huckel）发现：对一个单环状化合物，只要它具有平面的离域 体系，其π电子数为4n+2（n=0,1,2…整数），就具有芳香性。这称 为休克尔规则
，其制备经过乙酰基化反应
1NaOH,H O 2
H2,Ni HO NO2
Cl
NO2
2 2
H O,H+
(CH3CO)2O
HO
NH2
HO
NHCCH3 O
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2
例2
异氰酸酯的合成及应用（请记下）
——合成 芳香族伯胺与碳酰氯（俗称光气）依次进行酰化、脱氯 化氢生成异氰酸酯
COCl2
NH2
NHCOCl
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——亲电取代反应
五元杂环化合物的共轭体系由五个原子六个电子构成，
环内电子云平均密度比苯环大，亲电取代反应比苯容易，其活性 同苯酚、苯胺相近
吡啶的共轭体系是由六个原子六个电子构成，且氮原子
的电子密度较碳原子大得多，亲电取代反应比苯困难，其活性与 硝基苯接近
五元杂环化合物的亲电取代反应发生在α位，吡啶环发
NH2
浓 2S 4 H O
- HNO 3 NH3HSO4
＋
△
NH3HSO4 OH
＋
NH2 O2N
O2N
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（3）磺化 ）
——苯胺与浓硫酸反应首先生成苯胺硫酸盐，后者受热（烘焙法） 生成对氨基苯磺酸。这是工业上生产对氨基苯磺酸的方法
N 2 + H2SO4 H N 3H 4 H SO
＋
RNH2 R2NH R3N + CH3 SO2Cl CH3 CH3 SO2NHRNaOH [CH3 SO2NR] Na
＋
（ 碱 碱 加 又 可 既 可 ， 吡 不 ）
SO2NR2 既 可 既 又 可 吡 （ 不 可 ， 不 可 ） 不 不 可 可 ） 不 （ 可 吡
5
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4. 芳胺环上的亲电取代反应 概况
3. 酰基化反应 概况
——伯、仲胺与酰氯、酸酐或羧酸等酰基化试剂反应，氨基的氢原 子可被酰基取代，生成N―取代酰胺或N，N－二取代酰胺。叔胺不 能进行酰基化反应
CH3CH2CH2NH2 + CH 3COCl NH2 + (CH 3CO) 2O CH3CONHCH 2CH2CH3 + HCl O NHCCH 3
O 二二
N H 吡吡
S 噻噻
N 吡吡
N 羟羟
furan
pyrrole thiophe百度文库e pyridine
quinoline
说明
环氧乙烷、四氢呋喃、顺丁烯二酸酐等，通常不归属于杂环化合物 2010-9-20 10 。本节讨论的是具有不同程度的芳香性的化合物
意义
杂环化合物在人们的现实生活中有着极其重要的地位。许多杂环化 合物有重要的生理功能 ——植物中的叶绿素，动物血液中的血红素，核酸中的杂环(嘧啶和 嘌呤)部分对DNA的复制起着至关重要的作用，使生命得以延续（ 遗传可归因于嘧啶碱和嘌呤碱在核酸长链上的排列方式），杂环化 合物通常是酶和辅酶中催生化反应的活性部位，某些维生素等 ——绝大多数药物、香料、染料都是杂环化合物。在所有有机化合 物中，杂环化合物约占1/3 故杂环化合物在人们的现实生活中有着极其重要的地位
易进行 氨基是邻对位定位基，活化苯环，使苯环亲电取代反应
（1）卤化 ）
——苯胺与氯和溴的卤化反应，不要催化剂可直接生成三卤苯胺 其中，2,4,6－三溴苯胺的碱性很弱，在水中不能与氢溴酸成盐。反 应定量，可用于苯胺的定性和定量分析（与苯酚的反应比较）
NH2 + B 2 r
H2O
B r
B r + HB r NH2 B r （白白）
生在β位
由于五元杂环化合物亲电取代反应活性大，所以硝化和
磺化时需要比较温和的条件，如低温、无催化剂或使用弱亲电试 剂等。而吡啶环亲电取代反应活性小，硝化和磺化必须在高温下 才能进行。例如下页第2式为硝基而非氯:
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O O O
+ C2 l
- 40℃ O C l
+ HC l + CH 3COOH
180℃~190℃ H N
2
SO3H
