第三章_酰化反应(1-2节)

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R`X - LiX
S R CH S
n-C4H9Li
S R C Li S
S R C R S
H2O/HgCl2
O R C R`
11
二、自由基反应机理(了解)
12
第二节 氧原子上的酰化反应
• 醇的O-酰化反应 • 酚的O-酰化反应
• 醇、酚羟基的保护
13
一、醇的O-酰化反应
1. 羧酸为酰化剂
(1)反应通式
D 反应温度的影响
通常在低温下将酰化剂滴加入反应体系中,然 后缓慢升温至室温,或加热回流
48
(4)应用特点 A 单一酸酐为酰化剂的酰化反应 ■酸酐多用于反应困难或位阻较大的醇羟基的酰化 ■单一酸酐种类较少,限制了该方法的应用
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BF3 Et 2O
HO
CH2OH
Ac2O Py
HO
CH2OAc
(68%)
34
(i) 羧酸硫醇酯(气味难闻,有毒性)
35
36
N S N (V) OH CH3 O O CH3
N SH
CH3 N S 2 N (VI) OH O O O O (75%) CH3 CH3
(CH3)3COH/CH3CN/CuCl 2
2
COOH HO
CH3 O O
(IV) 或(V )Ph3P/HOAc/THF
53
(iv)羧酸-多取代苯甲酸混合酸酐
54
(iv)其他混合酸酐
羧酸与氯代甲酸酯(ClCOOR)、光气(ClCOCl)、草酰氯 (COCl)2、氧氯化磷(POCl3)等可形成混合酐,从而提高酰 化能力,用于结构复杂的酯化反应。
55
4. 酰氯为酰化剂
(1)反应通式
酰化剂:各种脂肪和芳香族羧酸的酰氯
O
O
H3C COCl
CH3
H3C
C S O CH3
N
r.t., 12 min (96%)
H3C
CH3 COOC(CH3)3
金属离子Hg2+、Ag+、Cu+、Cu2+等对反应有催化作用
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(ii) 羧酸吡啶酯
38
(iii) 羧酸三硝基苯酯( 一锅煮合成法 )
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(iv) 其他活性酯
羧酸异丙烯酯
羧酸二甲硫基烯醇酯
21
DCC类似物:
CH3-N=C=N-C(CH3)3 R-N=C=N-R CH3CH2-N=C=N-(CH2)3-NEt2 (CH3)2CH-N=C=N-CH(CH3)2 N C N (CH2)2 N
O
22
(v)偶氮二羧酸二乙酯法(DEAD)
23
(4)应用特点
A 伯醇酯的制备:伯醇羟基活性最大,对伯醇 进行选择性酰化或保护 伯、仲醇
酚羟基所在苯环上取代基的类型及取代基的位置对其参 与酰化反应均有影响。
类型:给电子基有利于反应;吸电子基不利于反应
位置:处于邻、对位的取代基对酚的影响最大。
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(4)应用特点 A 酰氯为酰化剂
B 酸酐为酰化剂
68
C 其他酰化剂
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三、醇、酚羟基的保护
• • • • • • • 甲酰化 乙酰化 -卤代乙酰化 -烷氧基乙酰化 取代苯甲酰化 烷氧羰基化 其他酰化保护法
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3. 酸酐为酰化剂
酸酐是强酰化剂,可对各种类型的羟基进行酰化, 反应不可逆,无水生成,一般不加脱水剂。 (1)反应通式
酰化剂:各种脂肪和芳香族羧酸的酸酐 被酰化物:各种伯、仲、叔醇
催化剂:质子酸、Lewis酸、有机碱
溶剂:醇类、醚类、卤代烃类
44
(2)反应机理
45
(3)影响因素 A 酸酐结构的影响
(iii)三氟甲磺酸盐:Sc(CF3SO3)3 、 Cu(CF3SO3)2 、 Bi(CF3SO3)3
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C 反应溶剂的影响
■ 采用乙酸酐、丙酸酐等简单酸酐为酰化剂时,通 常以酸酐本身作为溶剂 ■ 作为催化剂的吡啶、三乙胺也可作为溶剂 ■ 其他溶剂:水、二氯甲烷、氯仿、石油醚、乙 腈、乙酸乙酯、苯、甲苯等
■ R1基团的影响:R1OH的酸性越强,酯的酰化能力越强 RCOOAr > RCOOCH3 > RCOOC2H5
31
B 醇结构的影响
醇羟基的亲核能力越强,其反应活性越强
甲醇 > 伯醇 > 仲醇 > 叔醇、烯丙醇、苄醇
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C 催化剂的影响
含有碱性基团的醇或叔醇进行酯交换反应,一般适宜采用醇 钠等碱性催化剂。
酰化剂:各种脂肪和芳香族羧酸 被酰化物:各种伯、仲、叔醇 催化剂:质子酸、Lewis酸 溶剂:醇类、醚类、卤代烃类
14
(2)反应机理
R' C O OH H HOR R' C OH OH OH R' HOR C OH
OR -H 2O R' C OH 2 OH R' C OR OH
-H
R'COOR
提高收率: ■ 增加反应物浓度 ■ 除去反应中生成的水
羰基的α位连有吸电子基团时,活性增强
B 催化剂的影响
(i)酸催化:硫酸、对甲苯磺酸(质子酸);BF3、ZnCl2、 AlCl3(Lewis 酸) 一般用于立体位阻较大的醇的酰化
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(ii)碱催化:常用吡啶(Py)、对二甲氨基吡啶(DMAP)、4吡咯烷基吡啶(PPY)、三乙胺(TEA)及醋酸钠(CH3COONa) 等。 4-吡咯烷基吡啶对酸酐催化能力强,在有位阻的醇的 酰化中均取得较好效果。
C
CH3
C7H15-n
适用于立体阻碍大的羧酸!
