第六章烷基化

1、烷基化1.概述1.1 烷基化的定義 有機化合物分子中的C、N、O、P或S等原子上引入烴基的反應，叫做烴化反應。烴基：烷基（R）-最為重要，因此烴化又稱烷基化。 烯基（C=C）、炔基（CC） 芳基（Ar） 取代烴基(CH2COOH,CH2CH2OH,CH2CH2CN)1.2 烷基化反應的類型芳環(huán)上的C烷基化N烷基化O烷基化2.芳環(huán)上的C烷基化2.1 芳環(huán)上的C-烷基化的定義芳環(huán)上的C烷基化：在催化劑作用下向芳環(huán)的碳原子上引入烷基，得到取代烷基芳烴的反應。付-克反應：Lewis酸催化作用下，芳烴及其衍生物與烯烴、鹵烷、酰鹵、酸酐等活性組分反應，形成新的C-C鍵的反應。引入烷基的反應叫付-克烷基化反

2、應。引入酰基的反應叫付-克?；磻?。+RCl無水AlCl3R+HCl2.2 烷基化試劑 鹵烷烷基相同而鹵素原子不同：RIRBrRCl鹵素原子相同烷基不同：芐鹵R3CXR2CHXRCH2XCH3X注：不能用鹵帶芳烴，如氯苯或溴苯來代替鹵烷，因為連在芳環(huán)上的鹵素反應活性較低，不能進行烷基化反應。 烯烴烷化劑中生產成本最低、來源最廣的原料，廣泛用于芳烴、芳胺和酚類的C-烷基化。常用的烯烴有：乙烯、丙烯、異丁烯以及一些長鏈??；-烯烴。 醇、醛和酮較弱的烷基化劑，醛酮用于合成二芳基或三芳基甲烷衍生物。2.3 Catalyst(1)路易斯酸：主要指一些金屬鹵化物?；钚裕篈lCl3FeCl3SbCl5Sn

3、Cl4BF3TiCl4ZnCl2作用：使烷基化劑強烈極化，以轉變成活潑的親電質點。最常用的路易斯酸為AlCl3優(yōu)點：價廉易得，催化活性好。缺點：有大量的氯鹽費酸液生成；有時由于副反應而不適于活潑芳烴（如：酚、胺類）的烷基化反應；另外無水AlCl3 有極強的吸水性，遇水會立即分解放出氯化氫和大量的熱，嚴重時引起爆炸。 （2）質子酸：主要指氫氟酸、硫酸和磷酸等。 催化活性：HFH2SO4P2O5H3PO4無水HF活性很高，常溫就可使烯烴和苯反應，且不易引起副反應。但是HF遇水后會有強腐蝕性，且價格較貴，從而限制了其應用，目前工業(yè)上主要用于十二烷基苯的合成。以烯烴、醇、醛和酮為烷化劑時，廣泛用硫酸作

4、催化劑。用硫酸作催化劑時，必須特別注意選擇合適的硫酸濃度，否則可能會發(fā)生芳烴的磺化，烷化劑的聚合、酯化、脫水和氧化等副反應。磷酸是較緩和的催化劑，無水硫酸在高溫時能脫水變成焦磷酸。工業(yè)上使用的磷酸多是將磷酸沉淀在硅藻土、硅膠或沸石載體上的固體磷酸催化劑，常用于烯烴的氣相催化烷基化。由于磷酸的價格比三氯化鋁、硫酸貴很多，限制了其應用。2.4 反應歷程和烷基化方法 芳環(huán)上的親電取代反應：+R+HR+RH+2.4.1 烯烴烷化法 烯烴為烷化劑一般用質子酸作催化劑，工業(yè)中常用AlCl3。 工業(yè)上常用于芳烴、芳胺和酚類的C-烷基化（如大規(guī)模制備乙苯、異丙苯和高級烷基苯），常用的烯烴有乙烯、丙烯以及長鏈-

5、烯烴。CH2=CH2+H+CH3CH3+CH3CH3CH3C=CH2+H+CH3CH3C+R+HR+RH+慢快2.4.2 鹵烷烷化法 鹵烷為烷化劑一般以AlCl3為催化劑。R-Cl + AlCl3R-Cl : AlCl3分子絡合物R+ .AlCl4-R+ + AlCl4-離子絡合物離子對一般認為，當R 為芐基、烯丙基或仲烷基時，比較容易生成離子對或離子絡合物；當R 為伯烷基時，往往不易生成R+，而是以分子絡合物參加反應。工業(yè)上通常使用氯代高級烷烴與苯系物反應制備高級烷基苯。+-CH2=CH-CH2CH2+R3C R2CH RCH2 CH3+R-Cl + AlCl3R-Cl : AlCl3分子絡

6、合物R+ .AlCl4-R+ + AlCl4-離子絡合物離子對2.4.3 醇、醛或酮烷化法 醇、醛或酮為烷化劑質子酸為催化劑烷化能力較弱，僅適用于苯、萘、酚及芳胺等活性芳烴的C-烷基化。ROH + H +ROH2+R+ H2OH(R)CRO + H+H(R)CROHAr-HH(R)CROHArH(R)C+RAr2.5 反應特點（1）連串反應 由于烷基是供電子基團，芳環(huán)上引入烷基后因電子云密度增加而比原先的芳烴反應物更加活潑，有利于其進一步與烷化劑反應生成二取代烷基芳烴。但隨著烷烴數(shù)目增多，空間效應會阻止進一步引入烷基，使反應速率減慢。 一般來說，單烷基苯的烷基化速率比苯快，當苯環(huán)上取代基數(shù)目增

