精細有機合成技術(shù)第十章

1、精細有機合成技術(shù)第十章第1頁，共80頁，2022年，5月20日，9點29分，星期二第一節(jié) 概述 一、氨解反應及其重要性 氨解指的是氨與有機物發(fā)生復分解反應而生成伯胺的反應。氨解反應通式可簡單地表示如下： 式中R可以是脂基或芳基，Y可以是羥基、鹵基、磺酸基或硝基。 而氨與雙鍵加成生成胺的反應叫胺化。通常將氨解與胺化稱為氨基化。廣義上，氨解和胺化還包括所生成的伯胺進一步反應生成仲胺和叔胺的反應。脂肪族伯胺的制備主要采用氨解和胺化法。其中最重要的是醇羥基的氨解和胺化法，其次是羰基化合物的胺化氫化法，有時也用脂鏈上鹵基氨解法。 第2頁，共80頁，2022年，5月20日，9點29分，星期二第一節(jié) 概述

2、芳伯胺的制備主要采用硝化-還原法和芳環(huán)上已有取代基的氨解法。氨解法中最重要的是鹵基的氨解，其次是酚羥基的氨解，此外還有磺酸基的氨解和硝基的氨解。 通過氨解反應得到的各種脂肪胺和芳香胺具有十分廣泛的用途。例如，由脂肪酸和胺構(gòu)成的季銨鹽可用作緩蝕劑和礦石浮選劑，不少季銨鹽又是優(yōu)良的陽離子表面活性劑或相轉(zhuǎn)移催化劑；胺與環(huán)氧乙烷反應可合成非離子表面活性劑，某些芳胺與光氣反應制成的異氰酸酯是合成聚氨酯的重要單體等。 第3頁，共80頁，2022年，5月20日，9點29分，星期二第一節(jié) 概述 二、氨解劑 氨解和胺化常用的反應劑可以是液氨、氨水、氣態(tài)氨或含有氨基的化合物，例如尿素、碳酸氫胺和羥胺等。氨水和液氨

3、是進行氨解反應最重要的氨解劑。有時也將氨溶于有機溶劑中或是由固體化合物（尿素和銨鹽）在反應過程中釋放出氨。 1. 液氨 氨在常溫、常壓下是氣體。將氨在加壓下冷卻，使氨液化，即可灌入鋼瓶，以便貯存和運輸。鋼瓶上裝有兩個閥門，一個閥門在液面上，用來引出氣態(tài)氨；另一個閥門用管子插入液氨中，用來引出液氨。液氨在不同溫度下的壓力如表10-1所示： 第4頁，共80頁，2022年，5月20日，9點29分，星期二第一節(jié) 概述 由上表可知，液氨的臨界溫度是132.9，這是氨能保持液態(tài)的最高溫度。但是，液氨在壓力下可以溶解于許多液態(tài)有機化合物中。因此，如果有機化合物在反應溫度下是液態(tài)的，或者氨解反應要求在無水有機

4、溶劑中進行，則需要使用液氨作氨解劑。這時即使氨解溫度超過132.9，氨仍能保持液態(tài)。另外，有機反應物在過量的液氨中也有一定的溶解度。液氨主要用于需要避免水解副反應的氨解過程。例如，2-氰基-4-硝基氯苯氨解制2-氰基-4-硝基苯胺時，為了避免氰基的水解，要用液氨在甲苯溶劑中進行氨解。第5頁，共80頁，2022年，5月20日，9點29分，星期二第一節(jié) 概述 2-氰基-4-硝基苯胺是制備分散染料等的中間體，原料2-氰基-4-硝基氯苯是由鄰氯甲苯經(jīng)氨氧化得到鄰氯苯腈，再經(jīng)過混酸硝化而制得。用液氨進行氨解反應的缺點是：操作壓力高，過量的液氨較難再以液態(tài)氨的形式回收。 第6頁，共80頁，2022年，5月

5、20日，9點29分，星期二第一節(jié) 概述 2氨水 氨在常壓和20時在水中的溶解度為34.1%（質(zhì)量分數(shù)）、在30時為29%，在40時為25.3%。由此可見，在一定壓力下，隨著溫度的升高，氨在水中的溶解度逐漸下降，為了減少和避免氨水在貯存運輸中的揮發(fā)損失，工業(yè)氨水的濃度一般為25%。隨著壓力的增大，氨在水中的溶解度增加。因此，使用氨水的氨解反應可在高溫、高壓下進行。這時甚至可以向25%氨水中通入一部分液氨或氨氣以提高氨水的濃度。 第7頁，共80頁，2022年，5月20日，9點29分，星期二第一節(jié) 概述 對于液相氨解過程，氨水是最廣泛使用的氨解劑。它的優(yōu)點是操作方便，過量的氨可以用水吸收而循環(huán)使用，

6、適用面廣。另外氨水還能溶解芳磺酸鹽以及氯蒽醌氨解時所用的催化劑（銅鹽或亞銅鹽）和還原抑制劑（氯酸鈉、間硝基苯磺酸鈉）。氨水的缺點是對某些芳香族被氨解物溶解度小，水的存在有時會引起水解副反應。所以，工業(yè)生產(chǎn)中常常采用較濃的氨水作氨解劑，并適當降低反應溫度。 第8頁，共80頁，2022年，5月20日，9點29分，星期二第二節(jié) 氨解反應基本原理 一、脂肪族化合物的氨解反應歷程 氨與有機化合物反應時氨通常是過量的，反應前后氨的濃度變化較小，因此常?？梢园匆患壏磻幚恚鴮嶋H上是一個二級反應。 當進行酯的氨解時，幾乎僅得到酰胺一種產(chǎn)物。而脂肪醇與氨反應則可以得到伯、仲、叔胺的平衡混合物，因此研究較多的是

