高等有机化工工艺学10酯.ppt

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1、第一节 O-酰化及O-烃化反应合成酯,第十章 羧酸酯的合成,一、羧酸与醇、酚的酯化,醇和羧酸均为易得的原料，因此本法是合成酯的最重要的方法。伯醇酯化的产率较仲醇为优，而叔醇和酚直接醇化产率甚低。酯化反应是一平衡反应，欲使反应有利于酯的生成，可采用过量的醇或酸，或利用共沸蒸馏、或借干燥剂以除去生成的水。酯化反应通常是在少量酸性催化剂存在下，将醇及酸一起加热回流。常用的酸性催化剂有硫酸，盐酸或磺酸。三氟化硼乙醚的络合物亦是酯化的有效催化剂，它可用于芳酸，不饱和酸及杂环羧酸的酯化。强酸型阳离子交换树脂作酯化的催化剂时，可以简化操作手续。,在三氟化硼乙醚络合物催化下，2，5环己二烯羧酸与乙醇加热回流，

2、即生成酯。此法具有操作简便、产率高的特点。,强酸型阳离子交换树脂作酯化的催化剂时，具有操作简便、反应条件缓和、催化剂可以再生、产率较高的特点。例如乙酸在强酸型阳离子交换树脂及干燥剂存在下，与丁醇在室温下反应，可以定量产率生成乙酸丁酯。,分子筛亦可作酯化的脱水剂。壬酸在少量硫酸催化下，与过量甲醇及3A分子筛共热，即以96的产率生成壬酸甲酯。本法不需萃取手续，只需将酯从反应物中蒸出即可。,对烃基苯甲酸和甲醇混合，同时加入氯化亚矾进行酯化，可方便并高产率地生成酯。此法具有操作简便、产率高的特点。,羧酸不易与酚直接酯化。但在三氯氧磷或五氧化磷N,N-双环己机基碳双亚胺（简称DCC）等缩合剂的存在下既能

3、顺利酯化。在硼酸及硫酸的存在下，羧酸与酚也可直接酯化。,同N，N-双环己基碳双亚胺一样，N，N-碳基双咪唑、偶氮双羧酸二乙酯、1-甲-2-卤吡啶盐、对氯苯磺酸酯等均为酯化的优良缩合剂。N，N碳基双咪唑可使羧酸与醇反应，高产率地生成酯。它的反应过程是首先生成活性酰胺，继而与醇反应。,此法的一种改良方法是在上述反应中加入少许碱性催化剂，如金属钠或醇钠，可加快反应速度，使反应在较短时间内完成。,二、醇、酚用酰卤酰化(包括Schotten-Baumann反应),酰卤与醇或酚的反应活性要比羧酸强，因此反应极易进行，甚至叔醇亦能顾利生成酯。本法避免了酯化反应的可逆性，是广为应用的酯的合成方法。反应过程中，

4、常加入碱性试剂以吸收生成的卤化氢。常用的碱性试剂有氢氧化钠水溶液、醇钠、氢化钠、吡啶等。将酰氯、醇及氢氧化钠水溶液一起振摇，即可生成酯，常称为Schotten-Baumann反应。此法只有在酰卤及形成的酯均不溶于水时才能获得满意结果。因为此时既可避免酰卤的水解，又可避免酯的皂化。若用吡啶作碱，它同时是酯化的良好溶剂，使酯化反应在均相中进行。,三、醇、酚用酸酐酯化,各种类型的醇及酚均可被酸酐所酰化。因此，本法亦是酯的重要合成方法。反应可被酸或碱性试剂所催化。常用的酸性催化剂有硫酸、盐酸、对甲基苯硝酸、氯硝酸、过氯酸等；而常用的碱性催化剂有醇钠、吡啶、叔胺等。在少量硫酸存在下，安息香与乙酐及乙酸共