41
羧酸二甲硫基烯醇酯:
O Ph O
R' SMe SMe + HO CH2OH
BuLi/ THF r.t. , 1h
HO
O CH2OCPh (87%)
酚、醇选择性酯化 1-羟基苯并三唑(HOBt)的羧酸酯:
42
例:局麻药丁卡因的合成
例:抗胆碱药溴美喷酯(宁胃适)的合成
采用羧酸、羧酸酯和酰胺等为酰化剂的酰化反应趋向于双分子 9 历程进行。
(3)酰化剂的反应活性
(活性酯和活性酰胺除外)
(4)被酰化物的活性
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2、亲核反应机理(极性反转,了解)
O s-BuLi CO -110 C
0
O Li -110 0C
s-BuC
NH4Cl
OH C Bu-s O
HS R CHO + HS
二、酚的氧酰化
p-π共 轭 , 羟 基 氧 的 亲 核 性 降 低 , OH 使酚羟基不易被酰化
-用强酰化剂:酰氯、酸酐、羧酸
(1)反应通式
(2)反应机理: 酰化剂对酚O原子的亲电反应机理
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(3)影响因素 A 酰化剂的影响
酰化剂结构对酚羟基酰化能力的影响同前面“醇的酰化”一 样。
B 酚结构的影响
酰化剂:各种脂肪和芳香族羧酸
被酰化物:各种伯、仲、叔醇
催化剂:质子酸或醇钠
溶剂:醇类、醚类、卤代烃类
29
(2)反应机理
酸、碱催化,酯交换过程均可逆,一般通过不断蒸出生成 的醇R1OH来打破平衡。 30
(3)影响因素
A 羧酸酯结构的影响 ■ R基团的影响:考虑电效应及共轭效应对羰基碳的影响 α位连有吸电子基团或不饱和烃基或芳基时,活性较强
■ 减少生成物的浓度 ■ 添加催化剂,增加反应物的活性
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(3)影响因素
A 羧酸结构的影响
羧酸的酸性越强,其酰化能力越强
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B 醇结构的影响
醇羟基的亲核能力越强,其反应活性越强
甲醇 > 伯醇 > 仲醇 > 叔醇、烯丙醇、苄醇
C 催化剂的影响 a 用来提高羧酸反应活性的催化剂
质子酸 Lewis酸 Vesley法 DCC
被酰化物:各种伯、仲、叔醇
催化剂:Lewis酸、有机碱
溶剂:醚类、卤代烃类
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(2)反应机理
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(3)影响因素 A 酰氯结构的影响 ■ 脂肪族酰氯 > 芳酰氯 ■ 羰基的α位连有吸电子基团时,活性增强
■ 芳酰氯邻位有取代基时,有位阻,活性降低
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B 催化剂的影响
■ 有机碱:吡啶、三乙胺、N,N-二甲基苯胺、N, N-二甲基吡啶 ■ 无机碱:NaOH、KOH、Na2CO3、K2CO3
70
的选择性
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例:镇痛药盐酸哌替啶的合成
例:降血脂药氯贝丁酯的合成
25
B 仲醇酯的制备:仲醇羟基活性中等,一般 需加催化剂
构型翻转的应用
26Biblioteka Baidu
C 叔醇酯的制备:叔醇羟基活性较差,反应中一 般需加入DCC类催化剂
27
D 内酯的制备:一般分子内酰化优于分子间酰化
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2. 羧酸酯为酰化剂
(1)反应通式
AcO
CH2OAc (62%)
BF3.Et2O催化选择性酰化醇羟基!