7、酯類氨解的反應歷程。酯氨解的反應歷程可以表示如下： 式中ROH代表含羥基的催化劑，R1和R2表示酯中的脂肪烴或芳烴基團。 第9頁，共80頁，2022年，5月20日，9點29分，星期二第二節(jié) 氨解反應基本原理 必須注意，在進行酯氨解反應時，水的存在將會使氨解反應產(chǎn)生少部分水解副反應。另外，酯中烷基的結(jié)構(gòu)對氨解反應速度的影響很大。表10-2是各種醋酸酯在進行氨解時的相對速度。 由上表可知，酯中烷基或芳基的分子量越大，結(jié)構(gòu)越復雜，則氨解反應速度越慢。 在酯的氨解反應中，乙二醇是較好的催化劑，因為它能形成如下環(huán)狀氫鍵結(jié)構(gòu)： 第10頁，共80頁，2022年，5月20日，9點29分，星期二第二節(jié) 氨解反應

8、基本原理 二、芳香族化合物氨解反應歷程 1氨基置換鹵原子 按照鹵素衍生物的活潑性的差異，可將氨基置換鹵原子的反應分為非催化氨解和催化氨解兩類。 （1）非催化氨解 對于活潑的鹵素衍生物，如芳環(huán)上含有硝基的鹵素衍生物，通常以氨水為氨解劑，可使鹵素被氨基置換。例如，鄰或?qū)ο趸缺脚c氨水溶液加熱時，氯被氨基置換反應按下式進行：第11頁，共80頁，2022年，5月20日，9點29分，星期二第二節(jié) 氨解反應基本原理 其反應歷程屬于親核置換反應。反應分兩步進行，首先是帶有未共用電子對的氨分子向芳環(huán)上與氯原子相連的碳原子發(fā)生親核進攻，得到帶有極性的中間加成物，然后該加成物迅速轉(zhuǎn)化為銨鹽，并恢復環(huán)的芳香性，最后

9、再與一分子氨反應，得到反應產(chǎn)物。決定反應速度的步驟是氨對氯衍生物的加成。例如，對硝基氯苯的氨解歷程可表示如下：第12頁，共80頁，2022年，5月20日，9點29分，星期二第二節(jié) 氨解反應基本原理 芳胺與2,4-二硝基鹵苯的反應也是雙分子親核置換反應，其反應歷程的通式表示如下： 第13頁，共80頁，2022年，5月20日，9點29分，星期二第二節(jié) 氨解反應基本原理 （2）催化氨解 氯苯、1-氯萘、1-氯萘-4-磺酸和對氯苯胺等，在沒有銅催化劑存在時，在235、加壓下與氨不發(fā)生反應；但是當有銅催化劑存在時，上述氯衍生物與氨水共熱至200時，都能反應生成相應的芳胺。以氯苯為例催化氨解的反應歷程可表

10、示如下： 第14頁，共80頁，2022年，5月20日，9點29分，星期二第二節(jié) 氨解反應基本原理 此反應是分兩步進行的：第一步是催化劑與氯化物反應生成正離子絡(luò)合物，這是反應的控制階段；第二步是正離子絡(luò)合物與氨、氫氧根離子等迅速反應生成產(chǎn)物苯胺及副產(chǎn)苯酚等的同時又產(chǎn)生銅氨離子。 研究表明在氨解反應中反應速度與銅催化劑和氯衍生物的濃度成正比，而與氨水的濃度無關(guān)。全部過程的速度不決定于氨的濃度，但主、副產(chǎn)物的比例決定于氨、OH的比例。 第15頁，共80頁，2022年，5月20日，9點29分，星期二第二節(jié) 氨解反應基本原理 （3）用氨基堿氨解 當氯苯用KNH2在液氨中進行氨解反應時，產(chǎn)物中有將近一半的

11、苯胺，其氨基連接在與原來的氯互為鄰位的碳原子： 該反應按苯炔歷程進行，首先發(fā)生消除反應，氨基負離子形成氨和負碳離子，負碳離子再失去鹵離子而形成苯炔，產(chǎn)生的苯炔迅速與親核試劑加成，產(chǎn)生負碳離子。該反應歷程表示如下： 由于苯炔歷程中，標記的碳和它相鄰的碳等同，所以NH2能等同的加成到任意一個碳原子上。 第16頁，共80頁，2022年，5月20日，9點29分，星期二第二節(jié) 氨解反應基本原理 2. 氨基置換羥基 氨基置換羥基的反應以前主要用在萘系和蒽醌系芳胺衍生物的合成上，近年來又發(fā)展了在催化劑存在下，通過氣相或液相氨解，制取包括苯系在內(nèi)的芳胺衍生物。 羥基被置換成氨基的難易程度與羥基轉(zhuǎn)化成酮式（即醇

12、式轉(zhuǎn)化成酮式）的難易程度有關(guān)。一般來說，轉(zhuǎn)化成酮式的傾向性越大，則氨解反應越容易發(fā)生。例如：苯酚與環(huán)己酮的混合物，在Pd-C催化劑存在下，與氨水反應，可以得到較高收率的苯胺。 第17頁，共80頁，2022年，5月20日，9點29分，星期二第二節(jié) 氨解反應基本原理 某些萘酚衍生物在酸式亞硫酸鹽存在下，在較溫和的條件下與氨水作用轉(zhuǎn)變?yōu)檩涟费苌锏姆磻?，稱為布赫勒（Bucherer）反應。Bucherer反應主要用于從2-萘酚磺酸制備2-萘胺磺酸。其反應可表示如下： 第18頁，共80頁，2022年，5月20日，9點29分，星期二第二節(jié) 氨解反應基本原理 該反應是可逆反應。其羥基被置換的難易符合以下規(guī)

13、律： （1）當羥基處于1位時，2位和3位的磺基對氨解反應起阻礙作用，而4位上存在的磺基則使反應容易進行。 （2）當羥基處于2位時，3位和4位的磺基對氨解起阻礙作用，而1位的磺基則能使氨解反應容易進行。 （3）當羥基與磺基不在同一環(huán)上時，磺基對羥基的氨解影響很小。 第19頁，共80頁，2022年，5月20日，9點29分，星期二第二節(jié) 氨解反應基本原理 3. 氨基置換硝基 由于向芳環(huán)上引入硝基的方法已經(jīng)比較成熟，因此近年來利用硝基作為離去基團在有機合成中的應用發(fā)展較快。硝基作為離去基團被其它親核質(zhì)點置換的活潑性與鹵化物相似。氨基置換硝基的反應按加成-消除反應歷程進行。 硝基苯、硝基甲苯等未被活化的

