第一節　?；磻A知識介紹

?；傅氖怯袡C化合物分子中與碳原子、氮原子、氧原子或硫原子相連的氫被?；〈姆磻ｕ；磻?span id="zalhc29" class="italic">C-?；?、N-酰基化和O-?；N類型。碳原子上的氫被酰基取代的反應叫做C-酰基化，生成的產物是醛、酮或羧酸。氨基氮原子上的氫被?；〈姆磻凶?span id="f6yvuji" class="italic">N-?；?，生成的產物是酰胺。羥基氧原子上的氫被?；〈姆磻凶?span id="n7wpnla" class="italic">O-?；?，生成的產物是酯，因此也叫酯化。

酰基化反應可用下列通式表示：

上式中的RCOZ為?；噭琙代表X、OCOR、OH、OR'、NHR'等。G—H為被?；?，G代表ArNH、R'NH、R'O、Ar等。

酰基化反應的主要目的如下。

① N-取代酰胺是晶體，有確定的熔點，故?；磻捎糜阼b定胺；

② 酰胺基一般不易被氧化，因此，芳胺?；谟袡C合成中常用于氨基的保護或降低氨基對芳環的致活能力，反應結束后再將酰胺水解恢復為原來的胺；

③ 引入永久性酰基，是合成許多藥物時常用的反應。

例如：

① 2，4-二甲基苯乙酮的合成。2，4-二甲基苯乙酮是重要的醫藥、農藥等有機合成中間體，由間二甲苯和乙酰氯在無水三氯化鋁催化下制得。反應式為：

② 對乙酰氨基苯甲醚的合成。對乙酰氨基苯甲醚可用于制造分散藏青2GL、棗紅GP等色基。也是重要的醫藥中間體，可作解熱鎮痛藥，也可作染料中間體。由對甲氧基苯胺和乙酸酐反應制得，其反應式為：

③ 2-乙酰氧基苯甲酸-4-乙酰氨基苯酯的合成。2-乙酰氧基苯甲酸-4-乙酰氨基苯酯是一種新型消炎、解熱、鎮痛藥，由乙酰水楊酰氯與對乙酰氨基酚酯化得到。其反應式為：

一、C-酰基化反應

C-酰基化是在芳環上引入?；?，制備芳酮或芳醛的反應過程。該過程主要包括傅-克?；磻?，以及通過某些具有碳正離子活性的中間體對芳烴進行親電取代反應，然后再分解轉化為?；拈g接?；磻?。

反應通式：

1.C-?；瘎┡c催化劑

常用的?；瘎┲饕幸韵聨追N。

① 羧酸類。例如甲酸、乙酸、乙二酸等。

② 酸酐類。例如乙酐、甲乙酐、順丁烯二酸酐、鄰苯二甲酸酐、1，8-萘二甲酸酐以及二氧化碳（碳酸酐）和一氧化碳（甲酸酐）等。

③ 酰鹵類。例如碳酸二酰氯（光氣）、乙酰氯、苯甲酰氯、苯磺酰氯、三聚氰酰氯、三氯化磷（亞磷酸三酰氯）和三氯氧磷（磷酸三酰氯）等。某些酰氯不易制成工業品，可用羧酸和三氯化磷、亞硫酰氯或無水三氯化鋁在無水介質中作?；噭?。

④ 羧酸酯類。例如乙酰乙酸乙酯、氯乙酸乙酯、氯甲酸三氯甲酯（雙光氣）和二（三氯甲基）碳酸酯（三光氣）等。

⑤ 酰胺類。例如尿素和N，N-二甲基甲酰胺等。

⑥ 其他。例如乙烯酮、雙乙烯酮、二硫化碳等。

常用催化劑為路易斯酸、質子酸。

2.反應機理及其影響因素

（1）反應原理

C-?；磻罹叽硇缘木褪歉?克?；磻?，我們以傅-克?；磻獮槔?，來了解C-?；姆磻獧C理。即用羧酸衍生物在路易斯酸催化下直接對芳環進行親電取代反應生成芳酮的反應。現以酰氯作酰基化試劑、無水三氯化鋁為催化劑的反應歷程為例：

