高等有機化工工藝學酯的合成方法

高等有機化工工藝學酯的合成方法第一頁，共四十四頁，2022年，8月28日

在三氟化硼－乙醚絡合物催化下，2，5－環(huán)己二烯羧酸與乙醇加熱回流，即生成酯。此法具有操作簡便、產(chǎn)率高的特點。

強酸型陽離子交換樹脂作酯化的催化劑時，具有操作簡便、反應條件緩和、催化劑可以再生、產(chǎn)率較高的特點。例如乙酸在強酸型陽離子交換樹脂及干燥劑存在下，與丁醇在室溫下反應，可以定量產(chǎn)率生成乙酸丁酯。

分子篩亦可作酯化的脫水劑。壬酸在少量硫酸催化下，與過量甲醇及3A分子篩共熱，即以96％的產(chǎn)率生成壬酸甲酯。本法不需萃取手續(xù)，只需將酯從反應物中蒸出即可。第二頁，共四十四頁，2022年，8月28日

對烴基苯甲酸和甲醇混合，同時加入氯化亞礬進行酯化，可方便并高產(chǎn)率地生成酯。此法具有操作簡便、產(chǎn)率高的特點。

羧酸不易與酚直接酯化。但在三氯氧磷或五氧化磷N,N′-雙環(huán)己機基碳雙亞胺（簡稱DCC）等縮合劑的存在下既能順利酯化。在硼酸及硫酸的存在下，羧酸與酚也可直接酯化。第三頁，共四十四頁，2022年，8月28日

同N，N′-雙環(huán)己基碳雙亞胺一樣，N，N′-碳基雙咪唑、偶氮雙羧酸二乙酯、1-甲-2-鹵吡啶鹽、對氯苯磺酸酯等均為酯化的優(yōu)良縮合劑。

N，N’－碳基雙咪唑可使羧酸與醇反應，高產(chǎn)率地生成酯。它的反應過程是首先生成活性酰胺，繼而與醇反應。

此法的一種改良方法是在上述反應中加入少許堿性催化劑，如金屬鈉或醇鈉，可加快反應速度，使反應在較短時間內(nèi)完成。第四頁，共四十四頁，2022年，8月28日二、醇、酚用酰鹵?；?包括Schotten-Baumann反應)

酰鹵與醇或酚的反應活性要比羧酸強，因此反應極易進行，甚至叔醇亦能顧利生成酯。本法避免了酯化反應的可逆性，是廣為應用的酯的合成方法。反應過程中，常加入堿性試劑以吸收生成的鹵化氫。常用的堿性試劑有氫氧化鈉水溶液、醇鈉、氫化鈉、吡啶等。將酰氯、醇及氫氧化鈉水溶液一起振搖，即可生成酯，常稱為Schotten-Baumann反應。此法只有在酰鹵及形成的酯均不溶于水時才能獲得滿意結(jié)果。因為此時既可避免酰鹵的水解，又可避免酯的皂化。若用吡啶作堿，它同時是酯化的良好溶劑，使酯化反應在均相中進行。第五頁，共四十四頁，2022年，8月28日三、醇、酚用酸酐酯化

各種類型的醇及酚均可被酸酐所?；?。因此，本法亦是酯的重要合成方法。反應可被酸或堿性試劑所催化。常用的酸性催化劑有硫酸、鹽酸、對甲基苯硝酸、氯硝酸、過氯酸等；而常用的堿性催化劑有醇鈉、吡啶、叔胺等。

在少量硫酸存在下，安息香與乙酐及乙酸共熱，即生成乙酸安息香酯。第六頁，共四十四頁，2022年，8月28日四、醇用烯酮?；?/p>

烯酮與醇反應可高產(chǎn)率地生成酯。由于乙烯酮較易獲得，本法常用于合成乙酸酯。反應被酸、堿所催化。常用的酸性催化劑有硫酸、對甲基苯磺酸；而叔丁醇鉀是較好的堿性催化劑。叔醇及酚易由本法轉(zhuǎn)變成乙酸酯。具有α-氫的醛、酮與乙烯酮反應，可生成乙酸烯醇酯。將乙烯酮通人含有少量濃硫酸的叔丁醇中，即生成乙酸叔丁酯第七頁，共四十四頁，2022年，8月28日五、腈的醇解