14、硝基不能作為離去基團發(fā)生親核取代反應。 第20頁，共80頁，2022年，5月20日，9點29分，星期二第二節(jié) 氨解反應基本原理 4氨基置換磺酸基 磺酸基的氨解也屬于親核取代反應?；撬峄话被〈幌抻谳祯盗校祯h(huán)上的磺酸基由于受到羥基的活化作用，容易被氨基置換。其反應歷程如下： 反應中生成的亞硫酸氫鹽能與反應產(chǎn)物作用，使產(chǎn)品的質(zhì)量和收率下降，因此通常要向反應物中加入溫和的氧化劑，將亞硫酸氫鹽氧化成硫酸鹽。最常用的氧化劑是間硝基苯磺酸鈉，其用量按每一個磺酸基被置換為氨基需要1/3間硝基苯磺酸鈉來計算。第21頁，共80頁，2022年，5月20日，9點29分，星期二第二節(jié) 氨解反應基本原理 苯系

15、和萘系磺酸化合物，尤其是當環(huán)上不含吸電子取代基時，氨解反應很難進行，需要采用氨基鈉和液氨在加熱加壓的條件下反應。它屬于親核取代歷程，其反應通式如下： 表10-3是以氨基鈉為反應試劑的部分反應實例。 第22頁，共80頁，2022年，5月20日，9點29分，星期二第二節(jié) 氨解反應基本原理 三、氨解反應影響因素 1. 被氨解物的性質(zhì) 鹵化物、磺酸鹽、羥基化合物和硝基化合物均可作為被氨解物。但是使用鹵化物作為氨解物的較多，所以主要以鹵化物作為討論對象。鹵素衍生物的置換速度隨著鹵素性質(zhì)按照下列順序變化：F Cl，BrI 工業(yè)生產(chǎn)中采用的鹵化物幾乎都是氯化物和溴化物。從鹵原子的活潑性以及鹵化物的熱力學數(shù)據(jù)

16、，都證明溴的置換比氯容易。但在銅催化劑存在下的氣相氨解，則是氯苯的活性高于溴苯，主要是由于溴化亞銅比氯化亞銅難分解。當芳環(huán)上含有吸電子基團，而且吸電子基團數(shù)目越多，氨解反應越易進行。例如： 第23頁，共80頁，2022年，5月20日，9點29分，星期二第二節(jié) 氨解反應基本原理 上述氨解反應的活潑順序為： 第24頁，共80頁，2022年，5月20日，9點29分，星期二第二節(jié) 氨解反應基本原理 2. 氨解劑 對于液相氨解反應，氨水是最常用的氨解劑。使用氨水時應注意氨水的濃度及用量。每摩爾有機氯化物進行氨解時，理論上需要氨的量是2摩爾，實際上氨的用量要超過理論量的好幾倍或更多。這是因為加大氨水用量，

17、可以增加作用物在氨水中的溶解量，改善反應物的流動性，提高反應速度，減少仲胺副產(chǎn)，以及降低反應生成的氯化銨對設(shè)備的高腐蝕性。但是用量過多，會增加回收負荷和降低生產(chǎn)能力。一般間歇氨解時氨的用量是615mol，連續(xù)氨解時約為1017mol。 第25頁，共80頁，2022年，5月20日，9點29分，星期二第二節(jié) 氨解反應基本原理 為了加快氨解速度，有利于伯胺較完全，減少副產(chǎn)物，降低反應溫度，提高生產(chǎn)能力，還可選用比較濃的氨水。但是由于受到氨在水中溶解度的限制，配制高濃度氨水需要在壓力下向反應器中加一部分液氨或氨氣；同時在相同溫度下，氨的濃度愈高，其蒸汽壓愈大。所以工業(yè)氨解時常用25%的工業(yè)氨水。而實際

18、生產(chǎn)中還應根據(jù)氨解的難易，以及設(shè)備的耐壓能力確定氨水的濃度。第26頁，共80頁，2022年，5月20日，9點29分，星期二第二節(jié) 氨解反應基本原理 3. 反應溫度 升高溫度可以增加有機物在氨水中的溶解度和加快反應速度，對縮短反應時間有利。但是溫度過高，會增加副反應，甚至出現(xiàn)焦化現(xiàn)象，同時壓力也將升高。 氨解反應是一個放熱反應，其反應熱約為93.8KJ/mol，反應速度過快，將使反應熱的移除困難，因此對每一個具體氨解反應都規(guī)定有最高允許溫度，例如，鄰硝基苯胺在270氨解，因此連續(xù)氨解溫度不允許超過240。 第27頁，共80頁，2022年，5月20日，9點29分，星期二第二節(jié) 氨解反應基本原理 對

19、于有機氯化物的氨解，溫度還會影響介質(zhì)的pH值。由圖10-1可以看出28%的NH3在180時的pH值為8，在有NH4Cl存在時，則pH值降為6.3，因此從防腐觀點考慮，在利用碳鋼材質(zhì)的高壓釜進行間歇氨解時，溫度應低于175190；在不銹鋼反應器進行連續(xù)氨解可允許在較高溫度下反應。第28頁，共80頁，2022年，5月20日，9點29分，星期二第二節(jié) 氨解反應基本原理 4. 攪拌 在液相氨解反應中，反應速度與攪拌效果常常密切相關(guān)，在無攪拌時相對密度較大的不溶性有機物沉積在反應器底部，反應僅在兩相界面發(fā)生，影響了反應的正常進行和熱量的傳遞。因此，對于間歇設(shè)備都要求安裝有效的攪拌裝置，連續(xù)管式反應器則要