首先酰氯與無水三氯化鋁生成碳正離子活性中間體A、B、C。

這些活性中間體在溶液中呈平衡狀態，進攻芳環的中間體可能是B或C。以B為例，B與芳環作用生成芳酮與三氯化鋁的配合物。

芳酮與三氯化鋁的配合物經水解可得到芳酮。

從反應歷程看，生成的芳酮總是與三氯化鋁形成1∶1的配合物，而與芳酮結合的三氯化鋁不再起催化作用，因此1mol酰氯在理論上要消耗1mol三氯化鋁，實際還要過量10%～50%。

同理，當用酸酐作?；噭┡c無水三氯化鋁作用時首先生成酰氯，然后酰氯再按上述反應歷程繼續反應。若只讓酸酐的一個?；鶇⒓吁；磻?，則1mol酸酐至少要消耗2mol三氯化鋁。其總的反應式如下：

（2）影響因素

?；磻碾y易程度與被?；锏慕Y構、?；瘎┑慕Y構、催化劑和溶劑等因素有關。

① 被?；锏慕Y構。傅-克?；磻怯H電取代反應。因此，芳環上有給電子基時反應容易進行。例如，用乙酸酐作?；瘎⑷鹱鞔呋瘎?，甲苯進行乙酰化反應所得甲基苯乙酮的收率達70%以上。而相同條件下，對苯進行乙?；磻?，僅得15%收率的苯乙酮。

反之，芳環上有吸電子基時反應較難進行。當芳環連有強吸電子基硝基時，很難再進行?；磻?。但苯環上同時有給電子基時，也可能發生酰化反應。

例如，苯甲酰氯可與4-硝基苯胺反應制得醫藥中間體2-氨基-5-硝基二苯酮。

芳環上有供電子基時，酰基主要進入芳環上已有取代基的對位。如對位被占據，則進入鄰位。

酰基是吸電子基，芳環上引入一個?；?，芳環被鈍化，不易發生多酰基化、脫?；头肿又嘏诺雀狈磻?。但是，對于1，3，5-三甲苯和稠環的芳烴（如萘）等活潑化合物，在一定條件下也可以引入兩個酰基。

② ?；噭ｕ；瘎┦怯H電試劑，離去基團的吸電子能力越強，?；荚由系牟糠终姾稍酱?，?；芰υ綇?。?；钚源涡驗椋乎｛u>酸酐>羧酸。最常用的?；噭┦撬狒王Ｂ?。

③ 催化劑。傅-克?；磻２捎玫拇呋瘎┦锹芬姿顾岷唾|子酸。催化劑的作用是增強酰基上碳原子的正電性，增強親電質點的反應能力。

催化劑的選擇常根據反應條件來確定。當?；噭轷Ｂ群退狒麜r，常以AlCl3、BF3、SnCl4、ZnCl2等路易斯酸為催化劑；若酰化劑為羧酸，則多選用H2SO4、HF、H3PO4和多聚磷酸等質子酸為催化劑。對活潑芳香族化合物和雜環化合物，C-?；瘯r為了避免副反應，不宜采用AlCl3，而選用催化活性較為溫和的路易斯酸，如ZnCl2、SnCl4，或質子酸中的多聚磷酸。

④ 溶劑。反應中生成的芳酮-AlCl3配合物經水解后得到芳酮，由于配合物大都是固體或黏稠的液體，常常使用過量的某一種液態反應組分作為溶劑，使反應物具有良好的流動性。如果不宜用過量的反應組分作溶劑，就需要另外加入溶劑。常用的有機溶劑有硝基苯、二硫化碳、二氯乙烷、四氯乙烷、二氯甲烷、四氯化碳、石油醚及氯代烴等。選擇?；磻娜軇r，應注意溶劑對催化劑活性的影響。

二、N-酰基化反應

N-酰基化是胺類化合物與?；噭┳饔茫诎被牡由弦膈；甚０费苌锏姆磻?。胺類化合物可以是脂肪胺或芳香胺。常用的酰基化試劑有羧酸、酸酐、酰氯以及羧酸酯等。

氨基等官能團與?；噭┳饔每赊D變為酰胺，引入?；罂筛淖冊衔锏男再|和功能。如染料分子中的氨基?；昂蟮纳?、染色性能和牢度指標都有所變化。這種酰化是將?；恢北Ａ粼谧罱K產物中，稱為永久性?；?/p>