在硫酸或氯化氫存在下，腈與醇一起加熱即可直接生成酯。由于腈可容易的由相應的鹵代烴制得。因此本法亦是廣為應用的酯的合成方法。脂肪、芳香、雜環(huán)族的腈化物均可轉(zhuǎn)變成相應的由酯。本法特別適用于合成多官能團的酯。下列化合物與氯化氫和甲醇在乙醚中于-40一-20℃反應，即可高產(chǎn)率的生成羧酸甲酯.第八頁，共四十四頁，2022年，8月28日六、酯的醇解(酯交換反應)

酯交換反應是一平衡反應。若加入過量的醇，或分離去生成的醇或酯，均可使反應向產(chǎn)物方向移動。本反應可被酸性催化劑(如硫酸、對甲基苯因酸)或堿性催化劑(如醇鈉)所催化。酯交換反應的難易與醇的結(jié)構(gòu)有關，—般而言，伯醇最易反應，其中以甲醇更為突出，仲醇有時亦能得到良好結(jié)果

在強酸型大孔離子交換樹脂的催化下，丁內(nèi)酯和甲醇反應可高產(chǎn)率地生成烴基丁酸甲酯。

分子篩可以吸附低分子量的醇如甲醇、乙醇等。因此在分子篩的存在下，它們形成的酯可與較高級的醇進行酯交換反應。第九頁，共四十四頁，2022年，8月28日七、酯的羧酸解

酯與羧酸的交換反應合成酯，雖沒有上述諸法普通，但它特別適用于合成二元酸單酯及羧酸乙烯酯等。

在濃鹽酸存在下，二元酸酯與二元酸在二丁醚中加熱回流，即可達到平衡，以良好產(chǎn)率生成二元酸單酯。

強酸型離子交換樹脂是酯交換反應的有效催化劑。此法不僅簡化了操作手續(xù)，而且反應條件溫和，適合許多對酸敏感的酯的合成。在濃鹽酸存在下，己二酸二乙酯與己二酸在二丁醚中回流，則生成己二酸單乙酯。第十頁，共四十四頁，2022年，8月28日八、羧酸或羧酸鹽與鹵代烴的O-烴化

羧酸鹽與鹵代烴的反應雖然是合成酯的經(jīng)典方法，但在經(jīng)典方法中，羧酸鹽只能與活性鹵代烴反應，才能獲得滿意結(jié)果。而一般鹵代烴，特別是仲鹵代烴或叔鹵代烴，由于反應過程中常發(fā)生嚴重的消除成烯的副反應，限制了它在合成上的應用。而將上述反應在非質(zhì)子性強極性溶劑如二甲基甲酰胺、二甲亞砜、六甲基磷酰三胺中進行，不僅克服了上述鹵代烴易發(fā)生消除的副反應，而且具有反應條件溫和、產(chǎn)率較高的待點。在碳酸鉀存在下，羧酸與伯鹵代烴在丙酮中反應，幾乎以定量產(chǎn)率生成羧酸酯。第十一頁，共四十四頁，2022年，8月28日

若將羧酸與25％氫氧化鈉水溶液在六甲基磷酰三胺中于室溫下反應立即生成鈉鹽，繼而加入鹵代烴，繼續(xù)反應數(shù)分鐘，幾乎以定量產(chǎn)率生成羧酸酯。

將離子交換樹脂和相轉(zhuǎn)移等新技術(shù)應用于此反應。羧酸與強堿型離子交換樹脂可迅速形成羧酸的銨鹽樹脂，繼而將此樹脂與鹵代烴在適當溶劑中攪拌，即可形成酯。而相轉(zhuǎn)移催化劑四丁銨鹽可將羧酸以羧酸四丁銨鹽的形式轉(zhuǎn)移到有機溶劑中，再與鹵代烴反應。

苯甲酸與強堿型離子交換樹脂形成的羧酸銨鹽樹脂與2-溴丙烷反應，則生成苯甲酸異丙酯。反應液只需通過簡單的過濾和蒸餾，即可獲得純品的酯。同時樹脂可重復使用。第十二頁，共四十四頁，2022年，8月28日α-氯代苯甲酸鉀和溴代苯乙酮，在催化量的溴化四丁銨和冠醚的作用下，在乙腈中室溫反應即可高產(chǎn)率地生成酯。

