醯氯

醯氯

醯氯是指含有羰基氯官能團的化合物,屬於醯鹵的一類,是羧酸中的羥基被氯替換后形成的羧酸衍生物。最簡單的醯氯是甲醯氯,但甲醯氯非常不穩定,不能像其他醯氯一樣通過甲酸與氯化試劑反應得到。常見的醯氯有:乙醯氯、苯甲醯氯、草醯氯、氯乙醯氯、三氯乙醯氯等。由於醯氯活性較高,一般用作醯化試劑,也可通過水解等反應轉化為其他羧酸衍生物。

定義


醯氯也指各種無機含氧酸的衍生物,通式為 -M=O—Cl。M一般為非金屬元素,如C、P、S等。一些例子有:亞硝醯氯、硫醯氯、磷醯氯、亞硫醯氯等。

性質


低級醯氯是有刺鼻氣味的液體,高級的為固體。由於分子中沒有締合,醯氯的沸點比相應的羧酸低。醯氯不溶於水,低級的遇水分解。由於氯有較強的電負性,在醯氯中主要表現為強的吸電子誘導效應,而與羰基共軛效應很弱,因此醯氯中C-Cl鍵並不比氯代烷中C-Cl鍵短。

製備


醯氯最常用的製備方法是用亞硫醯氯、三氯化磷、五氯化磷與羧酸反應製得。
R-COOH + SOCl₂ → R-COCl + SO₂ + HCl
3R-COOH + PCl₃ → 3R-COCl + H₃PO₃
R-COOH + PCl → R-COCl + POCl₃ + HCl
其中一般用亞硫醯氯,因為產物二氧化硫和氯化氫都是氣體,容易分離,純度好,產率高。亞硫醯氯的沸點只有79°C,稍過量的亞硫醯氯可以通過蒸餾被分離出來。用亞硫醯氯製備醯氯的反應可以被二甲基甲醯胺所催化。
也可以用草醯氯作氯化試劑,與羧酸反應製備醯氯:
R-COOH + ClCOCOCl → R-COCl + CO + CO₂ + HCl
這個反應同樣受到二甲基甲醯胺的催化。機理中,第一步是二甲基甲醯胺與草醯氯作用生成一個活性的亞胺鹽中間體。
然後羧酸與此中間體反應,生成醯氯,並重新得到二甲基甲醯胺。
此外醯氯也可由羧酸、四氯化碳和三苯基膦發生Appel反應得到:
R-COOH + Ph₃P + CCl₄ → R-COCl + Ph₃PO + CHCl₃
羧酸與三聚氰氯反應也可以生成醯氯。
工業上有很多新工藝,如用氯氣、氯某酸和二氯化硫反應法,還有直接用硫磺、氯氣和氯某酸直接反應的,但後者反應劇烈,溫度較難控制,必須通過降低通氯和冷凍水換熱保證理想的反應溫度。

化學反應


親核反應

醯氯中的氯原子有吸電子效應,增強了碳的親電性,使醯氯更容易受到親核試劑的進攻,而且 Cl− 也是一個很好的離去基團,因此醯氯發生親核醯基取代反應的活性在所有羧酸衍生物中最強。最簡單的例子,便是低級醯氯遇水發生的水解反應:
RCOCl + H-OH → RCOOH + HCl
除此之外,醯氯還可以與氨/胺反應生成醯胺(氨解),與醇反應生成酯(醇解),與羧酸根離子反應生成酸酐等。反應中一般加入鹼(如氫氧化鈉吡啶或胺)來催化反應,並吸收反應的副產物氯化氫。由於醯氯比相應的羧酸活性更強,用醯氯作原料的反應也往往產率更高,因此製取醯胺、酯、酸酐時也往往以醯氯為原料,而不是羧酸。
醯氯和氨反應機理:
1.醯氯和胺反應生成醯胺是個產率很高的經典反應。如果所用的胺是氣態,需要用其水溶液時,反應溫度應該控制在5攝氏度以下為宜。所用儀器為,三口燒瓶,接溫度計,恆壓滴液漏斗(內盛醯氯溶液,一般用thf做溶劑),另一口可以塞上玻璃塞,加電磁攪拌,無需迴流。但此類反應均為放熱反應,醯氯滴加不宜過快。
2.液態胺類最好用溶劑稀釋后再與醯氯作用,反應過程與上述類似,但溫度控制可以稍高一些。
3.該反應副產有酸酸和鹽類物質,但這兩者均溶於水或希鹼溶液。若得到的固體在上述兩種情況下不溶解,可初步判斷就是醯胺。另外,含有苯環結構的可通過跑板判斷。
4.醯氯與胺反應光用DMF作溶劑外還需要加催化劑。

有機金屬

與格氏試劑反應時,一分子的格氏試劑與醯氯反應生成酮,然後第二分子格氏試劑可以再將酮轉化為三級醇。與活性較低的二烷基銅鋰和有機鎘試劑反應時,反應只生成酮。芳香醯氯一般不如脂肪醯氯活潑。

還原反應

還原反應:用催化氫化、氫化鋁鋰、二異丁基氫化鋁還原時,醯氯轉化為一級醇。用1mol的三叔丁氧基氫化鋁鋰還原則生成醛。用中毒的鈀催化劑使醯氯發生催化還原時,也會生成醛,這個方法稱為Rosenmund還原反應。

取代反應

氯化鐵或氯化鋁等路易斯酸催化時,醯氯可以與芳香化合物發生親電芳香取代反應(傅-克反應),生成芳香酮。反應的機理為:
一個類似的反應是Nenitzescu反應(或稱Nenitshesku反應),是用醯氯與烯烴在路易斯酸作用下反應生成酮。機理是醯基正離子先與烯烴發生親電加成生成碳正離子,由於羰基α-氫很活潑,因此消除質子便得到不飽和酮。
醯氯與過氧化鈉作用生成過氧化醯化合物,過氧醯化合物中含有過氧鍵-O-O-,在受熱或光照下,不穩定的過氧醯便發生分解,放出CO並生成自由基,是常用的自由基反應的引發劑。過氧化苯甲醯是熔點為103-106℃的白色結晶性粉末。它微溶於水,在乙醚、丙酮、氯仿、苯中有較好溶解性。該物質易燃,當受到撞擊、受熱或磨擦時能爆炸;它與硫酸相遇時發生劇烈的反應並燃燒。過氧化苯甲醯用於橡膠的硫化劑,油脂的精製、麵粉的漂白、纖維的脫色等方面。