?；牧硪环N作用是提高胺類化合物在化學反應中的穩定性或使芳香族親電取代反應發生在氨基的鄰、對位，以滿足合成工藝的要求。有些氨基化合物容易被氧化，?；罂稍鰪娖淇寡趸芰?。有些芳胺在進行硝化、氯磺化、氧化或部分烷化之前，常常要把氨基進行“暫時保護”性?；磻瓿珊笤賹Ⅴ；獾簟?/p>

1.反應機理及影響因素

用羧酸或其衍生物作?；噭r，?；〈钡由系臍?，生成羧酰胺的反應歷程可簡單表示如下：

首先是?；瘎┑孽；贾袔Р糠终姾傻奶荚酉虿被由系奈垂灿秒娮訉ψ饔H電進攻，形成過渡態配合物，然后脫去HZ而生成羧酰胺。

在酰化劑  分子中，—Z可以是—OH（羧酸）、（羧酸酐）、—Cl（羧酸氯）或—OR（羧酸酯）。

酰基是吸電子基，它能使酰胺分子中氨基氮原子上的電子云密度降低，不容易再與親電性的酰化劑質點相作用，即不容易生成N，N-二?；a物。所以在一般情況下容易制得比較純凈的N-酰胺。

胺類被?；南鄬Ψ磻钚允牵翰?gt;仲胺；脂胺>芳胺；無位阻胺>有位阻胺。即氨基氮原子上電子云密度越高，堿性越強，空間位阻越小，胺被酰化的反應活性越強。對于芳胺，環上有供電基時，堿性增強，芳胺的反應活性增加。反之，環上有吸電基時，堿性減弱，芳胺的反應活性降低。

對于活潑的胺，可以采用弱酰化劑。對于活性低的胺，則需要使用活潑的酰化劑。

2.N-?；磻?/span>

（1）羧酸作酰基化試劑的N-?；?/p>

羧酸價廉易得，但反應活性弱，一般只有在引入甲?；⒁阴；Ⅳ燃柞；鶗r才使用甲酸、乙酸或乙二酸作?；噭?，在個別情況下也可用苯甲酸作?；噭?。羧酸類酰基化試劑一般只用于堿性較強的胺或氨的N-?；?/p>

用羧酸的N-酰基化是可逆反應，首先是羧酸與胺或氨生成銨鹽，然后脫水生成酰胺。

上式中R和R'可以是氫、烷基或芳基。

為了使?；磻M可能完全，并且只用過量不太多的羧酸，必須除去反應生成的水。脫水的方法主要有加入甲苯或二甲苯進行共沸蒸餾，也可采用化學脫水劑如五氧化二磷、三氯化磷等脫水劑進行脫水。再加入少量強酸（例如硫酸、鹽酸、氫溴酸或氫碘酸）或三氯氧磷等作為催化劑，以加速反應的進行。

用于N-酰基化的羧酸主要是甲酸或乙酸，用乙酸作?；噭r，一般采用冰醋酸。為了防止羧酸的腐蝕，要求使用鋁制反應器或搪玻璃反應器。

例如，將摩爾比為1∶（1.3～1.5）的苯胺與冰醋酸混合物在118℃反應數小時，然后蒸出稀醋酸，余下的就是N-乙酰苯胺。它是磺胺類藥物的原料，也用作合成止痛劑、防腐劑、合成樟腦及染料的中間體。

（2）酸酐作酰基化試劑N-?；?/p>

酸酐是比羧酸活性高的酰基化試劑，但價格比酸貴，多用于較難酰基化的仲胺以及芳環上含有吸電子基團的芳胺類酰基化。用酸酐對胺類進行酰基化反應是不可逆的。?；磻耐ㄊ綖椋?/p>

（RCO）2O+R'NH2 RCONHR'+RCOOH

最常用的酸酐是乙酐，在20～90℃條件下反應即可順利進行。乙酐在室溫下的水解速率很慢，對于反應活性較高的胺類，往往?；磻乃俾蚀笥谝音獾乃俾?，因此在室溫下用乙酐進行?；瘯r，反應在水介質中進行就可以了，不必加酸催化水解。