在氯化三乙基芐銨作用下，氨基保護的氨基酸和叔丁基溴反應，可高產(chǎn)率地生成氨基酸叔丁酯。第十三頁，共四十四頁，2022年，8月28日九、酯的醇解(酯交換反應)

酯交換反應是一平衡反應。若加入過量的醇，或分離去生成的醇或酯，均可使反應向產(chǎn)物方向移動。本反應可被酸性催化劑(如硫酸、對甲基苯因酸)或堿性催化劑(如醇鈉)所催化。酯交換反應的難易與醇的結(jié)構(gòu)有關，—般而言，伯醇最易反應，其中以甲醇更為突出，仲醇有時亦能得到良好結(jié)果。

在強酸型大孔離子交換樹脂的催化下，丁內(nèi)酯和甲醇反應可高產(chǎn)率地生成烴基丁酸甲酯。第十四頁，共四十四頁，2022年，8月28日

分子篩可以吸附低分子量的醇如甲醇、乙醇等。因此在分子篩的存在下，它們形成的酯可與較高級的醇進行酯交換反應。第十五頁，共四十四頁，2022年，8月28日十、酯的羧酸解

酯與羧酸的交換反應合成酯，雖沒有上述諸法普通，但它特別適用于合成二元酸單酯及羧酸乙烯酯等。在濃鹽酸存在下，二元酸酯與二元酸在二丁醚中加熱回流，即可達到平衡，以良好產(chǎn)率生成二元酸單酯。強酸型離子交換樹脂是酯交換反應的有效催化劑。此法不僅簡化了操作手續(xù)，而且反應條件溫和，適合許多對酸敏感的酯的合成。第十六頁，共四十四頁，2022年，8月28日在濃鹽酸存在下，己二酸二乙酯與己二酸在二丁醚中回流，則生成己二酸單乙酯。

在硫酸及乙酸汞或氧化汞的存在下，羧酸與乙酸乙烯酯于20-80℃反應，可以合成多種羧酸乙烯酯。乙酸丙烯酯亦是易得的原料，它與羧酸的交換反應和乙酸乙烯酯的反應類似。在催化量的乙酸汞及濃硫酸的存在下，乙酸乙烯酯與十二酸加熱回流，即可生成十二酸乙烯酯.第十七頁，共四十四頁，2022年，8月28日九、羧酸或羧酸鹽與其他烴化劑的O-烴化

除鹵代烴可作羧酸及羧酸鹽的O-烴化試劑外，硫酸二烷酯、原甲酸甲酯、氯亞硫酸酯(ROSOCl)、N，N-二甲基甲酯胺縮醛[(CH3)2NCH(OR)2]等均是常用的O-烴化試劑。此外，氫氧化三甲基苯銨、氟硼酸三乙楊鹽[(C2H5)3OBF4]是合成甲酯、乙酯的有效O-烴化試劑。在堿性催化劑存在下，羧酸與硫酸二烷酯反應，以良好產(chǎn)率生成酯。本法特別適用于立體位阻酸酯的合成。三氟甲基的體阻大于甲基，可是2，6-二(三氟甲基)苯甲酸與硫酸二乙酯反應，仍以大于90％的產(chǎn)率生成高度立體位阻的2，6-二(三氛甲基)苯甲酸乙酯。第十八頁，共四十四頁，2022年，8月28日原甲酸甲酯與丁烯二酸,在四氫呋喃中回流反應，可以良好產(chǎn)率地生成酯。

羧酸與硫酸二烷酯在N，N-二甲基甲酰胺中反應，首先是硫酸二烷酯與N，N-二甲基甲酰胺形成活性中間體，使其中的烷基(如乙基)能以正離子的形式與羧酸負離子結(jié)合成酯。第十九頁，共四十四頁，2022年，8月28日十、羧酸與重氮烷的O-烴化

重氮甲烷與羧酸的反應，可在室溫下醚溶液中進行。當?shù)獨獠辉僖莩黾催_反應終點，幾乎以定量產(chǎn)率生成甲酯。本法是將難以制得的羧酸轉(zhuǎn)變成甲酯的簡便方法。許多不穩(wěn)定的羧酸如β-酮酸等可按此法合成甲酯。

