精细化学品化学烃化与酰化.ppt

1、2019/7/17,1,烷化反应：在有机分子的氨基、羟基、巯基及酰胺基等官能团上的氢被烷基取代的反应。 酰化反应：氨基、羟基、巯基及酰胺基官能团上的氢被酰基取代的反应。,第一节 概述,一、定义,第七章烃化与酰化,烃化和酰化单元过程是合成仲胺、叔胺、季铵盐、酰胺及醚类化合物的重要方法。可用下面的通式来概括这两种单元过程：,2019/7/17,2,涉及的反应是取代连接在带有孤对电子的氮、氧、硫原子上的氢的反应。对于这些基团来说是亲电取代，反应活性与孤对电子的活性成正比，所以脂肪族的氨基和羟基都比芳香族的氨基和羟基的反应活性高。,2019/7/17,3,与官能团相连的原子上有供电子基团能增加反应活性

2、；有吸电子基团会使反应活性下降。,在接近中性条件下氨基上氢的反应活性高于羟基的氢，但在强碱性条件下羟基的反应活性大于氨基。,由于烷基的供电性，引入第一个烷基后，第二个氢尚有反应活性，因此氨基的烷化是连串反应；而酰基具有吸电性，因此引入第一个酰基后，使分子电子云密度下降，不利于引入第二个酰基。,2019/7/17,4,通过烷化和酰化可以合成种类繁多的产品，它们的应用广泛。如：仲胺、叔胺、酰胺和醚类是有机合成的重要中间体；季铵盐: 阳离子表面活性剂和相转移催化剂的重要品种；用环氧化物烷化得到的聚醚是非离子表面活性剂的主要类型。,二、工业意义,2019/7/17,5,第二节 烷化的类型及烷化剂,一、

3、烷化反应的类型,(一)取代反应型,离去基团Z主要是卤素离子、羟基和强酸的酸根。,2019/7/17,6,(二)加成型,2019/7/17,7,(三)缩合-还原型,2019/7/17,8,1、取代型烷化剂 这类烷化剂有醇、醚、卤烷和强酸的酯类。如： CH3OH、C2H5OH、C2H5OC2H5、CH3Cl、C2H5Br、C6H5CH2Cl、HOCH2CH2Cl、 ROSO2C6H4CH3、(CH3)2SO4、(C2H5)2SO4、(C2H5)3PO4、 (C2H5)2HPO3 等。,二、烷化剂,2019/7/17,9,这类烷化剂的反应能力取决于与烷基相连的离去基团。卤烷和强酸的酯类是比醇活泼的烷

4、化剂，因此当醇的烷化能力不能满足反应要求时，可以将醇转化为卤烷或磺酸酯。,2、加成型烷化剂 主要是烯烃衍生物和环氧化物。如：,2019/7/17,10,3、缩合-还原型烷化剂主要是醛和酮。,第三节 取代烷化,一、用醇或醚烷化,醇的烷化反应能力低，只有在催化剂存在下反应才能顺利进行，而且用醇进行的烷化反应是可逆的。,2019/7/17,11,虽然醇的烷化反应能力不如卤烷和强酸的酯，但甲醇和乙醇由于价廉易得，仍是常用的烷化剂。,用醇可以进行气相烷化，也可以进行液相烷化，气相烷化大多采用连续化工艺，液相烷化则多采用间歇工艺。,2019/7/17,12,1、用醇进行液相烷化苯胺在225甲基化时，平衡常

5、数K1=9.2102，K2=6.8 105，这种条件下一甲基苯胺含量很少。,k2/k1=1000,2019/7/17,13,实验测得的苯胺的乙基化平衡常数为K1=30，K2=2.7，反应达到平衡时，二乙基苯胺的含量接近30%，一乙基苯胺的含量接近60%。如果为了生产二乙基苯胺，用乙醇作烷化剂是不合适的。,k2/k1=9/100,2019/7/17,14,用醇进行液相烷化采用酸催化：硫酸、氢卤酸和磷酸都有催化活性。苯胺与甲醇在225反应，酸催化活性顺序是：,反应特点： 以R+为活性质点的亲电取代反应； 使用强酸性催化剂以提供质子； 连串反应； 受空间效应的影响，以高碳醇对芳胺进行N 烷化时，只得