例如，鄰氨基苯甲酸因受羧基的影響，堿性減弱，同時氨基又能與羧基形成內鹽，更增加了酰基化的困難。但是如果用乙酐為?；噭?，仍可得到收率較好的?；a品：

如果是帶有較多吸電子基，以及位阻較大的多取代芳胺，如2，4，6-三溴苯胺、2，4-二硝基苯胺等，需要加入少量強酸作催化劑。

對于二元胺類，如果只?；渲械囊粋€氨基，可以先用等摩爾比的鹽酸，使二元胺中的一個氨基成為鹽酸鹽加以保護，然后按一般方法進行酰基化。

例如，間苯二胺在水介質中加入適量鹽酸后，再于40℃用乙酐酰基化，先制得間氨基乙酰苯胺鹽酸鹽，經堿中和可得間氨基乙酰苯胺，它是一個制備活性染料的中間體。

（3）酰氯作?；噭┑?span id="b9czgwc" class="italic">N-?；?/p>

酰氯是最強的酰基化試劑，能與胺迅速酰基化，適用于活性低的氨基或羥基的?；⒁暂^高的收率生成酰胺。此法是合成酰胺的最簡便的方法。用酰氯?；姆磻遣豢赡娴模ㄊ綖椋?/p>

RCOCl+R'NH2 R'NHCOR+HCl

反應中生成的氯化氫能與未反應的胺結合成鹽，使?；磻俾式档?。因此，在實際生產中常需要加入堿性物質，如NaOH、Na2CO3、NaHCO3、CH3COONa、N（C2H5）3等，以中和生成的氯化氫，使介質保持中性或弱堿性，從而提高?；a物的收率。注意堿性不能太強，否則酰氯會水解。

酰氯與胺類反應常是放熱的，因此通常在冰冷條件下進行反應，也可使用溶劑減緩反應速率。常用的溶劑為水、氯仿、乙酸、二氯乙烷、四氯化碳、苯、甲苯等。

三、O-?；磻?/span>

O-?；傅氖谴蓟蚍臃肿又械牧u基氫原子被?；〈姆磻?，生成的產物是酯，因此又稱為酯化反應。幾乎所有用于N-?；孽；噭┒伎捎糜邗セ?。

工業上常用羧酸作為酰基化試劑與醇在催化劑存在下進行酯化反應，也可根據需要采用酸酐、酰氯作為?；噭?。還可以選用酯交換等其他方法制得酯。

低碳鏈的羧酸酯在涂料工業中是常用的溶劑。某些羧酸酯具有特殊的香味，可用作香料。分子量較高的酯，特別是鄰苯二甲酸酯則主要用作增塑劑。其他的用途還包括有樹脂、合成潤滑油、化妝品、表面活性劑、醫藥等。

1.羧酸作?；噭┑?span id="opdi2j9" class="italic">O-?；?/span>

羧酸法又稱為直接酯化法，是合成酯類最重要的方法。所用的羧酸可以是各種脂肪酸和芳酸。其中最簡單的是一元羧酸與一元醇在酸催化下的酯化，這是一個可逆反應，反應通式如下：

RCOOH+R'OHRCOOR'+H2O

2.酸酐作酰基化試劑的O-酰基化法

用酸酐作?；噭┑姆椒ㄖ饕糜谒狒^易獲得的情況，例如乙酐、順丁烯二酸酐、丁二酸酐和鄰苯二甲酸酐等。

酸酐是比羧酸更強的?；噭?，適用于較難反應的酚類化合物及空間阻礙較大的叔羥基衍生物的酯基化反應。其反應式如下：

（RCO）2O+R'OHRCOOR'+RCOOH

在用酸酐進行酯基化時，常加入酸性或堿性催化劑加速反應。最常用的是硫酸、吡啶、無水醋酸鈉等。酸性催化劑的作用比堿性催化劑強。現在工業上使用的催化劑仍然是濃硫酸。

常用的酸酐有乙酸酐、丙酸酐、鄰苯二甲酸酐、順丁烯二酸酐等。

在用二元酸酐對醇進行酯化時，反應分為兩個階段，第一步生成物為1mol酯及1mol酸，第二步則由1mol酸再與醇脫水生成雙酯。第一步反應不生成水，是不可逆的，酯化反應可在溫和的情況下進行。第二步反應是可逆反應，反應的條件較第一步苛刻，往往需加催化劑，并在較高的溫度下進行，才能保證兩個?；玫嚼?。