重氮甲烷可由堿與亞硝基甲基脲、亞硝基甲基縮氨脲、N-亞硝基-4-甲氨基-5-甲基-2-己酮、N-亞硝基N-甲基-N’-硝基胍、N，N’-二甲基-N，N’-二亞硝基對苯二甲酰胺作用制得。第二十頁，共四十四頁，2022年，8月28日

與重氮甲烷作用的羧酸均須無水?？墒且ニ苄运岬奈⒘克萃抢щy的。一種改良的方法是直接利用羧酸水溶液，首先用鹽酸調(diào)至pH＝3，用水浴冷卻，再在強烈攪拌下慢慢滴人重氮甲烷的乙醚溶液，不斷進行甲酯化，直至溶液呈紫黃色，表明重氯甲烷已過量。

由于重氮甲烷具有毒性、不穩(wěn)定、不易貯存等缺點。新近的改良方法是讓重氯甲烷在反應體系內(nèi)部產(chǎn)生，一經(jīng)生成立即反應。

將羧酸N-亞硝基—甲基脲溶在1，2—二甲氧基乙烷中，然后滴入三乙胺，在室溫下即可以適當速率產(chǎn)生重氯甲烷，恰好能與羧酸反應。本法甚至可在水溶液中進行，因此適用于水溶性羧酸的甲酯化。步驟是將羧酸與N—亞硝基—甲基脲溶于1，2—二甲氧乙烷與水(5:1)的混合溶劑中，然后在0℃下滴人0.6mol/L的氫氧化鉀水溶液，即可順利反應。第二十一頁，共四十四頁，2022年，8月28日十一、羧酸對烯、炔的加成

在酸性催化劑存在下，羧酸容易與烯、炔發(fā)生親電加成，生成酯。常用的酸性催化劑有濃硫酸、三氟化硼等。本法特別適用于合成羧酸叔烷基酯。參加反應的烯烴為丙烯、異丁烯、2-甲基-2-丁烯等。在濃硫酸催化下，羧酸與異丁烯在室溫下反應，是合成叔丁酯的重要方法，產(chǎn)率為50％一76％。

將環(huán)己烯加到合有少量高氯酸的90％的甲酸中，然后于100℃加熱使成均相溶液，即生成甲酸環(huán)己酮。第二十二頁，共四十四頁，2022年，8月28日

炔烴亦可發(fā)生類似的反應。在銠催化劑存在下，末端炔烴與羧酸加成，高產(chǎn)率地生成羧酸烯酯。

不飽和酸的分子內(nèi)加成是合成內(nèi)酯的重要方法。β,γ-烯酸與50％的硫酸共熱，即迅速轉(zhuǎn)變成γ內(nèi)酯；而γ,δ-烯酸則生成δ-內(nèi)酯.第二十三頁，共四十四頁，2022年，8月28日第二節(jié)碳-烴化反應與縮合反應一、烴化反映1、羧酸酯的直接烴化

在強堿存在下，具有α-氫的酯可與多種烴化試劑如鹵代烴、硫酸二烷烴、對甲基苯磺酸酯等發(fā)生烴化反應，生成α-烴基取代酯。2、丙二酸酯的烴化

由于丙二酸酯的α-氫比較活潑，它與乙醇鈉的乙醇溶液反應，即可形成烯醇負離子，繼而與烴化試劑反應，以良好產(chǎn)率生成一元烴化產(chǎn)物。常用的烴化試劑為鹵代烴、硫酸酯等，烴化劑中存在一OR、C＝Oo、一CN、一NR2、一NO2均無影響。丙二酸酯的烴化產(chǎn)物經(jīng)皂化、脫羧可以合成羧酸。亦可將α-烴基取代的丙二酸酯直接脫羧合成羧酸酯。第二十四頁，共四十四頁，2022年，8月28日例α-烴基取代的丙二酸在氰化鈉存在下，于二甲亞砜中加熱脫羧，可直接生成羧酸酯。

在乙醇鈉存在下，丙二酸酯與2mol的1—溴丙烷反應，生成α,α-二丙基丙二酸酯，它在氯化納存在下于濕二甲亞砜中加熱脫羧，即生成α-丙基戊酸乙酯。α,ω-二鹵化物與丙二酸酯反應，可合成脂環(huán)化合物.第二十五頁，共四十四頁，2022年，8月28日3、、有機硼烷與α-鹵代酯的作用