5、热，即生成乙酸安息香酯。,四、醇用烯酮酰化,烯酮与醇反应可高产率地生成酯。由于乙烯酮较易获得，本法常用于合成乙酸酯。反应被酸、碱所催化。常用的酸性催化剂有硫酸、对甲基苯磺酸；而叔丁醇钾是较好的碱性催化剂。叔醇及酚易由本法转变成乙酸酯。具有-氢的醛、酮与乙烯酮反应，可生成乙酸烯醇酯。将乙烯酮通人含有少量浓硫酸的叔丁醇中，即生成乙酸叔丁酯,五、腈的醇解,在硫酸或氯化氢存在下，腈与醇一起加热即可直接生成酯。由于腈可容易的由相应的卤代烃制得。因此本法亦是广为应用的酯的合成方法。脂肪、芳香、杂环族的腈化物均可转变成相应的由酯。本法特别适用于合成多官能团的酯。下列化合物与氯化氢和甲醇在乙醚中于-40一-2

6、0反应，即可高产率的生成羧酸甲酯.,六、酯的醇解(酯交换反应),酯交换反应是一平衡反应。若加入过量的醇，或分离去生成的醇或酯，均可使反应向产物方向移动。本反应可被酸性催化剂(如硫酸、对甲基苯因酸)或碱性催化剂(如醇钠)所催化。酯交换反应的难易与醇的结构有关，般而言，伯醇最易反应，其中以甲醇更为突出，仲醇有时亦能得到良好结果,在强酸型大孔离子交换树脂的催化下，丁内酯和甲醇反应可高产率地生成烃基丁酸甲酯。,分子筛可以吸附低分子量的醇如甲醇、乙醇等。因此在分子筛的存在下，它们形成的酯可与较高级的醇进行酯交换反应。,七、酯的羧酸解,酯与羧酸的交换反应合成酯，虽没有上述诸法普通，但它特别适用于合成二元酸

7、单酯及羧酸乙烯酯等。在浓盐酸存在下，二元酸酯与二元酸在二丁醚中加热回流，即可达到平衡，以良好产率生成二元酸单酯。,强酸型离子交换树脂是酯交换反应的有效催化剂。此法不仅简化了操作手续，而且反应条件温和，适合许多对酸敏感的酯的合成。,在浓盐酸存在下，己二酸二乙酯与己二酸在二丁醚中回流，则生成己二酸单乙酯。,八、羧酸或羧酸盐与卤代烃的O-烃化,羧酸盐与卤代烃的反应虽然是合成酯的经典方法，但在经典方法中，羧酸盐只能与活性卤代烃反应，才能获得满意结果。而一般卤代烃，特别是仲卤代烃或叔卤代烃，由于反应过程中常发生严重的消除成烯的副反应，限制了它在合成上的应用。而将上述反应在非质子性强极性溶剂如二甲基甲酰胺

8、、二甲亚砜、六甲基磷酰三胺中进行，不仅克服了上述卤代烃易发生消除的副反应，而且具有反应条件温和、产率较高的待点。,在碳酸钾存在下，羧酸与伯卤代烃在丙酮中反应，几乎以定量产率生成羧酸酯。,若将羧酸与25氢氧化钠水溶液在六甲基磷酰三胺中于室温下反应立即生成钠盐，继而加入卤代烃，继续反应数分钟，几乎以定量产率生成羧酸酯。,将离子交换树脂和相转移等新技术应用于此反应。羧酸与强碱型离子交换树脂可迅速形成羧酸的铵盐树脂，继而将此树脂与卤代烃在适当溶剂中搅拌，即可形成酯。而相转移催化剂四丁铵盐可将羧酸以羧酸四丁铵盐的形式转移到有机溶剂中，再与卤代烃反应。,苯甲酸与强碱型离子交换树脂形成的羧酸铵盐树脂与2-溴

9、丙烷反应，则生成苯甲酸异丙酯。反应液只需通过简单的过滤和蒸馏，即可获得纯品的酯。同时树脂可重复使用。,-氯代苯甲酸钾和溴代苯乙酮，在催化量的溴化四丁铵和冠醚的作用下，在乙腈中室温反应即可高产率地生成酯。,在氯化三乙基苄铵作用下，氨基保护的氨基酸和叔丁基溴反应，可高产率地生成氨基酸叔丁酯。,九、酯的醇解(酯交换反应),酯交换反应是一平衡反应。若加入过量的醇，或分离去生成的醇或酯，均可使反应向产物方向移动。本反应可被酸性催化剂(如硫酸、对甲基苯因酸)或碱性催化剂(如醇钠)所催化。酯交换反应的难易与醇的结构有关，般而言，伯醇最易反应，其中以甲醇更为突出，仲醇有时亦能得到良好结果。,在强酸型大孔离子交