20、求控制流速使反應物料呈湍流狀態(tài)。 攪拌效應對反應速度的影響有以下三種情況：（1）二者成線性關(guān)系；（2）無攪拌時反應速度很慢，有攪拌時初期反應速度增加很快，達到一定轉(zhuǎn)速后，二者方呈線性關(guān)系；（3）反應速度與攪拌速度無關(guān)。 第29頁，共80頁，2022年，5月20日，9點29分，星期二第二節(jié) 氨解反應基本原理 對于反應物在氨水中難溶的氨解反應，大都屬于第二種情況即無攪拌時反應實際不進行，輕微的攪拌反應速度明顯提高，而更劇烈的攪拌，反應速度并非按比例增大。對于可溶性物質(zhì)的氨解，則攪拌的重要性降低。 第30頁，共80頁，2022年，5月20日，9點29分，星期二第三節(jié) 氨解方法 一、鹵代烴氨解 鹵烷與

21、氨、伯胺或仲胺的反應是合成胺的一條重要路線。由于脂肪胺的堿性大于氨，反應生成的胺容易與鹵烷繼續(xù)反應，所以用此方法合成脂肪胺時，產(chǎn)物常為混合物。第31頁，共80頁，2022年，5月20日，9點29分，星期二第三節(jié) 氨解方法 一般來說，小分子的鹵烷進行氨解反應比較容易，常用氨水作氨解劑；大分子的鹵烷進行氨解反應比較困難，要求用氨的醇溶液或液氨作氨解劑。鹵烷的活潑順序是IBrClF。叔鹵烷氨解時，由于空間位阻的影響，將同時發(fā)生消除反應，副產(chǎn)生成大量烯烴。所以一般不用叔鹵烷氨解制叔胺。另外，由于得到的是伯胺、仲胺與叔胺的混合物，要求龐大的分離系統(tǒng)，而且必須有廉價的原料鹵烷，因此，除了乙二胺等少數(shù)品種外

22、，一些大噸位的脂肪胺已不再采用此路線。 芳香鹵化物的氨解反應比鹵烷困難的多，往往需要強烈的條件（高溫、催化劑和強氨解劑）才能進行反應。芳環(huán)上帶有吸電子基團時反應容易進行，這時氟的取代速度遠遠超過氯和溴，反應的活潑順序是：F第32頁，共80頁，2022年，5月20日，9點29分，星期二第三節(jié) 氨解方法 當鹵代衍生物在醇介質(zhì)中氨解時，部分反應可能是通過醇解的中間階段，即反應遵循下述（a）、（b）兩條途徑，其中（b）途徑先進行醇解，然后再進行甲氧基置換。 第33頁，共80頁，2022年，5月20日，9點29分，星期二第三節(jié) 氨解方法 溶劑的性質(zhì)對多鹵蒽醌的氨解產(chǎn)物結(jié)構(gòu)有重要的影響。例如，1,2,3,

23、4-四氟蒽醌與氫化吡啶在苯（非極性溶劑）中80反應，得到86%的1-氫化吡啶基衍生物；改用二甲基亞砜作溶劑（極性溶劑），則得到82%的2-氫化吡啶基衍生物。 由此可見，鹵化物的結(jié)構(gòu)以及反應條件，對氨解反應速度和所得到的產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)有重要的影響，在選擇氨解方法時必須考慮這個因素。第34頁，共80頁，2022年，5月20日，9點29分，星期二第三節(jié) 氨解方法 二、酚與醇的氨解 1. 酚的氨解 酚類的氨解方法與其結(jié)構(gòu)有比較密切的關(guān)系。不含活化取代基的苯系單羥基化合物的氨解，要求十分劇烈的反應條件，例如，間甲酚與氯化銨在350和一定壓力下反應2h可以得到等量的間甲苯胺和雙間甲苯胺，其轉(zhuǎn)化率僅有35%，由

24、苯酚制取苯胺的工藝始于1947年，直到70年代后才投入工業(yè)生產(chǎn)，稱為赫爾（Hallon）合成苯胺法，在這以后，其它苯系羥基化合物的氨解也取得了較多的進展，例如間甲酚在Al2O3-SiO2催化劑存在下氣相氨解可以制得間甲苯胺。 第35頁，共80頁，2022年，5月20日，9點29分，星期二第三節(jié) 氨解方法 2-羥基萘-3-甲酸與氨水及氯化鋅在高壓釜中195反應36h，得到2-氨基萘-3-甲酸，收率6670%。 萘系羥基衍生物在亞硫酸鹽存在下氨解得到氨基衍生物的反應，即布赫勒反應， 例如，當2,8-二羥基萘-6-磺酸進行氨解時，只有2-位上的羥基被置換成氨基。 第36頁，共80頁，2022年，5月

25、20日，9點29分，星期二第三節(jié) 氨解方法 J酸與酸就是利用這一方法而制得的染料中間體。1,4-二羥基蒽醌（醌茜）在保險粉和硼酸的存在下于9496，0.30.4MPa條件下與氨水反應數(shù)小時，再經(jīng)過氧化就可以制得1,4-二氨基蒽醌。 由醌茜還原得到的隱色體，是兩種結(jié)構(gòu)的平衡混合物，加入硼酸的作用是利用硼原子形成的絡(luò)合物使羰基活化，從而易于與氨、脂肪胺或芳胺發(fā)生親核置換反應，得到的產(chǎn)物進一步氧化即生成1,4-二氨基蒽醌。第37頁，共80頁，2022年，5月20日，9點29分，星期二第三節(jié) 氨解方法 2. 醇的氨解 大多數(shù)情況下醇的氨解要求較強烈的反應條件，需要加入催化劑（如Al2O3）和較高的反應

26、溫度。 通常情況下，得到的反應產(chǎn)物也是伯、仲、叔胺的混合物，采用過量的醇，生成叔胺的量較多，采用過量的氨，則生成伯胺的量較多，除了Al2O3外，也可選用其他催化劑，例如：在CuO/Cr2O3催化劑及氫氣的存在下，一些長鏈醇與二甲胺反應可得到高收率的叔胺。 許多重要的低級脂肪胺即是通過相應的醇氨解制得的，例如由甲醇得到甲胺。 第38頁，共80頁，2022年，5月20日，9點29分，星期二第三節(jié) 氨解方法 三、硝基與磺酸基的氨解 1. 硝基氨解 硝基氨解主要指芳環(huán)上硝基的氨解，芳環(huán)上含有吸電子基團的硝基化合物，環(huán)上的硝基是相當活潑的離去基團，硝基氨解是其實際應用的一個方面，例如，1-硝基蒽醌與過量