在叔丁醇鉀存在下，三烷基硼烷可與α-溴代酸酯順利反應，提供了一種羧酸酯烴化的方法。本法具有操作簡便，產(chǎn)串較高(80％一100％)的特點。將環(huán)戊烯與乙硼烷在四氫映喃中進行硼氫化反應，生成三環(huán)戊基硼烷，再在叔丁醇鉀存在下與溴乙酸乙酯反應，生成α—環(huán)戊基乙酸乙酯。第二十六頁，共四十四頁，2022年，8月28日二、縮合反應1、一元酸酯的縮合(claisen反應)

在堿性試劑催化下，兩分子酯

(至少其中之一有α-氫)可以縮合成β-酮酸酯。由于酯縮合反應是一平衡反應，可蒸出反應生成醇而使反應趨于完全。甲IB縮合時可用甲醇鈉作堿，乙酯縮合時則用乙醇鈉作堿。若為α，

α-二烴基取代的羧酸酯進行縮合時，必須采用較強的堿如三苯甲基鈉、氨基鈉、氫化鈉、叔丁醇鉀等，才能獲得滿意結(jié)果。第二十七頁，共四十四頁，2022年，8月28日第二十八頁，共四十四頁，2022年，8月28日2、二元酸酯的綴合(Dieckmann反應

二元酸酯的分于內(nèi)縮合可以形成環(huán)狀的β—酮酸酯，它進一步水解脫羧，是合成環(huán)酮的重要方法。一般而言．合成五元環(huán)、六元環(huán)化合物產(chǎn)率較好。常用的堿性縮合劑為醇鈉、氫化鈉等。第二十九頁，共四十四頁，2022年，8月28日3、一澳代酯與羧基化臺物的結(jié)合(Dazens反應)

在叔丁醇鉀、氫化鈉或氨基鈉的存在下。一鹵代酯與芳醛或酮進行縮合反應，也是首先形成醇醛型縮合產(chǎn)物，繼而分子內(nèi)閉環(huán)生成α,β-

環(huán)氧羧酸酯。

在叔丁醇鉀存在下，環(huán)己酮可與氯乙酸乙酯在叔丁醇中反應，生成1—氧代螺環(huán)[2．5]辛烷—2—羧酸乙酯。第三十頁，共四十四頁，2022年，8月28日4、有機鋅或有機鋰試劑與羰基化合物縮合

在鋅粉存在下，鹵代酯可與碳基化合物反應，是應用極為廣泛的β-羥基酸酯的合成方法。各種醛、酮均可反應，甚至位阻較大的醛如。α-乙基己醛亦能順利反應。常用的溶劑為苯、乙醚、四氫呋喃等。若用硼酸三甲酯與四氫呋喃的混合溶劑，反應可在室溫下進行。鋅粉必須活化，方法是用20％的鹽酸洗滌，再用丙酮、乙醚洗滌，經(jīng)真空干燥即可。如用金屬鉀還原氯化鋅可制得活性很高的鋅，用它進行上述反應，產(chǎn)率幾乎是定量的?；钚凿\酚，溴乙酸乙酯、苯甲醛于室溫反應，則以91％的產(chǎn)率生成3-苯基3-羥基丙酸乙酯。第三十一頁，共四十四頁，2022年，8月28日第三十二頁，共四十四頁，2022年，8月28日第三節(jié)氧化與還原反應一、醛分子之間的氧化-還原反應

本法與Cannizzro反應類似,不同之處是本法用于合成酯，而Cannzzro反應生成醇和羧酸。本法對于具有α-氫的醛亦可適用。最常用的催化刑為醇鋁。C2—C8的醛進行反應，生成酯的產(chǎn)率為69％一100％第三十三頁，共四十四頁，2022年，8月28日二、伯醇的氧化酯化

伯醇可被多種氧化劑氧化成酸。若有過量醇存在時，則生成酯。常用的氧化劑有重鉻酸鈉-硫酸、次氯酸叔丁酯、過酸等。次氯酸叔丁酯既是常用的氯化劑，亦是有效的脫水劑。在吡啶存在下，它可使伯醇首先氧化成酸，繼而再使生成的酸與另一分子醇脫水酯化，以良好產(chǎn)率生成酯。在過氧乙酸和溴化鈉的作用下，正己醇可高產(chǎn)率地生成己酸釀己醇酯

