# 酰化反应

> 化学 · CIE A-Level
> 来源: https://www.owlsprep.com/zh/study/cie-9701-u26-acylation-reactions/

本模块讲解酰化反应，即向亲核底物添加酰基（$RCO-$）的反应。你将学习通用的亲核酰基取代机理、常见酰化剂的反应活性，以及酰化反应的主要合成应用。

**先修:** [亲核取代反应机理](https://www.owlsprep.com/zh/study/cie-9701-u20-nucleophilic-substitution/); [羧酸衍生物的结构](https://www.owlsprep.com/zh/study/cie-9701-u26-intro-carboxylic-acid-derivatives/)

## 学习目标

- 描述亲核酰基取代的反应机理
- 比较常见酰化剂的反应活性
- 判断醇、胺和芳烃酰化反应的产物
- 概述酰化反应在合成和工业中的主要应用

## 核心定义与常见酰化剂

**酰化反应** — 向有机分子中引入酰基（$RCO-$ 或 $ArCO-$）的化学反应。产物中酰基始终与碳原子共价连接。

*记法:* General product: $RCO-Nu$

*例:* 乙酰氯向乙醇中添加乙酰基（$CH_3CO-$），生成乙酸乙酯。

酰化剂是酰化反应中提供酰基的缺电子化合物。CIE 9701考试中最常考查的两种酰化剂是酰氯（酸氯）和酸酐。

- **酰氯 ($RCOCl$)**: 反应活性高，常用于小规模实验室合成。
- **酸酐 ($(RCO)_2O$)**: 反应活性低于酰氯，价格更低、腐蚀性更小，适用于大规模工业生产。

> **info**
>
> 酰氯在室温下即可顺利反应，而酸酐通常需要微热才能反应。

**例题:** 在$CH_3COCl$与氨反应生成$CH_3CONH_2$的过程中，指出酰化剂和酰基。

1. 步骤1：确定产物中的酰基：即与氮原子连接的$CH_3CO-$基团。
2. 步骤2：提供酰基的反应物就是酰化剂，此处为乙酰氯 ($CH_3COCl$)。
3. 酰化剂离去的离去基团是氯离子 $Cl^-$。

## 亲核酰基取代反应机理

**亲核酰基取代** — 所有酰化反应都遵循的两步加成-消除机理，酰基碳上的离去基团 $Y^-$ 被亲核试剂 $Nu^-$ 取代。

*记法:* $RCOY + Nu^- \rightarrow RCONu + Y^-$

酰基碳是缺电子的，因为羰基中电负性更大的氧会吸电子，使酰基碳带部分正电荷δ+，从而吸引亲核试剂。

**例题:** 写出乙酰氯与氢氧根亲核试剂（$OH^-$）反应的机理。

1. 步骤1（加成）：带负电的氢氧根亲核试剂上的孤对电子进攻带δ+的酰基碳。C=O的π键断裂，电子转移到氧原子上，形成带负电的四面体中间体。
2. $$CH_3COCl + OH^- \rightarrow [CH_3C(O^-)(OH)Cl]^-$$
3. 步骤2（消除）：带负电氧原子上的孤对电子重新形成C=O双键，消除最优离去基团（氯离子 $Cl^-$）。
4. $$[CH_3C(O^-)(OH)Cl]^- \rightarrow CH_3COOH + Cl^-$$
5. 最终有机产物是乙酸，离去基团为氯离子。

> **考试提示:** 一定要从亲核试剂的孤对电子或负电荷处开始画弯箭头，并且明确标出四面体中间体上的负电荷，才能拿到满分。

## 常见亲核试剂的酰化反应

CIE考试通常考查三种亲核试剂的酰化反应，每种都会生成不同的羧酸衍生物产物：

| 亲核试剂 | 酰氯产物 | 酸酐产物 |
| --- | --- | --- |
| 水 ($H_2O$) | 羧酸 + 氯化氢 | 羧酸 + 羧酸 |
| 醇 ($ROH$) | 酯 + 氯化氢 | 酯 + 羧酸 |
| 伯胺 ($RNH_2$) | N-取代酰胺 + 氯化氢 | N-取代酰胺 + 羧酸 |

> **tip**
>
> 胺的酰化反应需要2摩尔胺：一摩尔作为亲核试剂，另一摩尔中和副产物HCl。

**例题:** 预测丙酰氯（$CH_3CH_2COCl$）与甲胺（$CH_3NH_2$）反应的有机产物。

1. 步骤1：确定亲核试剂：甲胺是伯胺类亲核试剂。
2. 步骤2：离去基团 $Cl^-$ 被 $CH_3NH-$ 亲核试剂取代，因此产物是N-取代酰胺。
3. 步骤3：主链来自丙酸的酰基，甲基连接在氮原子上。产物名称为N-甲基丙酰胺，分子式为 $CH_3CH_2CONHCH_3$。
4. 副产物HCl与过量甲胺反应生成甲基氯化铵 $CH_3NH_3^+Cl^-$。