27、的25%氨水在氯苯中于15和1.7MPa壓力下反應8h，可得到收率為99.5%的1-氨基蒽醌，其純度達99%，采用C1C8的直鏈一元醇或二元醇的水溶液作溶劑，使1-硝基蒽醌與過量的氨水在110150反應，可以得到定量收率的1-氨基蒽醌。 第39頁，共80頁，2022年，5月20日，9點29分，星期二第三節(jié) 氨解方法 如果反應生成的亞硝酸銨大量堆積，干燥時有爆炸危險性，采用過量較多的氨水使亞硝酸銨溶在氨水中，出料后必須用水沖洗反應器，以防事故發(fā)生。 1-硝基蒽醌在苯介質(zhì)中50時與氫化吡啶的反應速度是1-氯蒽醌進行同一反應的12倍。1-硝基-4-氯蒽醌與丁胺在乙醇中在5060反應，主要得到硝基被取

28、代的產(chǎn)物，收率74%。由此可見，作為離去基團，硝基比氯活潑得多。 當2,3-二硝基萘與氫化吡啶相作用，定量生成3-硝基-1-氫化吡啶萘。這是由于親核攻擊發(fā)生在位，它屬于加成消除反應。 第40頁，共80頁，2022年，5月20日，9點29分，星期二第三節(jié) 氨解方法 2. 磺酸基氨解 磺酸基氨解的一個重要用途是將-蒽醌磺酸氨解制成-氨基蒽醌，其工藝條件是以過量25%氨水與-蒽醌磺酸鉀鹽，在間硝基苯磺酸鈉及硫酸銨的存在下，在高壓釜中于180反應14h，收率可達76%。 第41頁，共80頁，2022年，5月20日，9點29分，星期二第三節(jié) 氨解方法 由這條路線得到的產(chǎn)品質(zhì)量高，但是磺化時需要加入汞鹽定

29、位基，由于汞對操作人員及周圍環(huán)境造成嚴重的危害，現(xiàn)在已淘汰。改用硝化-還原或硝化-氨解路線。我國目前已改為由硝化-還原法生產(chǎn)1-氨基蒽醌；而由蒽醌-2-磺酸制取2-氨基蒽醌的方法已由2-氯蒽醌氨解法替代。故較有實際意義的是由2,6-蒽醌二磺酸氨解制備2,6-二氨基蒽醌。其反應式如下： 2,6-二氨基蒽醌是制備黃色染料的中間體，反應中的間硝基磺酸被還原成間氨基苯磺酸，使亞硫酸鹽氧化成硫酸鹽。 第42頁，共80頁，2022年，5月20日，9點29分，星期二第三節(jié) 氨解方法 四、其它氨解方法 1. 芳環(huán)上的直接氨解 用直接氨解法制備芳胺可以大大簡化工藝，因此多年來不斷有人從事這方面的研究工作，例如，

30、苯與氨在150500和110MPa壓力下通過Ni-稀土元素的混合物，可能得到苯胺。比較重要的直接氨化反應是以羥胺為反應劑和以氨基鈉為反應劑的方法。 在以羥胺為反應劑，按照反應條件可以分為酸式法和堿式法兩種。 酸式法是將芳香族原料在濃硫酸介質(zhì)中（有時是在釩鹽和鉬鹽的存在下）與羥胺在100160反應直接向芳環(huán)上引入氨基的方法。如： 第43頁，共80頁，2022年，5月20日，9點29分，星期二第三節(jié) 氨解方法 它是一個親電取代反應，當引入一個氨基后，反應容易進行下去?？梢栽诜辑h(huán)上引入多個氨基。 當鹵苯與羥胺在濃硫酸介質(zhì)中以V2O5為催化劑在120進行反應時，環(huán)上將同時引入氨基和磺酸基。例如：在上述

31、相同條件下進行氯苯的氨解，則得到3-氨基-4-氯苯磺酸（收率84%）。 堿式法是指在堿性介質(zhì)中用羥胺進行的氨基化反應。屬于親核取代反應，當苯系化合物中至少存在兩個硝基，萘系化合物中至少存在一個硝基時，由于強吸電子基使其鄰位和對位碳原子活化，所以氨基進入吸電子基的鄰位或?qū)ξ?。例如?第44頁，共80頁，2022年，5月20日，9點29分，星期二第三節(jié) 氨解方法 2. 通過水解制胺 通過異氰酸酯、脲、氨基甲酸酯以及N-取代酰亞胺的水解，可以獲得純伯胺；由氰酰胺、對亞硝基-N,N-二烷基苯胺以及季亞銨鹽的水解，則可得到純仲胺。 （1）異氰酸酯、脲、氨基甲酸酯以及N-取代酰亞胺的水解 異氰酸酯、脲和氨

32、基甲酸酯的水解，既可在堿性溶液中進行，也可在酸性溶液中進行，氫氧化鈉溶液和氫鹵酸是常用的試劑，此外，也可采用氫氧化鈣，三氟乙酸和甲酸等試劑。 在酸或堿的催化下，水分子加成到異氰酸酯的碳氮雙鍵上得到的N取代氨基甲酸是不穩(wěn)定的，進而裂解生成二氧化碳和胺。 第45頁，共80頁，2022年，5月20日，9點29分，星期二第三節(jié) 氨解方法 （2）氰酰胺、對亞硝基-N,N-二烷基苯胺和季亞銨鹽的水解 氰氨化鈣（或鈉）用鹵代烷烷化得到氰酰胺，將氰酰胺水解，即可制得純凈的仲胺，水解反應可以在酸或堿的存在下完成。 可以由叔胺與溴化氰反應制得氰酰胺，因此利用這一反應可以由叔胺合成仲胺 席夫堿用鹵代烷烷化生成季亞銨