在磷酸氫二鈉水溶液中，在溴化三甲基芐銨和溴的復合物的作用下，60℃反應4h，正辛醉可幾乎定量地生成辛酸辛醇酯，此法反應條件溫和、操作簡便、產(chǎn)率高。第三十四頁，共四十四頁，2022年，8月28日三、醛、酮被過氧酸氧化Baeyer-Villigeroxidation

某些酮可被過氧酸直接氧化成酯或內(nèi)酯。反應過程中，與碳基相連的碳鍵發(fā)生斷裂，氧原子插入形成酯。某些簡單環(huán)酮及烷芳酮可被過氧酸在室溫下氧化成酯或內(nèi)酯，產(chǎn)率為63％一73％。常用的過氧酸為過氧三氟乙酸、過氧苯甲酸、間氯過氧苯甲酸‘等。酮被過氧酸氧化成酯的反應可能是通過下面機理進行的，在反應過程中包括了烴基由碳原子轉(zhuǎn)移到氧原于上的過程?；鶊F遷移循序第三十五頁，共四十四頁，2022年，8月28日

苯基苯乙酮披間氯過氧苯甲酸氧化，生成苯甲酸芐酯。此反應在氯仿中進行產(chǎn)率只有46％，而此反應進行固態(tài)反應卻可高產(chǎn)率地生成苯甲酸芐酯。

對溴代苯乙酮在10％moI的三氟甲磺酸作用下．被間氯過氧苯甲酸氧化生成乙酸對溴苯酯。

過氧苯甲酸可使環(huán)己酮氧化，以良好產(chǎn)率生成內(nèi)酯。而過氧苯甲酸可由兩價鉆鹽催化苯甲酸氧化在反應中生成。第三十六頁，共四十四頁，2022年，8月28日四、醚的氧化

醚可被多種試劑氧化成酯。三氧化鉻—乙酸可使甲基烷基醚氧化成甲酸酯。四氧化釕、高錳酸鉀可使對稱醚在室溫下顧利氧化成酯。三聚氯代異氰酸(C1NCO)3：是價廉易得的氧化劑，可使對稱醚及不對稱醚氧化成酯。三氧化鉻懸浮于乙酸及二氯甲烷中，可使甲基烷基醚氯化成甲酸酯。高錳酸鉀可使乙基芐基醚氧化成苯甲酸乙酯。第三十七頁，共四十四頁，2022年，8月28日醚、三聚氯代異氰酸及水在室溫度下反應，即可生成酯四氫呋喃可被三氧化鉻氧化成γ-內(nèi)酯高錳酸鉀可將環(huán)酮氧化成內(nèi)酯Trimethylsilylnitrate.(TMSONO2).第三十八頁，共四十四頁，2022年，8月28日五、不飽和酯的選擇還原

由于碳—碳雙鎊比酯基易于催化氫化，因此不飽和酯的碳—碳雙鍵可被選擇催化氫化，以良好產(chǎn)率生成飽和酯。不飽和脂肪酸酯廣泛存在于自然界中，而。Α,β-不飽和酸的酯可由多種縮合反應制得，因此本法合成飽和酯仍有一定的實用價值。常用的氫化催化劑為鉑、鈀、鎳等。由于碳—碳雙鍵較易還原，若采用鉑作催化劑時，不飽和酯可在常溫常壓下順利選擇性還原。第三十九頁，共四十四頁，2022年，8月28日

β-酮酸酯、丙二酸酯、丁二酸酯均可與羰基化臺物縮合成α,β-不飽和酯。因此，它們的選擇還原是合成相應的α—烷基取代衍生物的良好方法。在均相催化劑氯化三(三苯基膦)銠催化下，α,β-不飽和酯亦可與氫氣反應生成飽酯第四十頁，共四十四頁，2022年，8月28日在5％Pd／C催化劑作用下，α,β-不飽和酯可被甲酸銨高產(chǎn)率地還原成飽和酯。如果分子中同時含有其他雙鍵，則只還原共扼的雙鍵：

不飽和酯的碳