10、换树脂的催化下，丁内酯和甲醇反应可高产率地生成烃 基丁酸甲酯。,分子筛可以吸附低分子量的醇如甲醇、乙醇等。因此在分子筛的存在下，它们形成的酯可与较高级的醇进行酯交换反应。,十、酯的羧酸解,酯与羧酸的交换反应合成酯，虽没有上述诸法普通，但它特别适用于合成二元酸单酯及羧酸乙烯酯等。在浓盐酸存在下，二元酸酯与二元酸在二丁醚中加热回流，即可达到平衡，以良好产率生成二元酸单酯。强酸型离子交换树脂是酯交换反应的有效催化剂。此法不仅简化了操作手续，而且反应条件温和，适合许多对酸敏感的酯的合成。,在浓盐酸存在下，己二酸二乙酯与己二酸在二丁醚中回流，则生成己二酸单乙酯。,在硫酸及乙酸汞或氧化汞的存在下，羧酸与乙

11、酸乙烯酯于20-80反应，可以合成多种羧酸乙烯酯。乙酸丙烯酯亦是易得的原料，它与羧酸的交换反应和乙酸乙烯酯的反应类似。在催化量的乙酸汞及浓硫酸的存在下，乙酸乙烯酯与十二酸加热回流，即可生成十二酸乙烯酯.,九、羧酸或羧酸盐与其他烃化剂的O-烃化,除卤代烃可作羧酸及羧酸盐的O-烃化试剂外，硫酸二烷酯、原甲酸甲酯、氯亚硫酸酯(ROSOCl)、N，N-二甲基甲酯胺缩醛(CH3)2NCH(OR)2等均是常用的O-烃化试剂。此外，氢氧化三甲基苯铵、氟硼酸三乙杨盐(C2H5)3OBF4是合成甲酯、乙酯的有效O-烃化试剂。在碱性催化剂存在下，羧酸与硫酸二烷酯反应，以良好产率生成酯。本法特别适用于立体位阻酸酯的

12、合成。三氟甲基的体阻大于甲基，可是2，6-二(三氟甲基)苯甲酸与硫酸二乙酯反应，仍以大于90的产率生成高度立体位阻的2，6-二(三氛甲基)苯甲酸乙酯。,原甲酸甲酯与丁烯二酸,在四氢呋喃中回流反应，可以良好产率地生成酯。,羧酸与硫酸二烷酯在N，N-二甲基甲酰胺中反应，首先是硫酸二烷酯与N，N-二甲基甲酰胺形成活性中间体，使其中的烷基(如乙基)能以正离子的形式与羧酸负离子结合成酯。,十、羧酸与重氮烷的O-烃化,重氮甲烷与羧酸的反应，可在室温下醚溶液中进行。当氮气不再逸出即达反应终点，几乎以定量产率生成甲酯。本法是将难以制得的羧酸转变成甲酯的简便方法。许多不稳定的羧酸如-酮酸等可按此法合成甲酯。,重

13、氮甲烷可由碱与亚硝基甲基脲、亚硝基甲基缩氨脲、N-亚硝基-4-甲氨基-5-甲基-2-己酮、N-亚硝基N-甲基-N-硝基胍、N，N-二甲基-N，N-二亚硝基对苯二甲酰胺作用制得。,与重氮甲烷作用的羧酸均须无水。可是要除去水溶性酸的微量水份往往是困难的。一种改良的方法是直接利用羧酸水溶液，首先用盐酸调至pH3，用水浴冷却，再在强烈搅拌下慢慢滴人重氮甲烷的乙醚溶液，不断进行甲酯化，直至溶液呈紫黄色，表明重氯甲烷已过量。,由于重氮甲烷具有毒性、不稳定、不易贮存等缺点。新近的改良方法是让重氯甲烷在反应体系内部产生，一经生成立即反应。,将羧酸N-亚硝基甲基脲溶在1，2二甲氧基乙烷中，然后滴入三乙胺，在室温