33、鹽進一步水解亦可得到仲胺。第46頁，共80頁，2022年，5月20日，9點29分，星期二第三節(jié) 氨解方法 這是制備某些仲胺的好方法，特別是為R為甲基時，產(chǎn)率良好，苯甲醛與伯胺反應可以順利得到席夫堿，不經(jīng)分離提純，便可直接進行烷化，碘甲烷是最好的烷化劑，例如：第47頁，共80頁，2022年，5月20日，9點29分，星期二第三節(jié) 氨解方法 3. 通過加成制胺 （1）不飽和化合物與胺的反應 不飽和化合物與伯胺，仲胺或氨反應能生成胺，簡單的不飽和烴（如乙烯）具有較強的親核性，它們與胺的加成反應較難進行，要求加入催化劑和較劇烈的反應條件，例如，乙烯與氫化吡啶，金屬鈉在攪拌下于100在高壓釜中反應，生成N

34、-乙基氫化吡啶，收率可達77%83%。 在堿金屬存在下，共軛二烯與胺的加成比較容易進行，苯乙烯與胺反應得N-取代苯乙胺，當苯環(huán)上乙烯基的鄰位或?qū)ξ淮嬖谖娮尤〈鶗r，則其與胺的反應可無需加入催化劑，例如：第48頁，共80頁，2022年，5月20日，9點29分，星期二第三節(jié) 氨解方法 （2）環(huán)氧乙烷或乙撐亞胺與胺或氨的反應 環(huán)氧乙烷或乙撐亞胺與胺或氨發(fā)生開環(huán)加成反應，得到氨基乙醇或二胺。 環(huán)氧乙烷與氨的反應需要在壓力下完成，在生成氨基乙醇后，還能繼續(xù)與環(huán)氧乙烷反應進一步得到二乙醇胺，控制反應的配比及反應條件，可以做到以某一種產(chǎn)品為主，由于環(huán)氧乙烷和環(huán)氧丙烷都是比較容易得到的原料，對于2-氨基乙醇

35、和1-氨基-2-丙醇及衍生物的合成非常有用。第49頁，共80頁，2022年，5月20日，9點29分，星期二第三節(jié) 氨解方法 與環(huán)氧乙烷相比，乙撐亞胺與胺的反應較難進行，需要加入AlCl3為催化劑，當反應劑是仲胺時，采用苯作溶劑在290反應；當反應劑是伯胺時，采用四氫萘作溶劑在180左右反應；當反應劑是氨水，則反應需在壓力下進行。例如將乙撐亞胺慢慢加入到二正丁胺和三氯化鋁的苯溶液中，在加熱下進行反應，得到N,N-二正丁基乙二胺。第50頁，共80頁，2022年，5月20日，9點29分，星期二第三節(jié) 氨解方法 （3）氨甲基化反應 含有活潑氫的化合物與甲醛和胺縮合生成氨甲基衍生物的反應，是一類應用范圍

36、很廣的反應，稱為曼尼希反應（Mannich reaction）能夠發(fā)生曼尼希反應的含活潑氫的化合物有醛、酮、酸、酯、腈、硝基烷、炔、鄰對位未取代的酚，以及一些雜環(huán)化合物，其中最重要的是酮。將反應物混合在溶劑中加熱回流，即可完成反應，常用的溶劑有甲醇、乙醇、異戊醇、硝基苯等，反應歷程如下： 堿催化反應： 甲醛先與仲胺反應生成中間產(chǎn)物（）而后發(fā)生親核取代得到所需產(chǎn)物。 第51頁，共80頁，2022年，5月20日，9點29分，星期二第三節(jié) 氨解方法 酸催化反應： 在酸催化下（）脫水生成（）進一步與含活潑氫的化合物反應得到產(chǎn)物。例如，由二乙胺鹽酸鹽、聚甲醛、丙酮和少量濃鹽酸在甲醇中反應生成1-二乙胺基

37、-3-丁酮。第52頁，共80頁，2022年，5月20日，9點29分，星期二第三節(jié) 氨解方法 4通過分子重排制胺 由羧酸及其衍生物轉(zhuǎn)化成減少一個碳原子的胺，有四種不同的方法，即霍夫曼重排，寇梯斯重排，洛森重排和施密特重排，氫化偶氮苯重排則是合成聯(lián)苯胺衍生物的重要途徑。 芳環(huán)上的羧酸及其衍生物轉(zhuǎn)變?yōu)榘被姆椒ê芏啵渲凶钣袑嵱脙r值的是霍夫曼重排。當羧酰胺與次溴酸鈉（或NaOH+Br2）作用時，首先生成異氰酸酯，不經(jīng)分離進一步水解得到伯胺。 第53頁，共80頁，2022年，5月20日，9點29分，星期二第三節(jié) 氨解方法 利用霍夫曼重排反應制胺的優(yōu)點是：產(chǎn)率高，產(chǎn)物純。工業(yè)生產(chǎn)中常用于染料中間體的生產(chǎn)

38、。例如，鄰氨基苯甲酸的制備就是以鄰苯二甲酐為原料，通過霍夫曼重排而實現(xiàn)的。 其制備鄰氨基苯甲酸的反應過程如下： 第54頁，共80頁，2022年，5月20日，9點29分，星期二第三節(jié) 氨解方法 由苯酐、氨水及氫氧化鈉溶液在低溫和弱堿性條件下制得鄰羧基苯甲酰銨鹽溶液，加入冷卻到0以下的次氯酸鈉溶液，攪拌短時間后，加稀酸中和，用亞硫酸氫鈉破壞過量的次氯酸鈉，過濾，酸析，即得鄰氨基苯甲酸。 此外，由對二甲苯制備對苯二胺也是通過霍夫曼重排實現(xiàn)的。先由對二甲苯氧化得到相應的對苯二甲酸，再由對苯二甲酸與氨反應制得對苯二甲酰胺，然后加入次氯酸鈉溶液，通過霍夫曼重排得到對苯二胺，收率83.5%94%。用相似的方

