脱水剂在缩合反应中的应用

脱水剂在缩合反应中的应用

缩合反应是，两个分子结合在一起，成为一个分子，同时失去一个小分子，如水、醇、盐等：A-a + B-b→A-B + ab。在一个分子内部有两个基团处于适当的位置，可以反应，失去一个

小分子，也称为缩合反应：a-A-B-b→-A-B-+ab。缩合反应包括酯化反应、酰胺化反应、羰-羰缩合、羰-酸缩合、羰-酯缩合、羰-腈缩合、酯-酯缩合等。

脱水剂有酸碱之分。碱性脱水剂的脱水效果最好,其次是酸性的脱水剂,再次是中性的脱水剂,最差的是依靠物理吸附的分子筛。由上文所述的理由,碱性脱水剂与水化合成新的稳定的化合物,从根本上除去了反应生成的水;酸性脱水剂由于其呈酸性,促使了整个反应体系向生成酯的方向进行,中性脱水剂与水结合成晶体,而晶体易失水;分子筛则是由于其本身的结构可以很快的吸水,同时也可很快的脱水。

1酯化反应

酯化反应的形式：

R-COOH + R’-OH OR’←→R-COOR’+ H2O

|

R’-C-OH

|

OH

平衡常数K=[C(RCOOR’)*C(H2O)]/[C(RCOOH)*C(R’OH)],由该式知，如果把水的浓度降低，则酯的浓度将升高，醇和酸的浓度降相应地降低来维系K为常数，因此酯化时要把缩合产生的水不断地除去，就能提高酯的产率。

除去水的方法有物理方法和化学方法两类，物理方法可用恒沸蒸馏法：即在反应系统（醇、酸、催化剂）中加入和水不相溶的溶剂，如苯、甲苯、二甲苯、氯仿、四氯化碳等，进行蒸馏。苯、乙醇和水可形成三组分最低共沸液，沸点为64.8℃。馏液分为两层，上层为苯-乙醇层，可使其回到反应瓶中，下层为水-乙醇层，可不断除去。蒸馏到不再有水分出，酯化即告完全。在操作中，分水器装在反应瓶上，分水器上再装上回流冷凝管，有机层可自动回到反应器中。还可直接加热、导入热的惰性气体、减压蒸馏等。

化学除水方法，可以用浓硫酸、无水氯化钙、无水硫酸酮、无水硫酸铝。如硫酸铜，它能同水化合成水合晶体。有效的去水剂还有乙酰氯、亚硫酰氯、氯磺酸。另外碳二酰亚胺是极好的脱水剂，可在室温进行酯化脱水。还有的脱水剂又同时是催化剂。

2酰胺化反应

羧酸和胺失水形成酰胺，酰胺化反应在多肽乃至蛋白质合成中占主要地位。

酰胺化反应的脱水与酯化反应类似，但胺是比较强的亲核试剂，酰胺化较酯化容易进行，只需提高反应温度，无需加催化剂，但应加入些脱水剂，如碳二酰亚胺。以碳二酰亚胺作脱水剂用羧酸直接酰化，条件温和，收率高，在复杂结构的酰胺、半合成抗生素及多肽的合成中有较多的应用。

另外，高温熔融脱水酰化适用于稳定铵盐的脱水，例如苯甲酸和苯胺加热到225℃进行脱水，可制得N-苯甲酰苯胺。反应精馏脱水法主要用于乙酸与芳胺的N-酰化，例如，将乙酸和苯胺加热至沸腾，用蒸馏法先蒸出含水乙酸，然后减压蒸出多余的乙酸，即可得N-乙酰苯胺。溶剂共沸脱水法主要用于甲酸（沸点100.8℃）与芳胺的N-酰化反应。

3

一制取腈类化合物常用的方法之一是对酰胺经分子内脱水反应，常用的脱水方法有：高温脱水法(气相或液相)和脱水剂法两种。对于脱水剂法，常用的脱水剂有P2O5，POCl3，SOCl2和(CH3CO)2O等。