大位阻醇的酰化!
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B 混合酸酐为酰化剂的酰化反应
(i)羧酸-三氟乙酸混合酸酐
51 适用于位阻较大的羧酸的酯化,对某些酸敏物质不宜采用此法
(ii)羧酸-磺酸混合酸酐
适用于对酸敏感的醇,多用于大位阻的酯及酰胺的制备!
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(iii)羧酸-磷酸混合酸酐(一锅煮合成法,条件温和)
b 用来提高醇反应活性的催化剂 (偶氮二羧酸二乙酯法)
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(i) 质子酸催化法 ■ 无机酸:浓硫酸、磷酸、氯化氢气体、高氯酸、 四氟硼酸等
■有机酸:苯磺酸,萘磺酸、对甲苯磺酸等
■简单,但对于位阻大的酸及叔醇容易脱水。
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(ii) Lewis酸催化法
(BF3、AlCl3、FeCl3、CoCl2、SnCl4 等)
ii. 非1,2-二醇的酰化反应 :
collidine:2,3,5-三甲基吡啶
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B 仲醇的酰化
C 叔醇的酰化
当位阻大的叔醇与酰氯反应时,加入Ag+或Li+,可提高产率
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5. 酰胺为酰化剂
(1)反应通式
63
(2)反应机理
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(3)应用特点
A 酰基咪唑为酰化剂的反应
B PTT为酰化剂的反应
65 条件温和,适合于对酸、碱均不稳定的醇的酰化。
多羟基化合物 ,一般采用以硅藻土为载体的Lewis酸或强
酸型离子交换树脂。
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(4)应用特点
反应条件温和,可利用减压蒸馏迅速将生成的醇蒸出, 反应温度较低,反应时间较短
A 羧酸甲酯或羧酸乙酯的应用
B 活性酯的应用
一些取代的酚酯、芳杂环酯和硫醇酯的活性较强, 可用于活性较差的醇和结构复杂的化合物的酯化
■ 采用吡啶类碱不仅可以中和反应生成的HCl,还 有催化作用,增强活性
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C 溶剂的影响 ■ 氯仿、乙醚、THF、DMF、DMSO等作为溶剂 ■ 过量的酰氯或醇作为溶剂
D 温度的影响
通常在低温下将酰氯滴加入反应体系中,室温反应, 较难酰化醇可升温回流反应
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(4)应用特点
A 选择性酰化
i. 1,2-二醇的酰化反应 :
AlCl3 O R C OH AlCl3 O
配位键(增加C的正电性)
R C OH
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(iii) Vesley法
采用强酸型离子交换树脂加硫酸钙 催化能力强、收率高、条件温和
Vesley法 10min
CH3COOH + CH3OH
CH3COOCH3 (94%)
20
(iv) DCC法( 二环己基碳二亚胺)
5
教学内容
1.酰化反应机理
2.氧原子上的酰化反应 3.氮原子上的酰化反应 4.碳原子上的酰化反应
6
第一节 酰化反应的机理
7
一、电子反应机理
1.亲电反应机理: (1) 单分子历程
限速步骤:动力学一级反应
采用酰卤、酸酐等强酰化剂的酰化反应趋向于单分子 历程进行。
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(2) 双分子历程
限速步骤:动力学二级反应
第三章 酰化反应
Acylation Reaction
1
概述
1、定义:在有机分子中的碳,氧,氮,硫等原子 上引入酰基的反应
2
• 酰基:从含氧的有机酸或无机酸分子中去掉一个或几个 羟基后所剩余的基团
3
4
• 2、 应用:
• • • • 药物本身有酰基 活性化合物的必要官能团 结构修饰和前体药物 羟基、胺基等基团的保护
1-羟基苯并三唑(HOBt)的羧酸酯
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羧酸异丙烯酯:
C4H9-n n-C18H37 C COOH + H3C C CH
Zn
2+
C4H9-n n-C18H37 C COO C C7H15-n O
CH2 CH3
175℃
C7H15-n
A
n-C18H37 OH/H+ △ ,6min
C4H9-n n-C18H37 C COO C18H37-n 92% + H3C
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