14、下即可以适当速率产生重氯甲烷，恰好能与羧酸反应。本法甚至可在水溶液中进行，因此适用于水溶性羧酸的甲酯化。步骤是将羧酸与N亚硝基甲基脲溶于1，2二甲氧乙烷与水(5:1)的混合溶剂中，然后在0下滴人0.6mol/L的氢氧化钾水溶液，即可顺利反应。,十一、羧酸对烯、炔的加成,在酸性催化剂存在下，羧酸容易与烯、炔发生亲电加成，生成酯。常用的酸性催化剂有浓硫酸、三氟化硼等。本法特别适用于合成羧酸叔烷基酯。参加反应的烯烃为丙烯、异丁烯、2-甲基-2-丁烯等。在浓硫酸催化下，羧酸与异丁烯在室温下反应，是合成叔丁酯的重要方法，产率为50一76。,将环己烯加到合有少量高氯酸的90的甲酸中，然后于100加热使成均

15、相溶液，即生成甲酸环己酮。,炔烃亦可发生类似的反应。在铑催化剂存在下，末端炔烃与羧酸加成，高产率地生成羧酸烯酯。,不饱和酸的分子内加成是合成内酯的重要方法。,-烯酸与50的硫酸共热，即迅速转变成内酯；而,-烯酸则生成-内酯.,第二节 碳-烃化反应与缩合反应,一、烃化反映1、羧酸酯的直接烃化,在强碱存在下，具有-氢的酯可与多种烃化试剂如卤代烃、硫酸二烷烃、对甲基苯磺酸酯等发生烃化反应，生成-烃基取代酯。,2、丙二酸酯的烃化,由于丙二酸酯的-氢比较活泼，它与乙醇钠的乙醇溶液反应，即可形成烯醇负离子，继而与烃化试剂反应，以良好产率生成一元烃化产物。常用的烃化试剂为卤代烃、硫酸酯等，烃化剂中存在一OR

16、、COo、一CN、一NR2、一NO2均无影响。丙二酸酯的烃化产物经皂化、脱羧可以合成羧酸。亦可将-烃基取代的丙二酸酯直接脱羧合成羧酸酯。,例-烃基取代的丙二酸在氰化钠存在下，于二甲亚砜中加热脱羧，可直接生成羧酸酯。,在乙醇钠存在下，丙二酸酯与2mol的1溴丙烷反应，生成,-二丙基丙二酸酯，它在氯化纳存在下于湿二甲亚砜中加热脱羧，即生成-丙基戊酸乙酯。,-二卤化物与丙二酸酯反应，可合成脂环化合物.,3、有机硼烷与-卤代酯的作用,在叔丁醇钾存在下，三烷基硼烷可与-溴代酸酯顺利反应，提供了一种羧酸酯烃化的方法。本法具有操作简便，产串较高(80一100)的特点。将环戊烯与乙硼烷在四氢映喃中进行硼氢化反

17、应，生成三环戊基硼烷，再在叔丁醇钾存在下与溴乙酸乙酯反应，生成环戊基乙酸乙酯。,二、缩合反应,1、一元酸酯的缩合(claisen反应),在碱性试剂催化下，两分子酯(至少其中之一有-氢)可以缩合成-酮酸酯。由于酯缩合反应是一平衡反应，可蒸出反应生成醇而使反应趋于完全。甲IB缩合时可用甲醇钠作碱，乙酯缩合时则用乙醇钠作碱。若为，-二烃基取代的羧酸酯进行缩合时，必须采用较强的碱如三苯甲基钠、氨基钠、氢化钠、叔丁醇钾等，才能获得满意结果。,2、二元酸酯的缀合(Dieckmann反应,二元酸酯的分于内缩合可以形成环状的 酮酸酯，它进一步水解脱羧，是合成环酮的重要方法。一般而言合成五元环、六元环化合物产率