7、加，由于空間效應，實際上四元以上取代烷基苯的生成很少。 工業(yè)生產中，為了控制烷基苯和多烷基苯的生成量，必須選擇適宜的催化劑和反應條件，其中最重要的是控制反應原料和烷基化劑的物質的量的比，常使苯過量較多，反應后再加以回收循環(huán)使用。 （2） 可逆反應 烷基苯在強酸催化劑存在下能發(fā)生烷基的歧化和轉移，即苯環(huán)上的烷基可以從一個苯環(huán)上轉移到另一個苯環(huán)上，或從一個位置轉移到另一個位置上。 工業(yè)上的應用：當苯量不足時，有利于二烷基或多烷基苯的生成；當苯過量時，有利于發(fā)生烷基轉移，使多烷基苯向單烷基苯轉化，因此可利用這一特性使副產物多烷基減少，并增加單烷基苯總收率。+RRR2(3) 碳正離子重排 除乙烯外，用

8、烯烴作烷基化劑時，總是引入帶支鏈的烷基。如用正丙基氯在無水三氯化鋁作催化劑與苯反應時，得到的正丙苯只有30%，而異丙苯卻高達70%。2.6 生產實例2.6.1 異丙苯的生產 異丙苯的主要用途是再經過氧化和分解，制備苯酚和丙酮。工業(yè)上丙烯和苯的連續(xù)烷基化用液相和氣相兩法均可生產。所用的苯需預先脫硫，以免影響催化的活性。+CCH2=CH-CH3AlCl3CH3CH33.N-烷基化3.1 N-烷基化的定義NH3+ R-ZRNH2+HZRNH2+ R-ZRNHR+HZRNHR+ R-ZRNR2+HZ+RNR2+ R-ZRNR3+HZN-烷基化：向氨或胺類氨基中的氮原子上引入烷基，生成烷基取代胺類（伯胺

9、、仲胺、叔胺、季胺鹽）的反應。R-Z 為烷基化劑，包括醇、鹵代烷、酯、烯烴、醛和酮、環(huán)氧乙烷等化合物。3.2 反應歷程和烷基化方法ArNH2R+R:伯胺仲胺叔胺季銨鹽+N+ArHHRNArH:H+RN+ArHRRNArR:H+RN+ArRRR+R+烴化試劑：醇、鹵代烷、酯、烯烴、醛和酮、環(huán)氧乙烷等。3.2.1 醇為烷化劑特點：（1）以R+為活性質點的親電取代反應；（2）使用強酸性催化劑以提供質子；（3）受空間效應影響，以高碳醇對芳胺進行N-烷化，只得到一烷苯胺；（4）連串反應；（5）可逆反應。ROH+H+R+-OH2R+H2O重要產品（1）N-甲基苯胺 (2)N，N-二甲基苯胺NHCH3NH2

10、+2CH3OHN(CH3)2( +NHCH3)高壓液相烷化法H2SO4摩爾比：13.20.1196%0.5%3.2.2 鹵烷為烷化劑常用烷化劑：R-IR-BrR-Cl主要產品：N-乙基-N-芐基苯胺NHC2H5+ClCH2110，3hCH2OC18H37CHOCH2OEtOH/HCl加熱，2hCH2OC18H37CHOHCH2OHCH2OHCHOCH2OMe2CO/HCl4.2.3 環(huán)氧乙烷為烷化劑R 為供電子基或苯，在a處斷裂；R為吸電子基團得b處斷裂產物。反應機理，堿催化：ROH+RHCCOHHROCHRCH2OHRHCCOHHHRHCCOHHH+RHCCOHHH+NuababRHCCH2

11、OH+OHRCH-CH2ROH+RHCCOHHROCHRCH2OHRHCCOHHHRHCCOHHH+RHCCOHHH+NuababRHCCH2OH+OHRCH-CH2R 為供電子基或苯，在a處斷裂；R為吸電子基團得b處斷裂產物。反應機理，堿催化：ROH+RHCCOHHROCHRCH2OHRHCCOHHHRHCCOHHH+RHCCOHHH+NuababRHCCH2OH+OHRCH-CH2RHCCOHHRORHCCHOORRCHCH2OROROHRCHCH2OROH+ ROSN2雙分子親核取代，開環(huán)單一，立體位阻原因為主，反應發(fā)生在取代較少的C 上。4.2.4 烯烴為烷化劑C3H7OH +ONaO

12、HC3H7OCHCH2-CHH3CO45%CH3CH=CHCHCO, -CN, -COOR, -COOH醇對烯烴雙鍵進攻，加成生成醚。烯烴結構中若無極性基團，反應不易進行；只有當雙鍵兩端連有吸電子基，才能反應。CO, -CN, -COOR, -COOHCH3OH + CH2=CHCNNaOCH390，1hCH3OCH2CH2CN4.3 酚羥基的烷基化 酚酸性大于醇，所以活性比醇大，醇的氧烴化試劑均可做酚的氧烴化試劑。R+RXOH-OHROR+X-+H2O4.3.1 鹵烷為烷化劑鹵代烴與酚在堿存在下，很易得到較高收率的酚醚，一般加NaOH即可形成芳氧負離子，或用NaCO3，KCO3作為除酸劑。應用：芳基脂肪醚的制備OHCONH2EtBr/NaOHOEtCONH24.3.2 硫酸二甲酯為烷化劑在堿性條件下，酚氧負離子向顯正電性的甲基親核進攻，MeSO4-作為負離子離去，酚氧負離子