## 傅-克酰基化反应

傅-克酰基化是芳烃（芳香化合物）发生酰化反应生成芳香酮的反应。它是亲电取代反应，需要路易斯酸催化剂（通常为氯化铝，$AlCl_3$）。

**傅-克酰基化反应** — 芳烃发生的引入酰基的亲电取代反应，产物为芳香酮。该反应可以避免傅-克烷基化中出现的碳正离子重排。

**例题:** 写出苯与乙酰氯的反应，命名产物并说明$AlCl_3$的作用。

1. 步骤1：路易斯酸催化剂 $AlCl_3$ 与乙酰氯反应，生成活性亲电试剂：酰基正离子 $CH_3C^+=O$。
2. $$CH_3COCl + AlCl_3 \rightarrow CH_3C^+O + AlCl_4^-$$
3. 步骤2：酰基正离子进攻苯环，随后消除质子重新形成稳定的芳香环。$H^+$ 与 $AlCl_4^-$ 反应，再生出 $AlCl_3$ 催化剂。
4. 有机产物是苯乙酮，分子式为 $C_6H_5COCH_3$。
5. $AlCl_3$ 的作用：它是路易斯酸催化剂，负责生成活性的酰基正离子亲电试剂。

> **考试提示:** 和傅-克烷基化不同，傅-克酰基化只会引入一个酰基，因为酮产物的反应活性低于起始芳烃。

## 常见错误

- **错误做法:** 让亲核试剂进攻离去基团的碳原子，而非酰基的羰基碳原子
  - 原因: 只有酰基的羰基碳原子是缺电子的（δ+），容易被亲核试剂进攻
  - 正确做法: 始终画亲核试剂进攻酰基的羰基碳
- **错误做法:** 忘记在加成-消除机理中画出四面体中间体上的负电荷
  - 原因: CIE阅卷官要求明确标出电荷才能给机理题满分
  - 正确做法: 将负电荷标在原本属于羰基的氧原子上
- **错误做法:** 将氮原子上的烷基作为主链命名N-取代酰胺
  - 原因: 主链始终是酰基的碳链，而非氮上的取代基
  - 正确做法: 根据酰基来源的羧酸命名酰胺，氮上的烷基添加N-前缀
- **错误做法:** 认为苯傅-克酰基化的直接产物是烷基苯
  - 原因: 酰化反应引入的是酰基而非烷基，要得到烷基苯需要进一步还原脱除羰基
  - 正确做法: 任何芳烃傅-克酰基化的直接产物都一定是芳香酮

## 速查表

| 组分 | 详情 |
| --- | --- |
| 酰氯 ($RCOCl$) | 高反应活性，实验室使用，离去基团：$Cl^-$ |
| 酸酐 ($(RCO)_2O$) | 中等反应活性，工业使用，离去基团：$RCOO^-$ |
| 水 + 酰化剂 | 产物：羧酸 |
| 醇 + 酰化剂 | 产物：酯 |
| 胺 + 酰化剂 | 产物：N-取代酰胺 |
| 傅-克酰基化 | 催化剂：$AlCl_3$，产物：芳香酮 |
| 通用机理 | 两步加成-消除，四面体中间体 |

## 下一步

酰化反应是CIE A-Level化学有机合成的核心内容，经常出现在试卷2、3、4的多步合成题中。你在这里学习的亲核酰基取代机理是所有羧酸衍生物反应共通的，掌握它能帮助你理解酯水解、酰胺生成等其他反应。傅-克酰基化是合成直链烷基苯的关键合成工具，因为它可以避免傅-克烷基化过程中发生的碳正离子重排。它被广泛用于工业生产药物和精细化学品。你可以探索下方相关主题，完善你对羧酸衍生物和芳香化学的知识体系。

- [有机合成](https://www.owlsprep.com/zh/study/cie-9701-u27-overview/)
- [合成路线规划](https://www.owlsprep.com/zh/study/cie-9701-u27-synthetic-route-planning/)
- [产率和纯度计算](https://www.owlsprep.com/zh/study/cie-9701-u27-yield-and-purity-calculations/)

---

来自 [OwlsPrep](https://www.owlsprep.com) —— A-Level / IB / AP / IGCSE 免费学习指南，依据官方考纲编写。原页面：https://www.owlsprep.com/zh/study/cie-9701-u26-acylation-reactions/