酰化反应

• 碱催化： 碱催化：
O R O R' + R''OR OOR' OR''
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O R O R'' + R'O-
催化剂
• 催化剂选择 催化剂选择：取决于醇的性质，如用的 是含碱性基团的醇或是叔醇，则宜选用 醇钠为催化剂。 醇钠 • 催化剂量 催化剂量：微量即可。
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应用举例
聚乙烯醇虽可相应的酯进行皂化制备，但不如用甲 醇解方法简便。此反应仅需微量的碱，这样生成的 聚乙烯醇中无机盐类 无机盐类杂质就可以降低到最低程度。 无机盐类
Z：X、OCOR、OH、OR’、NHR’等 GH：被酰化物 G：ArNH、R’NH、R’O、Ar等。
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酰化反应分类
亲电酰化 直接酰化 分类 间接酰化
（引入酰基等价体）
亲核酰化 自由基酰化 亲电酰化
O-酰化
N-酰化 C-酰化
亲核酰化
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7.1 O-酰化反应 O• O-酰化反应就是常说的酯化反应，是指醇或酚和含 含 氧的酸类作用生成酯和水的过程。 氧的酸 • 广义的酯化反应还包括醇交换等其它O-酰化反应。
• 酸酐比羧酸的酰化活性大. • 适用于较难反应的酚类化合物及空间位阻较大的叔 羟基衍生物的直接酯化，也可与多元醇、糖类、纤 维素及长碳链不饱和醇等进行酯化。
R'OH + (RCO)2O
RCOOR' + RCOOH
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催化剂
• 酸：质子酸 质子酸：如硫酸、高氯酸等 Lewis酸 Lewis酸：氯化锌、三氯化铁等 有机酸：PTS、MS等。 有机酸 • 碱：有机碱 有机碱：吡啶、三乙胺、哌嗪等 无机碱：无水乙酸钠等。 无机碱 酸催化剂活性通常比碱强。 酸催化剂活性通常比碱强。
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酯化方法
• 通常存在少量酸性催化剂加热回流反应，共沸除 共沸除 水或加脱水剂。 水或加脱水剂 • 共沸溶剂如苯、甲苯、二甲苯、氯仿或四氯化碳 共沸溶剂 或一些混合溶剂（如乙醇和苯）。 • 如酯沸点低，则可直接蒸出酯 如酯沸点低，则可直接蒸出酯，如制备甲酸甲酯、 甲酸乙酯、乙酸甲酯、乙酸乙酯等。
RCOOR' + H2O
RCOOR' + RCOOH
R'OH + RCOCl
RCOOR' + HCl
RCOOR' + R''OH
RCOOR'' + R'OH R''COOR' + RCOOH RCOOR''' + R''COOR'
酯交换
RCOOR' + R''COOH RCOOR' + R''COOR'''
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醇活性
• 对较易反应的醇 较易反应的醇，在酸性或碱性和温和 较易反应的醇 的反应温度下都可以进行； • 对难于酯化的醇类 难于酯化的醇类，如三氯乙醇，还需 难于酯化的醇类 要加强的Lewis酸如三氯化铝或三溴化铝 进行催化。
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溶剂
• 活泼脂肪族酰氯在水中易水解 活泼脂肪族酰氯在水中易水解，因此如果水解 反应速率较大，则反应不能在水相中进行，此 时要用到非水溶剂，如苯和二氯甲烷等； • 芳香族酰氯活性较弱 ， 通常水解反应并不明显 芳香族酰氯活性较弱， 通常水解反应并不明显， 因此可以在碱性水溶液中进行，称为肖藤-鲍曼 肖藤肖藤 反应，现已不常用，而改用艾因霍恩（Einhorn） 艾因霍恩（ 反应 艾因霍恩 Einhorn） 反应，即以吡啶代替碱的水溶液。 反应
R CH=CH COOR'
RCOCCl3 + R'OH
RCOOR' + CHCl3
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7.1.1 羧酸为酰化剂
• 用羧酸和醇合成酯是典型的酯化反应，这种酯化也 叫直接酯化法 直接酯化法： 直接酯化法 •活性 活性：伯醇的酯化产率较高，仲醇较低，叔醇和酚 活性 直接酯化产率很低。
H+ R'OH + RCOOH RCOOR' + H2O
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催化剂
• 常用酸性催化剂 常用酸性催化剂：硫酸、盐酸、磺酸；氯化锡、 有机钛酸酯、硅胶、阳离子交换树酯等。 • 质子酸 质子酸缺点是可能存在形成氯代烃、脱水、异构 化或聚合等副反应； • Lewis酸催化剂可以减少副反应，但往往需要更高 Lewis酸 的反应温度。
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有机质子酸
H OH H O OH TsOH/PhH ∆ , 10min, 97% H O O H
Bu-t O O Bu-t O
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7.1.4 酯交换法
• 酯可与其它的醇、羧酸或酯分子进行交换，这是 一种温和的酯合成方法，利用反应的可逆性 可逆性。 可逆性