18、较好。常用的碱性缩合剂为醇钠、氢化钠等。,3、一澳代酯与羧基化台物的结合(Dazens反应),在叔丁醇钾、氢化钠或氨基钠的存在下。一卤代酯与芳醛或酮进行缩合反应，也是首先形成醇醛型缩合产物，继而分子内闭环生成,-环氧羧酸酯。在叔丁醇钾存在下，环己酮可与氯乙酸乙酯在叔丁醇中反应，生成1氧代螺环25辛烷2羧酸乙酯。,4、有机锌或有机锂试剂与羰基化合物缩合,在锌粉存在下，卤代酯可与碳基化合物反应，是应用极为广泛的-羟基酸酯的合成方法。各种醛、酮均可反应，甚至位阻较大的醛如。-乙基己醛亦能顺利反应。常用的溶剂为苯、乙醚、四氢呋喃等。若用硼酸三甲酯与四氢呋喃的混合溶剂，反应可在室温下进行。锌粉必须活化，

19、方法是用20的盐酸洗涤，再用丙酮、乙醚洗涤，经真空干燥即可。如用金属钾还原氯化锌可制得活性很高的锌，用它进行上述反应，产率几乎是定量的。活性锌酚，溴乙酸乙酯、苯甲醛于室温反应，则以91的产率生成3-苯基3-羟基丙酸乙酯。,第三节 氧化与还原反应,一、醛分子之间的氧化-还原反应,本法与Cannizzro反应类似,不同之处是本法用于合成酯，而Cannzzro反应生成醇和羧酸。本法对于具有-氢的醛亦可适用。最常用的催化刑为醇铝。C2C8的醛进行反应，生成酯的产率为69一100,二、伯醇的氧化酯化,伯醇可被多种氧化剂氧化成酸。若有过量醇存在时，则生成酯。常用的氧化剂有重铬酸钠-硫酸、次氯酸叔丁酯、过酸

20、等。次氯酸叔丁酯既是常用的氯化剂，亦是有效的脱水剂。在吡啶存在下，它可使伯醇首先氧化成酸，继而再使生成的酸与另一分子醇脱水酯化，以良好产率生成酯。,在过氧乙酸和溴化钠的作用下，正己醇可高产率地生成己酸酿己醇酯,在磷酸氢二钠水溶液中，在溴化三甲基苄铵和溴的复合物的作用下，60反应4h，正辛醉可几乎定量地生成辛酸辛醇酯，此法反应条件温和、操作简便、产率高。,三、醛、酮被过氧酸氧化 Baeyer-Villiger oxidation,某些酮可被过氧酸直接氧化成酯或内酯。反应过程中，与碳基相连的碳键发生断裂，氧原子插入形成酯。某些简单环酮及烷芳酮可被过氧酸在室温下氧化成酯或内酯，产率为63一73。常用

21、的过氧酸为过氧三氟乙酸、过氧苯甲酸、间氯过氧苯甲酸等。酮被过氧酸氧化成酯的反应可能是通过下面机理进行的，在反应过程中包括了烃基由碳原子转移到氧原于上的过程。,基团迁移循序,苯基苯乙酮披间氯过氧苯甲酸氧化，生成苯甲酸苄酯。此反应在氯仿中进行产率只有46，而此反应进行固态反应却可高产率地生成苯甲酸苄酯。,对溴代苯乙酮在10moI的三氟甲磺酸作用下被间氯过氧苯甲酸氧化生成乙酸对溴苯酯。,过氧苯甲酸可使环己酮氧化，以良好产率生成内酯。而过氧苯甲酸可由两价钻盐催化苯甲酸氧化在反应中生成。,四、醚的氧化,醚可被多种试剂氧化成酯。三氧化铬乙酸可使甲基烷基醚氧化成甲酸酯。四氧化钌、高锰酸钾可使对称醚在室温下顾

22、利氧化成酯。三聚氯代异氰酸(C1NCO)3：是价廉易得的氧化剂，可使对称醚及不对称醚氧化成酯。,三氧化铬悬浮于乙酸及二氯甲烷中，可使甲基烷基醚氯化成甲酸酯。,高锰酸钾可使乙基苄基醚氧化成苯甲酸乙酯。,醚、三聚氯代异氰酸及水在室温度下反应，即可生成酯,四氢呋喃可被三氧化铬氧化成-内酯,高锰酸钾可将环酮氧化成内酯,Trimethylsilyl nitrate.(TMSONO2).,五、不饱和酯的选择还原,由于碳碳双镑比酯基易于催化氢化，因此不饱和酯的碳碳双键可被选择催化氢化，以良好产率生成饱和酯。不饱和脂肪酸酯广泛存在于自然界中，而。,-不饱和酸的酯可由多种缩合反应制得，因此本法合成饱和酯仍有一定