39、法也可得到間苯二胺。 第55頁，共80頁，2022年，5月20日，9點29分，星期二第三節(jié) 氨解方法 五、芳胺基化 芳胺與含有活潑基團的芳香族化合物作用制取二芳胺的反應稱為芳胺基化。它與由氨水制取芳伯胺的反應有許多相似之處，特別是反應歷程，二者基本相同。常見的芳胺基化反應主要有四種類型，即芳香族鹵化物的芳胺基化，芳香族羥基化合物的芳胺基化，芳香族氨基化合物的芳胺基化和芳香族磺酸化合物的芳胺基化，其反應通式為： 式中Ar和Ar表示芳基，Y表示Cl，OH，Br，NH2或SO3Na 第56頁，共80頁，2022年，5月20日，9點29分，星期二第三節(jié) 氨解方法 1鹵化物的芳胺基化 芳香族鹵化物的芳胺

40、基化反應式如下： 式中：Z表示Cl或Br。反應過程中釋放出鹵化氫，采取加入縛酸劑中和酸性，常用的縛酸劑有MgO、Na2CO3、CH3COONa等，如果芳環(huán)上的鹵基不夠活潑，則要加入催化劑，常用的催化劑有氯化亞銅和銅粉。 芳胺與2,4-二硝基鹵苯反應生成2,4-二硝基苯基苯胺是一個雙分子親核置換反應，其反應歷程如下： 根據(jù)在不同有機溶劑中進行上述反應的研究，當ZCl時，為非堿催化反應，Z=F時，為堿催化反應。第57頁，共80頁，2022年，5月20日，9點29分，星期二第三節(jié) 氨解方法 2羥基化合物的芳胺基化 酚類的芳胺基化可用以下通式表示： 羥基化合物的芳胺基化與氨基化相似，即容易形成酮式互變

41、異構(gòu)體，則反應容易進行。2-萘酚與苯胺在少量苯胺鹽酸鹽的存在下在200260常壓回流得到苯基-2-萘胺，又名防老劑J。防老劑J曾是橡膠工業(yè)中重要的防老劑之一，但由于其會生成致癌物2-萘胺，因而已停止生產(chǎn)。 第58頁，共80頁，2022年，5月20日，9點29分，星期二第三節(jié) 氨解方法 3氨基化合物的芳胺基化 這類芳胺基化反應可以用以下反應式表示： 反應在酸性催化劑存在下進行，有時要用過量的酸中和反應生成的氨，常用的催化劑有HCl、H2SO4、NaHSO3等，如果是兩種不同的芳胺，其中沸點較低的應過量，以利于縮短反應時間和促進反應完全，反應完畢，過量的芳胺可回收循環(huán)使用。 當采用亞硫酸氫鈉作催化

42、劑時，反應在較低溫度下在水介質(zhì)中進行，其反應歷程與前述反應基本相同，不過反應速度較慢，所需反應時間較長。 第59頁，共80頁，2022年，5月20日，9點29分，星期二第三節(jié) 氨解方法 以苯胺為原料在AlCl3存在下在330335和0.61.3MPa壓力下反應可以制得二苯胺。 將周位酸、苯胺和濃硫酸按1:(78):(0.30.4)的摩爾比，在少量水存在下，在160回流12h得到苯基周位酸。 第60頁，共80頁，2022年，5月20日，9點29分，星期二第三節(jié) 氨解方法 4. 磺酸的芳胺基化 雜環(huán)化合物和蒽醌系化合物環(huán)上的磺酸基，可以順利地被芳胺基所置換，而苯系與萘系磺酸基的置換則困難得多。在K

43、OH或NaOH存在下，苯系和萘系磺酸的芳胺基化則易進行，但必須除去反應所生成的水，同時加入KF、KCl、Na2CO3可使反應速度加快。例如，苯磺酸鈉與過量苯胺在KOH存在下在300反應2h，二苯胺收率99%，由2,6-萘二磺酸在270反應10h，得到N,N-二苯基-2,6-萘二胺，收率為98%。 從蒽醌-2-磺酸的氨解可以制取2-氨基蒽醌，但成本比2-氯蒽醌的氨解法高，現(xiàn)在已不采用。此法還可用于從蒽醌-1-磺酸、蒽醌-1,5-二磺酸和1,8-二磺酸的氨解制取1-氨基蒽醌、1,5-二氨基蒽醌和1,8-二氨基蒽醌。這種方法雖然產(chǎn)品質(zhì)量好，工藝簡單，但在蒽醌的磺化制備時要用汞作定位劑，必須對含汞廢水

44、進行嚴格管理，才能防止汞害。第61頁，共80頁，2022年，5月20日，9點29分，星期二第四節(jié) 應用實例 一、芳胺的制備 1. 鄰（對）位硝基苯胺的制備 鄰硝基苯胺與對硝基苯胺是合成偶氮染料的常用中間體。而由鄰硝基苯胺還原得到的鄰苯二胺也是合成農(nóng)藥的主要中間體。鄰硝基苯胺是由鄰硝基氯苯氨解得到的，其化學反應式如下： 合成工藝有間歇和連續(xù)兩種，表10-4列出這兩種合成方法的主要工藝參數(shù)。由表可知，采用高壓管道法可以大幅度提高生產(chǎn)能力，而且采用連續(xù)法生產(chǎn)便于進行自動控制。但是，連續(xù)法技術(shù)要求高、耗電多、需要回收的氨多。所以，生產(chǎn)規(guī)模不大時一般用間歇法。第62頁，共80頁，2022年，5月20日，

45、9點29分，星期二第四節(jié) 應用實例 圖10-2是采用高壓管道法生產(chǎn)鄰硝基苯胺的工藝流程。首先用高壓計量泵分別將已配好的濃氨水及熔融的鄰硝基氯苯按15:1的物質(zhì)的量之比連續(xù)送入反應管道中，反應管道可采用短路電流（以管道本身作為導體，利用電流通過金屬材料將電能轉(zhuǎn)化為熱能）或道生油加熱。反應物料在管道中呈湍流狀態(tài)，控制反應溫度在225230，物料在管道中的停留時間約20min。通過減壓閥后降為常壓的反應物料，經(jīng)脫氨裝置回收過量的氨，再經(jīng)冷卻結(jié)晶和離心過濾，即得到成品鄰硝基苯胺。 第63頁，共80頁，2022年，5月20日，9點29分，星期二第四節(jié) 應用實例 第64頁，共80頁，2022年，5月20日