RCOOR' + R''OH RCOOR' + R''COOH RCOOR' + R''COOR'''
RCOOR'' + R'OH R''COOR' + RCOOH RCOOR''' + R''COOR'
要使平衡反应向酯化方向进行，主要采用两种办法： （A）对便宜的原料采用过量，以提高平衡转化率。 对便宜的原料采用过量，以提高平衡转化率。 平衡常数：
[RCOOR' ] ⋅ [H 2 O] K= [RCOOH] ⋅ [R' OH]
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• K 值在确定条件下 不变，因此提高酸 或醇的量，则平衡 转化率提高。 • 从图中看出：K值 对平衡转化率的影 响很大，当 K 值很 当 小时， 小时，原料配比对 平衡转化率影响有 值较大时， 限 ， 但 K 值较大时 ， 影响明显。 影响明显。
O RCOOR' + N H N H
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R'OH
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Me MeO OH COOH + HO
OH COOMe Me DCC,Et2O rt, 2 h 97.5% MeO
Me COO OH
OH COOMe Me
MeO DCC,Py MeO OMe OH COOH COOH rt, 20 h
MeO MeO OMe O O COOH
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（B）蒸出生成的酯或水，破坏平衡，使反 蒸出生成的酯或水，破坏平衡， 应趋向完全，实际使用时，视酯的挥发 应趋向完全 性分为三种： –①容易挥发的酯 容易挥发的酯，如甲酸甲酯、乙酸 容易挥发的酯 甲酯、甲酸乙酯等可以从反应混合物 中蒸出，剩余醇和水；
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②中等挥发的酯 中等挥发的酯，可随水一起蒸出，如甲酸丙酯、 中等挥发的酯 甲酸丁酯和甲酸戊酯、乙酸乙酸、乙酸丙酯、丁 酯、戊酯，丙酸、丁酸和戊酸的甲酯及乙酯等。 这类酯化往往可以形成醇、酯、水形成三元共沸 醇 物，又可分两种情况： –乙酸乙酯全部酯与醇及部分水蒸出，反应系统 剩余水； –乙酸丁酯可以部分与醇及全部水蒸出，剩余的 是酯；
7 酰化反应（1） 酰化反应（ O-酰化反应 acylation,acidylation
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本章内容
酰化反应（酯化反应） 7.1 O-酰化反应（酯化反应） 酰化方法及在羟基保护中的应用 酰化方法及在羟基保护中的应用 7.2 N-酰化反应 N-酰化方法及在氨基保护中的应用 酰化方法及在氨基保护中的应用 7.3 C-酰化反应 碳链延长、 碳链延长、醛基的引入
Lewis酸
BF3 OEt2 CH CH COOH + CH3OH ∆, 21 h, 94% CH CH COOCH3
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DCC脱水酯化 DCC脱水酯化
二环己基碳二亚胺（DCC）及其类似物是强脱水剂， 常用于不易发生的直接酯化及对强酸和热敏感的酯化 反应，也非常适用于大环内酯的分子内酯化反应。
O + R OH N C N N C N H RCOO N C N H O O R RCOOH H N C N H O O R
CH2
CH OAc n
+ MeOH
MeOAc +
–（A）空间位阻大 （ –（B）产生脱水生成烯烃 （ –（C ） 叔碳正离子与水反应能力强于羧酸 ， （ 叔碳正离子与水反应能力强于羧酸， 所以回复为醇的倾向大于形成酯
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叔醇酸催化下反应历程：
R R' CH2
+ C OH + H
R R' CH2 C OH2+ R R' CH2
R C R + H2O
R
R + R''COOH R' CH2 C O COR'' R H H+ R R' CH2 C R + R''COOR' CH2 R C O COR'' R R' H R R
+ H+
C-O单键中氧原子来自于酸
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（2） 羧酸的结构 电子效应 空间效应 空间效应影响大于电子效应
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（3）平衡转化率
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（1）醇解
• 应用范围 应用范围：酯交换反应中最常用的方法就是醇解， 一般来说是把酚分子中的酚羟基基由另一高沸点 的伯醇基替代，甚至还可以由仲醇基替代。 • 醇解方法 醇解方法：醇解是可逆反应，因此为了使反应进 行，常用过量的醇，或将生成的醇不断蒸出。
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反应历程
• 酸催化： 酸催化：
O R R' + H+ O R O O H R' R''OH R O O R'' + R'OH + H+
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7.1.1.1 影响因素