不同溶剂对脱水反应有影响，如

在DMF中的脱水反应

以DMF为溶剂，用SOCl2作为脱水剂对酰胺脱水，是一种经典的制取腈类化合物的方法。根据文献[10]，脱水机理为，氯化亚砜与DMF生成一个活泼的碳正离子中间体，接着它与4-联苯甲酰胺生成一个六元环的过渡态，最后脱去一分子DMF和HCl得产物4-联苯腈。这种酰胺-脱水的方法优点是收率高，后处理方便，缺点是，反应结束后腈类化合物会溶解DMF 中，为了得到产物常采用加水稀释使产物从溶剂中析出。DMF与水互溶，这样就不容易从母液中回收DMF，因此既增加了生产成本又对环境不友好。

在二氯乙烷中的脱水反应

二氯乙烷是一种与水不互溶的有机溶剂，由于没有DMF作为催化剂，低温下无法反应，只能在较高的温度下发生反应。4-联苯甲酰胺与氯化亚砜直接生成一个较高活化能的六元环中间体，脱去一分子SOCl2和两分子HCl得产物4-联苯腈。虽然产物也溶解在二氯乙烷中，但是因二氯乙烷与水不互溶，较易与水分离，随后在回收溶剂的同时得到产物，回收的溶剂可重复利用，因而减少了对环境的污染。

在二氯乙烷中添加DMF进行此脱水反应，可以加快反应速度并提高收率。最优条件为：当DMF与4-联苯甲酰胺的摩尔数之比等于0.5，氯化亚砜的摩尔数为4-联苯甲酰胺摩尔数的4倍，反应温度80℃，可以在5 h达到平衡，收率75.8%。反应结束后，由于二氯乙烷与水不互溶，所以二氯乙烷可以较为方便地回收，以此可减少对环境的污染。这种脱水方法具有工业化应用前景。

二

文献[3]报道此类醚化反应的影响很大,当体系中水接近为0时,反应具有最高的收率。其数据显示水分最高不能超过0.2%,超过这个限度,水分每升高一定的幅度,反应收率下降2%-3%。使用甲醇或其他醇类作为脱水剂时,不能完全脱尽体系中的水分。如用氯苯

作为反应脱水剂,氯苯的沸点为131.7℃,和水的共沸温度为90℃,共沸物中含水28%,在苯类溶剂中共沸脱水的能力较强。而且氯苯的毒性较小,挥发性不强,溶剂消耗较低。通过脱水剂类型的改进,可以将反应体系中的水分控制到了0.1%以下,反应几乎是定量进行的,产率达到了98%以上。

三原甲酸三乙酯合成

在一步法合成反应中,反应合成液中水的质量分数通常在0.8%~1.1%,即使经适当干燥后水分可降低至0.4%左右,也足以使10%左右的产品被水解破坏,因此能否彻底脱除合成液中的微量水分,成为证明一步法合成工艺优劣的关键。

卡费休试剂进行脱水前后滴定，确定脱水剂乙二醇、丙三醇、4A分子筛和5A分子筛[m(合成液)/m(脱水剂)=15∶1] 四者相比,丙三醇脱水后合成液中水分明显降低,表明丙三醇具有较好的脱水性能。

脱水剂用量、脱水温度和脱水时间是影响合成液脱水效果的3种主要因素。用正交实验确定出较合适的脱水剂用量、脱水温度和脱水时间。

优化的脱水条件可靠性高、重复性好,且原甲酸三乙酯损失率低,产品收率达98%。

四反应过程中及时除去水使反应平衡向生成目标产物方向移动,对提高反应转化率、增加反应速度有着重要的影响。在酯化反应中使用脱水剂的方法较传统的分水器带水方法具有更多的优势。

如

氧化钙体系转化率低,4A分子筛对产物有部分吸附,而原甲酸三乙酯不仅在酸的作用下能与水反应,去除反应体系中形成的水,促进酯化反应,并且同时能直接与对羟基苯甲酸反应形成酯，是较好的脱水选择。