——在对氨基苯磺酸分子中，同时含有酸性的磺酸基和碱性的氨 基，因此分子内能形成盐，称为内盐
SO3H SO3-
NH2
NH3+
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5. 胺的氧化
胺易被氧化，芳香伯胺更容易被氧化。例，苯胺在放置时就会被空 气氧化而颜色变深。在酸性条件下，用二氧化锰或重铬酸钾氧化苯 胺，生成对苯醌
——欲制备一溴化物，可先将氨基酰化，降低反应活性后，再卤 化、水解
NH2
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(CH CO) O 3 2
O Br2 NHCCH 3 CH COOH Br
3
O H3O+ Br NHCCH 3
△
NH2
6
（2）硝化 ）
特点 苯胺硝化时，易被氧化。需要保护
——将氨基酰化保护后硝化，硝化后水解，得到硝基苯胺
应用 有重要意义
——N―取代酰胺是晶体，有确定的熔点，故酰基化反应可鉴定胺 ——酰胺基不易被氧化，芳胺酰化反应在有机合成中用于氨基的保 护或降低氨基对芳环的致活能力，反应结束后再使酰胺水解恢复为 原来的胺
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——引入永久性酰基。是合成许多药物时常用的反应（请记下）
例1
扑热息痛（对羟基乙酰苯胺）的合成（一种解热镇痛药）
——按所含杂原子的种类及数目
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类别
五 元 单 环 结 构 和 名 称 结 构 和 名 称 结 构 和 名 称
含一个杂原子
含两个杂原子
4 5
3 2
4
3 1N
4 5
O
1
二二
N H 吡吡
S 噻噻
5
N2
N3
2
4 5
N3 S
1 2
N O 噁 吡
H 吡 吡
N 1 H 咪 吡
噻 吡
五 元 双 环 六 元 单 环 六 元 双 环
4 5 6 7 3
5 6
4
3
N
2
N O 苯苯 噁吡 S
N 苯苯噻吡
O1
2
苯苯二二
N H 吲吲
S 苯苯噻噻
7
N1
苯苯咪吡
4 5 6
3
4 5 6 1N
N 吡吡
5 6 7 5 3 6 7 8 1 4 3
N 1
N2
N3
2
N N 吡 哒
哒 哒
嘧 吡
6
结 构 和 名 2010-9-20 称
4
1N 2
5
N
7
N1 8 羟羟
4
磺酰化——兴斯堡反应(Hinsberg reaction)。
——伯、仲胺与芳磺酰化试剂（可引入芳磺酰基ArSO2－的试剂）作 用生成磺酰胺，叔胺无此反应。伯胺磺酰化产物可溶于碱，仲胺磺 酰化的产物不溶于碱、酸 ——应用 常用于鉴别或分离伯、仲、叔胺：使伯、仲、叔胺的混 合物与磺酰化试剂在碱溶液中作用，析出的固体为仲胺的磺酰胺， 叔胺可蒸馏分离，余液酸化后，可得伯胺的磺酰胺。伯、仲胺的磺 酰胺在酸中水解可分别得到原来的胺。此法称兴斯堡试验法
＋
+ C 3C H OONO 2 + N SO3
＋
- 5℃~ - 30℃ O O S C l
ClCHCH Cl 2 2
SO3 N
HCl
O
SO3H
S
+ H2SO4(浓)
20℃
SO3H + H2O
N H
+ ?(CH 3CO) 2O
H2SO4 , KNO 3
150℃~200℃
N H NO2 (22%)
HgS 4 O 200℃~300℃
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——杂环化合物成环原子数及所含杂原子不同，其芳香性相差较 大。与苯环相比较，芳香性大小次序为：
>
N
>
S
>
N H
>
O
注意 这里的芳香性是指杂环的稳定性和难以加成而言，并非以 亲电取代反应的难易程度来衡量 ——呋喃、吡咯和噻吩的离域能分别为67kJmol-1 、88kJmol-1 、 117kJmol-1，比苯的离域能（ 150kJmol-1 ）低，但比大多数共轭二 烯烃的离域能(约12kJmol-1~ 28kJmol-1)大得多。此外，还容易发生 亲电取代反应。它们各自的键长都有一定的平均化。这证明它们有 芳香性。实验证明，芳香性按苯、噻吩、吡咯、呋喃的次序递减
NH2
(CH CO) O 3 2
NHCOCH 3
HNO 3 CH COOH 3 HNO 3 (CH CO) O 3 2
O2N