(1)醇的结构 (1)醇的结构
• 反应物性质： 伯醇 > 仲醇 > 叔醇 • • 伯醇中随碳链增长，反应活性降低 碳链增长， 碳链增长 烯丙醇与相同碳链的饱和醇相比活性低，因为氧 原子与烯键共轭，使其亲核性降低。
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• 叔醇在酸催化下与羧酸直接酯化产率低， 原因有三：
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腈 酰胺 烯酮 炔 醚 醛 酮
R'OH + RCN + H2O
RCOOR' + NH3
R'OH + RCONH2
RCOOR' + NH3
R'OH + CH2=C=O
RCOOH + HC CH
CH3OCH3 + CO
RCHO + HOOCCH2COOR'
RCOOR'
RCOO CH=CH2
CH3COOCH3
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二元酸酐酯化
二元酸酐的酯化反应可以控制一酯化和二酯化程度：
O H2SO4 O-n-Bu OH O
O O + n-BuOH O 正丁醇 butanol
O O-n-Bu OH O + n-BuOH H2SO4
O O-n-Bu O-n-Bu O
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7.1.3 酰氯为酰化剂
• 酰氯反应活性比相应的酸酐强，适用于较难制 备的酯类，如叔醇酯。 • 反应中有HCl气体生成，因此对酸敏感的醇易发 生氯代和消除，因此需要加碱进行中和 需要加碱进行中和。 需要加碱进行中和
R'OH + RCOZ
RCOOR' + HZ
Z = OH, X, OR'', OCR'', NHR'', Im
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酯化反应类型
• 羧酸、酸酐、酰氯等作为酰化剂 • 酯交换法 • 腈或酰胺和醇的酯化法 • 烯、炔类的加成酯化反应 • ……
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酸 酐 酰氯
R'OH + RCOOH
R'OH + (RCO)2O
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酰化反应及酰化剂
• 定义 定义：在有机化合物分子中的C、N、O、S等原子 上引入脂肪族或芳香族酰基的反应。 • 酰基 酰基：是指从含氧的无机酸、有机羧酸或磺酸等 分子中除去羟基后所剩余的基团。 • 酰化剂 酰化剂：羧酸、酰氯、酯、酸酐、酰胺、烯酮等。
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酰化反应通式
O R C Z + G H O R C G + HZ
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因为吡啶不仅能中和氯化氢 中和氯化氢，还兼有催化剂作用 催化剂作用， 中和氯化氢 催化剂作用 与酰氯生成活性中间体：
O + N R Cl R N O + Cl-
R'OH RCOOR' + N H
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Cl-
举例
Bu-t OH + Cl Bu-t O Cl O (1) DMAP, AlCl3 (2) AlCl3, 90%
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酸催化历程： 酸催化历程：
O R O
O R O R + R'OH + H+ R
O + RCOOH
RCOOR' + H+
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碱催化历程： 碱催化历程：
O + N R O R R O O N + RCOO-
N R O
+ R'OH
RCOOR' + N H
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影响因素
• 醇和酸酐反应难易程度与醇的结构关系 较大，一般来说： 伯醇 > 仲醇 > 叔醇 • 也就是说空间效应占主要影响因素 空间效应占主要影响因素。 空间效应占主要影响因素
R'OH + RCOCl
RCOOR' + HCl
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酰氯活性比较
• 脂肪族酰氯活性通常大于芳香族酰氯 脂肪族酰氯活性通常大于芳香族酰氯。 • 脂肪族酰氯α-碳上的有吸电子基团时活性增强。 • 芳香族酰氯：间位或对位存在吸电子基团活性增强 芳香族酰氯： 邻位主要受位阻影响， 邻位主要受位阻影响，活性变化不大 大位阻基团活性减小
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③不易挥发的酯 –对可与水形成二元共沸物的醇 可与水形成二元共沸物的醇如丁醇或戊醇 可与水形成二元共沸物的醇 可蒸出分水，醇回流； –对低级醇 低级醇如甲醇、乙醇或丙醇则加入苯或甲 低级醇 苯带水； 高沸点醇如苄醇、糠醇或苯乙醇也必须加 –对高沸点醇 高沸点醇 带水剂蒸出水。
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7.1.2 酸酐为酰化剂