例如，苯酐與醇反應生成的鄰苯二甲酸酯（工業用聚氯乙烯塑料增塑劑）。其中產量最大的是鄰苯二甲酸二辛酯（DOP），最大規模的裝置年產量可達10萬噸。

3.酰氯作?；噭┑?span id="31ibz8a" class="italic">O-酰基化法

用酰氯的O-酰基化反應和用酰氯的N-?；磻獥l件基本上相似。最常用的有機酰氯是長碳鏈脂肪酰氯、芳羧酰氯、芳磺酰氯、光氣、氨基甲酰氯、氯甲酸酯和三聚氯氰等。常用的無機酸的酰氯有：三氯化磷用于制亞磷酸酯；三氯氧磷或三氯化磷加氯氣用于制磷酸酯、三氯硫磷用于制硫代磷酸酯。

酰氯的反應活性比酸酐更強，反應極易進行，可以用來制備某些羧酸或酸酐難以生成的酯。其反應式如下：

RCOCl+R'OHRCOOR'+HCl

用酰氯的酯基化反應中有氯化氫生成，所以有時還要用堿中和反應生成的氯化氫。為了防止酰氯的分解，一般都采用分批加堿以及低溫反應的方法。常用的堿類有碳酸鈉、乙醇鈉、吡啶、三乙胺或N，N-二甲基苯胺等。

脂肪族酰氯中的乙酰氯最為活潑。當脂肪族酰氯的碳原子上的氫被吸電子基團所取代時，則反應活性增強。由于脂肪族酰氯易發生水解副反應，因此?；磻腥缧栌萌軇?，就必須選用非水溶劑，如苯或二氯甲烷等。

芳香族酰氯如果在鄰位或對位有吸電子取代基，反應活性增加，反之，則反應活性減弱。芳香族酰氯的活性較弱，對水不敏感。

4.酯交換法

酯交換法是將一種容易制得的酯與醇、酸或另一種酯反應以制取所需要的酯。當用直接酯化不易取得良好效果時，常常采用酯交換法獲得。最常用的酯交換方法是酯-醇交換法，其次是酯-酸交換法。

（1）酯-醇交換法

將一種低碳醇的酯與一種高沸點的醇或酚在催化劑存在下加熱，可以蒸出低碳醇，而得到高沸點醇（或酚）的酯。例如，間苯二甲酸二甲酯和苯酚按1∶2.37的摩爾比，在鈦酸丁酯催化劑的存在下，在220℃條件下反應3h，同時蒸出甲醇，經后處理即得到間苯二甲酸二苯酯。

另外，將油脂（三脂肪酸甘油酯）與甲醇在甲醇鈉的催化作用下，在80℃下反應，可制得脂肪酸甲酯和甘油。

又如，在制備β-（3，5-二叔丁基-4-羥基苯基）丙酸十八酯時，不宜采用酸醇直接酯化法，而要先將相應的酸與甲醇作用制成甲酯，然后甲酯再與十八醇進行酯交換，并蒸出低沸點的甲醇，使反應完全。

該酯是優良的無毒抗氧劑，廣泛用于塑料、橡膠和石油產品。

（2）酯-酸交換法

酯-酸交換法是通過酯與羧酸的交換反應合成另一種酯的方法。其反應通式如下：

酯-酸交換反應是可逆反應，一般常使某一原料過量，或將生成物不斷地蒸出，以提高反應的收率。各種有機羧酸的反應活性相差并不大。酯-酸交換時一般采用酸催化。

例如，在濃鹽酸催化下，己二酸二乙酯與己二酸在二丁醚中加熱回流生成己二酸單乙酯。

H5C2OOC（CH2）4COOC2H5+HOOC（CH2）4COOH2HOOC（CH2）4COOC2H5

（3）醇酸互換

醇酸互換就是在兩種不同酯之間發生的互換反應，生成另外兩種新的酯。其反應通式如下：

由于反應處于可逆平衡中，必須不斷將產物中的某一組分從反應區除去，使反應趨于完全。

例如，對于用其他方法不易制備的叔醇的酯，可以先制成甲酸的叔醇酯，再和指定羧酸的甲酯進行醇酸互換。

因為生成的兩種酯的沸點相差較大，且沸點很低（31.8℃）的甲酸甲酯很容易從反應產物中不斷蒸出，這樣就能使醇酸互換反應得以進行完全。