NHCOCH 3 △ O2N NHCOCH 3 △ NO2
H3O+
H3O+
NH2
NH2 NO2
——将苯胺溶于浓硫酸中，成为铵盐后再硝化。因―N+H3是强吸 电子基团，可使苯环钝化防止氧化，但硝化产物主要是间位异构体
n HO(CH )nOH 2
O(CH )nOO CNH 2
NH COO(CH )nOO CNH 2
n
聚合时，添加少量水，某些二异氰酸酯与水生成二胺和二氧化碳。 CO2气泡保留在聚合体中，产品呈海绵状。此即聚氨酯泡沫塑料
CH3 NCO CH3 NH2
2 2
+
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NCO
HO NH2
+
2
CO2
H COCH3 (60%) + CH3COO
N
300℃
N
N
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+ H2SO4(浓)
SO3H N
+ H2O
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呋喃环的反应活性最大，可以表现出共轭二烯的性质而发生
狄尔斯—阿尔德反应
C O + O O CO C O O
C O (90%)
呋喃最重要的衍生物是呋喃甲醛，俗称糠醛。它可由农副产品如 米糠、玉米芯、棉子壳等原料来制取。吡咯的衍生物在自然界分 布很广，例如叶绿素、血红素、胆红素、维生素B12等天然有机化 合物都含有吡咯或四氢吡咯环，它们在动、植物的生理上起着最 重要的作用
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15.10.1 杂环化合物的分类和命名 分类
——按芳香性 分为非芳香性杂环和芳香性杂环两大类。前者如 四氢呋喃和1,4－二氧六环，是较稳定的醚，性质似同类的脂肪族化 合物，不在讨论之列。本节讨论的主要是环为平面型，π电子数符 合4n+2规则，有一定程度芳香性的较稳定的杂环化合物，即芳杂化 合物 ——按环的大小 ——按环的数目 五元杂环和六元杂环（最常见、最稳定） 单杂环和稠杂环 分为若干类别
2 2 NH2 MnO , HSO4
O=
=O
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§15.10 杂环化合物简介 定义
构成环的原子除碳外还包括其它杂原子的化合物称为杂环化合物（ heterocyclic compound）。最常见的杂原子有O，S，N。环中可含一 个或多个相同或不同的杂原子。环可以是三元、四元、五元、六元 或更大的环
4 3 2
COOH CH3 S SO3H 2-噻 噻 噻 吡 或 噻 噻 α- 噻 吡 N 3-吡 吡 吡 吡 或 吡 吡 γ-吡 吡 OH 8-羟 羟 羟 羟
14
H3C
5
O
1
N
2,5-二 羟 二 吡 二 或 α,α ˊ 吡 二 -二 羟 二
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15.10.2 杂环化合物的结构
——在呋喃、噻吩、吡咯和吡啶中，成环的碳原子和杂原子都在 一个平面内，且每一个原子都是sp2杂化，未参与杂化的p轨道相互 平行，形成一个与苯环结构相似的六电子闭合共轭体系，具有芳香 性。具有代表性的三个杂环化合物的结构
-HCl
-HCl CH3
N=C=O
CH3 NH2 COCl2
CH3 NHCOCl COCl2
N=C=O
——性质 异氰酸酯可视为异氰酸H－N＝C＝O(氰酸H－O－CN)中 的氢被烃基取代的产物。由于分子中有累积双键，化学性质十分活 泼，易与水、醇、酚和胺等含有活泼氢的化合物反应
O NHC H20 O N=C=O ROH O NHC O NHC NHR OR OH NH2 + CO2
2
N2 异羟羟
N 4 N9 3 H 嘌嘌
8
13
命名
——较复杂 多用习惯名称。我国：译音法——英文名称的译音， 选用同音汉字，左边加上一个“口”字旁 以杂环为母体，将杂环上的原子编号：从 ——环上有取代基时 杂原子开始，其次序遵循最低系列规则。也可用希腊字母α，β， γ…编号，但要从杂原子的邻位开始。环上含有两个或两个以上相 同的杂原子时，应使杂原子所在位次的数字最小；环上有不同杂原 子时按O，S，N的次序编号下式第二个不要口字，第三个为β－吡 啶甲酸