6、到一烷苯胺； 可逆反应。,2019/7/17,15,32%盐酸 35%氢溴酸92%硫酸 45%氢碘酸 90%磷酸 由于氢卤酸腐蚀性强，因此工业上多采用浓硫酸为催化剂。硫酸与胺的摩尔比为0.060.3：1。酸的作用是有利于使烷化剂形成烷基正离子，从而亲电进攻被烷化物：,2019/7/17,16,随着醇的结构和反应条件不同，也可能不是先解离成阳离子，而是旧键的断裂与新键的形成同步进行：,2019/7/17,17,说明： (1)酸催化时酸不同，反应活性不同； (2)反应不止停留在一步； (3)脂肪胺的反应速度大于芳胺。,(4)对于芳胺，若使用质子酸催化剂，易发生在环上取代，或支链上取代后又易重排，故

7、控制温度很重要。,2019/7/17,18,2、用醇进行液相烷化生产实例 N,N-二甲基苯胺的制备：,工艺过程： 首先将苯胺、甲醇与硫酸按1：3：0.1摩尔比混合均匀后加到带搅拌的高压釜中，在205 215 、 3MPa下保温6h。,2019/7/17,19,保温结束后放出过量的甲醇及副产二甲醚，然后用碳酸钠中和游离酸，静置分层，有机层是粗N,N-二甲基苯胺，水层中含有季铵盐和硫酸钠。季铵盐是按下式生成的：,2019/7/17,20,季铵盐是比较稳定的化合物，为了回收水中的季铵盐，在油层和水层分离后，往水层中加入30%的苛性钠溶液，在密闭情况下170左右加热，季铵盐才能分解：,水解得到的N,N

8、-二甲基苯胺与水层分离后，与上述甲基化过程中得到的粗产品合并，进行蒸馏精制。,2019/7/17,21,2019/7/17,22,N-乙基苯胺60；N,N-二乙基苯胺2125；未反应苯胺1519,N-乙基苯胺,2019/7/17,23,二、用卤烷或酯类烷化,卤烷和酯类，特别是强酸的酯是比较活泼的烷化剂，由于它们常常是由醇合成的，因此比相应的醇价格要高，常用于不太活泼的氨基或羟基的烷化或季铵化。但也有些卤烷如氯苄、氯乙酸等比相应的醇容易制备，因此苄基化或羧甲基化多用卤烷为烷化剂。,2019/7/17,24,卤烷的反应活性顺序是： RI RBr RCl 同系物的反应活性随碳链增长而减弱。硫酸二甲酯

9、的毒性较大，使用时须注意安全。,(一) 用卤烷或酯类进行胺类烷化,1、卤化物作烷化剂用卤烷为烷化剂时，反应中要放出卤化氢，为使反应顺利进行，常常要加缚酸剂，如氢氧化钠(钙)、碳酸钠和氧化镁等。例：,2019/7/17,25,氯化氢的排走也与-R的大小有关，若-R为甲基或乙基时，氯化氢又易于发生卤化反应，故一般需在碱性条件下除去。,2019/7/17,26,在HO-中与-NH2上均可发生烷化，碱性时发生在-OH上，而中性时则发生在-NH2上。对位有硝基、氰基、羧酸酯等吸电子基团的苯胺衍生物，用溴丙烯、溴化苄或硫酸二甲酯烷化时，加入型沸石可促进反应，特别是有利于提高仲胺的选择性。,2019/7/1

10、7,27,2、酯类作烷化剂最常用的酯类烷化剂是硫酸酯和磺酸酯，此外，还有磷酸酯、亚磷酸酯和碳酸酯。,2019/7/17,28,(二)用卤烷或酯进行羟基的烷化,1、甲基化可用氯甲烷 由于它的沸点低于常温，必须在耐压设备中反应。(很少使用)2、硫酸二甲酯或对甲苯磺酸甲酯 硫酸二甲酯或对甲苯磺酸甲酯可在常压下反应。硫酸二甲酯在烷化过程中分两步反应：,2019/7/17,29,第一步反应活性很高，可在100以下反应，硫酸甲酯的反应活性比二甲酯低得多；第二步反应要在较高温度才能进行。,例：对羟基苯甲酸甲基化：,2019/7/17,30,2019/7/17,31,将醇转变为对甲苯磺酸酯，再以磺酸酯进行基化

11、：,2019/7/17,32,3、酚类烷化时溶剂对烷基进入的位置有明显影响。例：苯酚钠盐与氯苄反应时，以醚或二甲基亚砜为溶剂时只发生O-烷化，而在强质子化溶剂中则可发生C-烷化。,醚或二甲基亚砜,强质子化溶剂,2019/7/17,33,氨基酚既含有羟基又含有氨基，在中性或弱酸性介质中氨基的亲核能力大于羟基，而在碱性介质中酚盐负离子的亲核性大于氨基，因此在碱性介质中有可能使羟基烷化而保留氨基。 有专利提出，在非质子化溶剂中，在醇钠或氢氧化钠存在下可得到氨基苯基醚。 例：邻氨基酚在二甲基乙酰胺介质中，在氢氧化钠存在下与氯甲烷在80反应，邻氨基苯甲醚收率可达89.5%（控制pH)：,2019/7/1