46、，9點29分，星期二第四節(jié) 應用實例 據(jù)專利報道，在高壓釜中進行鄰硝基氯苯氨解時，加入適量四乙基氯化銨作為相轉(zhuǎn)移催化劑，只需在150反應10h，鄰硝基苯胺的收率可達98.2%，如果不加上述相轉(zhuǎn)移催化劑，則收率僅有33%。 由對硝基氯苯氨解制對硝基苯胺的方法與由鄰硝基氯苯制鄰硝基苯胺的方法基本相同，只是反應條件更苛刻一些。合成這兩種產(chǎn)品的設(shè)備可以通用。間歇法的主要工藝是采用28%氨水，氯化物與氨的物質(zhì)的量之比為1：（815），反應溫度180190，壓力820MPa，收率9598%。采用氨與甲酰胺在200220進行對硝基氯苯氨解，可得到較高的收率。 由于鄰或?qū)ο趸桨纺苁寡簢乐刂卸?，在生產(chǎn)過程中

47、必須十分注意勞動保護。第65頁，共80頁，2022年，5月20日，9點29分，星期二第四節(jié) 應用實例 2. 苯胺的制備 苯胺是最簡單的芳伯胺。據(jù)粗略統(tǒng)計，目前大約有300種化工產(chǎn)品和中間體是經(jīng)由苯胺制得的，合成聚氨酯和橡膠化學品是它的最大的兩種用途。世界上普遍采取的苯胺生產(chǎn)路線有兩條，即硝基苯加氫與苯酚氨解（氣相催化氨解赫爾康法制取苯胺），其化學反應式如下所示：第66頁，共80頁，2022年，5月20日，9點29分，星期二第四節(jié) 應用實例 赫爾康法制取苯胺的工藝流程如圖10-3所示。其工藝過程為：苯酚與氨（包括循環(huán)系統(tǒng)）分別在1.6MPa、苯酚在320下、氨在45下各自蒸發(fā)，將二者的蒸汽相混合

48、，在385和1.5MPa通過硅酸鋁催化劑，即可生成苯胺與水。由反應器4流出的反應物被部分冷凝，再在脫氨塔5中脫氨，氣態(tài)的氨用壓縮機送回反應系統(tǒng)循環(huán)使用，同時排出部分氣體，送往廢氣凈化系統(tǒng)。脫氨后的物料先在干燥塔6中脫水，再進凈化分離裝置7，在真空下分離出產(chǎn)物苯胺，同時，將所分出的苯酚-苯胺共沸物則返回反應器繼續(xù)反應。第67頁，共80頁，2022年，5月20日，9點29分，星期二第四節(jié) 應用實例 赫爾康法制苯胺的關(guān)鍵是選用高活潑性高轉(zhuǎn)化率和高壽命的催化劑，常用的催化劑有Al2O3-SiO2或MgO-B2O3-Al2O3-TiO2。苯酚氨解制苯胺的投資僅相當于硝基苯加氫還原的1/4，其優(yōu)點是催化劑

49、壽命長，三廢少，不需要消耗硫酸。如果能夠提供足夠量的廉價苯酚，則這條苯胺生產(chǎn)路線是優(yōu)越的。 第68頁，共80頁，2022年，5月20日，9點29分，星期二第四節(jié) 應用實例 二、脂肪胺的制備 1. 甲胺的制備 甲胺是生產(chǎn)噸位較大的低級脂肪胺，它是在脫水催化劑存在下由甲醇氨解得到的，產(chǎn)物是伯、仲、叔胺的混合物。 汽化的甲醇與胺及循環(huán)胺相互混合，在300500下，采用2：16：1的氨與汽化甲醇的比例，流過裝有脫水型氨解催化劑的氨解反應器，出口氣體通過與進口氣熱交換降溫后進入粗產(chǎn)品貯罐，在貯罐上方排出少量副產(chǎn)物氫氣和一氧化碳。第69頁，共80頁，2022年，5月20日，9點29分，星期二第四節(jié) 應用實

50、例 由于甲胺、二甲胺和三甲胺三者的沸點十分接近，給產(chǎn)物的分離帶來困難，一般需要連續(xù)通過四個精餾塔，以達到分離的目的。在第一個塔中分離出過量的氨和一部分三甲胺的共沸物，過量的氨流入循環(huán)系統(tǒng)。在第二個塔中分離出三甲胺，即可作成品，也可以流入循環(huán)系統(tǒng)；第三個塔用來分離甲胺；第四個塔用來分離二甲胺，殘余的廢液由第四個塔底排出。 由于整個反應產(chǎn)物是一個平衡體系，所以混合胺即可作為成品包裝，也可根據(jù)對產(chǎn)物的需求將一部分產(chǎn)品循環(huán)使用，從而控制該產(chǎn)品的生成量。按上述生產(chǎn)過程，無論按消耗氨或甲醇來計算，收率均在95%以上。 第70頁，共80頁，2022年，5月20日，9點29分，星期二第四節(jié) 應用實例 甲胺的最大用途是生產(chǎn)農(nóng)藥西維因，其次是生產(chǎn)表面活性劑。例如：第71頁，共80頁，2022年，5月20日，9點29分，星期二第四節(jié) 應用實例 2. 高碳脂肪胺的制備 高碳脂肪胺及其鹽在工業(yè)上的重要性是由于它具有較強的堿性、陽離子性，以及在許多物質(zhì)上的強吸附性，從而改變表面性質(zhì)，被作為表面活性劑和相轉(zhuǎn)移催化劑；有的還具有強生理活性，可作為礦物浮選劑，石油添加劑，細菌控制劑；在化纖工業(yè)中作為纖維的柔軟劑、