23、的实用价值。常用的氢化催化剂为铂、钯、镍等。由于碳碳双键较易还原，若采用铂作催化剂时，不饱和酯可在常温常压下顺利选择性还原。,-酮酸酯、丙二酸酯、丁二酸酯均可与羰基化台物缩合成,-不饱和酯。因此，它们的选择还原是合成相应的 烷基取代衍生物的良好方法。,在均相催化剂氯化三(三苯基膦)铑催化下，,-不饱和酯亦可与氢气反应生成饱酯,在5PdC催化剂作用下，,-不饱和酯可被甲酸铵高产率地还原成饱和酯。,如果分子中同时含有其他双键，则只还原共扼的双键：,不饱和酯的碳碳双键亦可被化学还原剂选择还原。常用的化学还原剂有三烃基锡化氢、偶氮二羧酸钾，硼氢化钠等。,在乙酸中，,-不饱和酯可被硼氢化钠高产率地还原为

24、饱和酯,第四节 烷氧羰基化反应,一、卤代烃与一氧化碳及醇的烷氧羰基化,在金属羰基化合物催化下，卤代烃与一氧化碳及醇反应可生成酯。常用的金属羰基化合物为四羰基镍、八羰基二钻、五羰基铁、二(三苯基膦)二羰基铂等，在二(三苯基膦)二羰基铂或五羰基锰酸钾催化下，碘代环己烷和0.1MPa的一氧化碳在室温下，用200w的高压汞灯照射即可高产率生成环己基甲酸甲酯。,在五羰基铁和氯化四甲铵的作用下，苄基溴与0.1MPa的一氧化碳在甲醇中，反应，可高产率地生成苯乙酸甲酯。,六羰基铬亦是卤代烃烷氧羰基化的有效试剂。在六羰基铬的催化下，氯苯即能与一氧化碳及甲醇顺利反应生成酯。反应首先生成三羰基铬和氯苯的络合物，继而

25、进行羰基化和醇解。,四羰基铁二钠易由五羰基铁与氢氧化钠反应制得。它与卤代烃及醇反应，亦可生成酯。由于它与伯溴代烷的反应速度比伯氯代烷快1万倍以上，因此，它可使溴原子选择酰氧基化。1-溴-6-氯己烷与四羰基铁二钠及乙醇反应，可选择烷氧羰基化，生成7氯庚酸乙酯。5-溴戊酸乙酯亦可转变成己二酸甲乙酯，而分子中原有的酯基不受影响。,二氯化镍、醋酸钯或其它一些镍、钯的络合物可与烯丙型卤化物形成烯丙基钯或镍的络合物，可直接与一氧化碳及醇反应，是合成,-不饱和酯的良好方法。在催化量的醋酸钯存在下，1-苯基-3-氯丙烯与一氧化碳及乙醇于常温常压反应，可高产率地生成4-苯基-3-丁烯酸乙酯。,二、烯、炔烃与一氮

26、化碳及酵的烷氧碳基化,在贵金属催化剂存在下，烯、炔烃与一氧化碳及醇进行反应可生成酯。钯、钌、铑、铂及其盐或络合物均可作催化剂。,三 有机金属化合物与碳酸酯烷氧羰基化,有机金属化合物可与碳酸酯或氯甲酸甲酯进行烷氧羰基化反应，亦是合成酯的简便方法。常用的有机金属化合物为有机镁化合物、有机理化合物、有机铜等。有机镁试剂可由卤代烃制得，继而与碳酸酯反应，是由卤化烃合成增加一个碳原子的酯的方法。,第五节 重排反应,一、重氮酮的重排,重氮酮分解的反应，在条件不同时，既可生成羧酸，亦可生成酯。生成酯的一般方法是在氧化银的催化下，重氮酮在热醇溶液中分解，直至氮气完全放出为止。除氧化银外，苯甲酸银、叔胺亦是有效的催化剂。由于本法反应条件温和，可以适合许多结构复杂的羧酸酯的合成。,一种改良方法是利用苯甲酸银为催化剂，它与重氮酮在三乙胺及乙醇中形成均相溶液，使反应能更顺利地进行。,