12、7,34,胺基酚类的O-烷化时也可以先将氨基酰化，然后进行烷化，引入烷基后再将酰基水解掉(保护、去保护）。如：,2019/7/17,35,4、醇钠与卤烷反应可合成不对称脂肪醚。如：,2019/7/17,36,第四节 加成烷化,一、用丙烯酸（腈）衍生物进行烷化,丙烯酸,丙烯腈,丙烯醛,2019/7/17,37,例：N-乙基苯胺在无水三氯化铁作用下130与丙烯腈反应，转化率60%64%，收率88%90%。,2019/7/17,38,又：苯胺与过量的丙烯腈（摩尔比1：2.5），在氯化铜和乙酸作用下， 90110回流反应，可得到N,N-二氰乙基苯胺：,2019/7/17,39,又：脂肪胺氰乙基化以后再

13、加氢可得到丙二胺衍生物，它们可用作环氧树脂的固化剂：,又：醇类进行加成烷化：,2019/7/17,40,醇和酚与环氧化物作用生成的醚键较稳定，性能较好，这类聚醚是非离子表面活性剂的主要品种。 1、用碱催化时：,二、用环氧化物对醇和酚的烷化,2019/7/17,41,注意：一般情况下，伯醇反应迅速，仲醇反应慢，叔醇反应困难。对于同系物，低碳醇反应活性高，高碳醇反应活性低。对于酚类，芳环上有供电子基团时反应活性高。,2019/7/17,42,例：不同取代基X的酚的反应活性是：,2、以1,2-环氧丙烷作烷化剂时，随反应条件的差异，参加反应的碳的位置也不同。,2019/7/17,43,(1) 以醇钠催

14、化时：,(2)以三氟化硼催化时：,2019/7/17,44,第五节 缩合-还原烷化,胺类与醛或酮缩合生成席夫碱，在还原剂作用下可得到仲胺和叔胺：,一、缩合-还原反应,氨与醛缩合并加氢可得到相应的伯胺：,2019/7/17,45,当胺或羰基物的任一方含有芳基时，则形成的席夫碱是稳定的，这种情况允许将席夫碱分离出来，然后再还原，不过一般情况下没有必要这样做。,脂肪胺与脂肪醛或酮缩合生成的席夫碱容易分解或聚合，所以必须在缩合的同时进行还原。,2019/7/17,46,还原可以用锌粉在酸性介质（如硫酸或盐酸）中进行，也可以在碱性介质中进行。甲酸是一种常用的还原剂。此外在RhCl3存在下，一氧化碳可以作

15、为还原剂制备仲胺或叔胺：,二、还原剂,2019/7/17,47,还可以用苯硒酚在室温下还原席夫碱。例：,由芳香伯胺或仲胺制得的席夫碱可在酸性水溶液中用硼氢化钠还原。,收率95%；也可同步缩合和还原，收率达92%。,2019/7/17,48,酰化的作用： 1、氨基或羟基等官能团与酰化剂作用可转变为酰胺或酯，引入酰基后可改变原化合物的性质和功能。,2、酰化可提高胺类化合物在化学反应中的稳定性或使芳香族亲电取代反应发生在氨基的邻、对位，以满足合成工艺的要求。,第六节 酰化剂及反应,一、概述,2019/7/17,49,有些氨基物在反应条件下容易被氧化，酰化后可增强抗氧化性；有些芳胺在进行硝化、氯磺化、

16、氧化前，常常要把氨基进行“暂时保护”性酰化，反应完成后再将酰基水解掉。例：,2019/7/17,50,2019/7/17,51,酰化剂用AcZ表示。其中： (1)酸类，如甲酸、乙酸、2-羟基-3-萘甲酸； (2)酸酐，如乙酸酐、丙酸酐、邻苯二甲酸酐； (3)酰氯，如乙酰氯、苯甲酰氯、对甲苯磺酰氯、光气、三聚氯氰等； (4)其它：如弱酸的酯类、酰胺类、乙烯酮以及二乙烯酮等。其中最常用的是前三类。,二、酰化剂,2019/7/17,52,三、用羧酸的酰化,1、羧酸作酰化剂反应的特点 (1)优点：羧酸与羧酸酐和羧酰氯相比，是最便宜最常用的酰化剂。 (2)缺点：羧酸的反应能力不如酸酐和酰氯，而且用羧酸酰

17、化是可逆过程（为什么？）：,2019/7/17,53,从反应可看出，最后还要生成水。要除去反应中生成的水，才能使酰化反应进行完全。,如果反应物和生成物都是难挥发物质，则应不断将反应生成水蒸出；,2019/7/17,54,如果反应物与水形成共沸混合物，冷凝后又可与水分层，则可采用共沸蒸馏，冷凝后使有机层返回反应器； 也可往反应器中加入苯或甲苯等能与水形成共沸的物质帮助脱水； 少数情况可加入化学脱水剂如五氧化二磷、三氯化磷和氧氯化磷等。,2019/7/17,55,不论是永久还是暂时性保护的乙酰化都是最常用的酰化过程。因反应是可逆的，一般要加入过量的乙酸，当反应达到平衡后，再逐渐蒸出过量的乙酸，并将

18、水分带出。 例：合成乙酰苯胺时是将苯胺与过量10%50%的乙酸混合，在120（沸点118）以下回流，使反应达到平衡，然后停止回流，逐渐蒸出过量的乙酸和生成水，即可使反应趋于完全。,2、保护性酰化,2019/7/17,56,(1)邻位或对位甲基苯胺，以及邻位或对位烷氧基苯胺，也可用类似方法酰化。 (2)含有磺酸基的芳胺，在酰化之前需要把磺酸基中和，使其变为水溶性的胺。,(3)在暂时保护性酰化时常常使用过量的甲酸与芳胺作用：,2019/7/17,57,反应是在保温一段时间后，真空下150把生成水全部蒸出，反应即可完成。,(4)个别情况下为加速反应并提高收率，可在反应时加入适量乙酐：,混合酸酐,20

19、19/7/17,58,(5)混合酸酐中甲酰基比乙酰基活泼（甲酰基较乙酰基少了一个供电的甲基），和胺作用时生成的是甲酰化物：,四、用酸酐酰化,1、酸酐活性及应用酸酐是比酸活性高的酰化剂，但价格要比酸贵，多用于活性较低的氨基或羟基的酰化。,2019/7/17,59,一般情况下，酸酐比相应的酰氯的价格要低些，但酸酐需要专用设备并在特殊条件下生产。因此工业上常用的酸酐类酰化剂仅是比较容易制造的乙酐、丙酐和邻苯二甲酸酐等少数几种。,2、酸酐酰化的特点用酸酐进行酰化是不可逆的，在低温下酸酐水解较慢，因此用乙酐酰化时可以在水介质中进行。,2019/7/17,60,3、胺类化合物的酰化,（1）催化剂胺类用酸酐

20、酰化时可用硫酸或盐酸催化，碱性较强的胺酰化时一般不需要催化剂。,2、胺类的酰化产物伯胺和仲胺都能与乙酐反应，脂肪族伯胺与乙酐反应时，主产物是N,N-二乙酰基胺。芳香族伯胺与乙酐反应的主产物是一酰化物。芳胺长时间与乙酐作用也可得到二乙酰化物，但它在水中不稳定，容易脱去一个酰基。,2019/7/17,61,例：苯胺与水的混合物在常温下滴加乙酐，酰化反应立即进行，并放出热量，物料搅拌冷却后即可析出乙酰苯胺。,3、反应实例,2019/7/17,62,又：间苯二胺与等摩尔盐酸作用，生成间苯二胺的单盐酸盐，然后控制在510加入乙酐，用Na2CO3保持pH 0.30.5，间乙酰氨基苯胺盐酸盐的收率94%：,

21、五、用酰氯酰化,2019/7/17,63,1、酰氯特点酰氯是最强的酰化剂，适用于活性低的氨基或羟基的酰化，当酸本身的酰化活性不够时，可将酸转变为酰氯。,2、羧酰氯的制备 (1)羧酰氯可由羧酸与稍过量的氯化亚砜作用制得。,2019/7/17,64,(2)羧酰氯也可由光气、三氯化磷或五氯化磷制得。,例：香料苯乙酸对基甲苯酯的合成过程是：将苯乙酸在40减压脱水，冷却后滴加氯化亚砜，反应至无氯化氢放出为止，得到苯乙酰氯：,2019/7/17,65,不经分离，直接往物料中加入对甲酚至无氯化氢放出，将温度升至90，这时又有氯化氢放出，当再次停止放出氯化氢即为反应终点：,2019/7/17,66,作业1、烷化反应的类型有哪些？2、常用的烷化剂有哪些？3、各种取代烷化有何特点？4、加成烷化反应有哪些特点？5、用羧酸、酸酐、酰氯等酰化试剂哪些特点？,