精細有機合成單元反應(yīng)與合成設(shè)計第四章詳解演示文稿

精細有機合成單元反應(yīng)與合成設(shè)計第四章詳解演示文稿當(dāng)前1頁，總共124頁。優(yōu)選精細有機合成單元反應(yīng)與合成設(shè)計第四章當(dāng)前2頁，總共124頁。通過烷基化合成的醚類、烷基胺類是重要的有機合成中間體，尤其重要的是芳環(huán)上引入烴基生成的苯乙烯、乙苯、異丙苯、十二烷基苯等烴基苯，是塑料、醫(yī)藥、溶劑、合成洗滌劑等的重要原料。當(dāng)前3頁，總共124頁。4.1C-烷基化反應(yīng)F-C（傅-克）反應(yīng)FriedelandCrafts1877年發(fā)現(xiàn)有機芳環(huán)化合物在催化劑作用下，用鹵烷、烯烴等烷基化劑可以直接將烷基接到芳環(huán)上，稱為C-烷基化反應(yīng)。當(dāng)前4頁，總共124頁。4.1.1C-烷基化劑常用的烷基化劑有鹵烷、烯烴和醇類等。RI>RBr>RClPhCH2X>R3CX>R2CHX>RCH2X>CH3X烯烴也是常用的烷基化劑，如乙烯、丙稀、異丁烯等，一般可用三氯化鋁做催化劑，也有用三氟化硼、氟化氫等。醇類也可做烷基化劑，但催化劑選用硫酸、氯化鋅等。當(dāng)前5頁，總共124頁。芳香族化合物與芳雜環(huán)化合物都能進行C-烷基化反應(yīng)。芳香族化合物中的并環(huán)與稠環(huán)體系，如萘、蒽、芘等，更容易進行烷基化反應(yīng)。雜環(huán)中的呋喃環(huán)系、吡咯系在一定條件下，也能進行烷基化反應(yīng)。當(dāng)前6頁，總共124頁。芳環(huán)上的取代基對C-烷基化反應(yīng)影響較大：當(dāng)環(huán)上有烷基等給電子基團時，烷基化反應(yīng)容易進行；但當(dāng)環(huán)上有-NH2、-OR、-OH等給電子基團時，因為可以與催化劑絡(luò)合，而降低了芳環(huán)上的電子云密度，不利于烷基化反應(yīng)的進行；當(dāng)前7頁，總共124頁。當(dāng)芳環(huán)上連有硝基時，烷基化反應(yīng)不能進行，但硝基苯可做反應(yīng)溶劑，因為它能很好溶解芳烴和三氯化鋁。當(dāng)環(huán)上鹵原子、羰基、羧基等吸電子基團時，則不容易進行烷基化反應(yīng)，此時必須選用包括多量的強催化劑和提高反應(yīng)溫度，才能進行烷基化反應(yīng)。當(dāng)前8頁，總共124頁。烷基進入芳環(huán)的位置，應(yīng)注意在低溫、低濃度、弱催化劑、反應(yīng)時間又較短的條件下，烷基進入的位置遵循親電取代反應(yīng)規(guī)律。但如不在上述反應(yīng)條件下，烷基進入的位置往往就缺乏規(guī)律。當(dāng)前9頁，總共124頁。4.1.2催化劑路易斯酸：AlCl3>FeCl3>SbCl5>SnCl4>BF3>TiCl4>ZnCl2質(zhì)子酸：HF>H2SO4>P2O5>H3PO4>陽離子交換樹脂酸性氧化物：SiO2-Al2O3、分子篩、M（Al2O3·SiO2）烷基鋁：當(dāng)前10頁，總共124頁。（1）路易斯酸最常用的是三氯化鋁、氯化鋅和三氟化硼。共同特點是都有一個缺電子的中心原子。例如鋁原子只有三個外層電子，在三氯化鋁分子中的鋁原子只有六個外層電子，它能接受電子形成帶負電荷的質(zhì)點，同時使烷化劑轉(zhuǎn)變成活潑的親電質(zhì)點。當(dāng)前11頁，總共124頁。A無水三氯化鋁它是各種付氏反應(yīng)最廣泛使用的催化劑，其熔點為192℃，180℃開始升華。新制備的升華無水三氯化鋁幾乎不溶于烴類中，并且對于用烯烴的C-烷化反應(yīng)沒有催化活性?？諝庵械乃麜股倭緼lCl3水解，所以普通的無水三氯化鋁中總是含有少量的氣態(tài)氯化氫。在液態(tài)烴中HCl能與AlCl3形成絡(luò)合物，這個絡(luò)合物能與烯烴形成烷基陽離子，它是活潑的烷化質(zhì)點。當(dāng)前12頁，總共124頁。當(dāng)前13頁，總共124頁。無水三氯化鋁能溶于許多給電子型溶劑中形成絡(luò)合物。

這類有機溶劑有硝基苯、二氯乙烷等。許多可溶性的AlCl3-溶劑絡(luò)合物可用作付氏反應(yīng)的催化劑。無水三氯化鋁易溶于醇、醛和酮，但所形成的絡(luò)合物對C-烷化反應(yīng)沒有催化作用或很弱。這類無機溶劑有：SO2、COCl2、CS2、HCN等。當(dāng)前14頁，總共124頁。無水三氯化鋁與烷化劑或芳烴形成的絡(luò)合物(紅油)是連續(xù)烷化的良好催化劑，紅油不溶于烷化產(chǎn)物，很容易從烷化產(chǎn)物中分離出來循環(huán)使用。其優(yōu)點是比用三氯化鋁副反應(yīng)少，只要不斷補充很少量的三氯化鋁就可以保持穩(wěn)定的催化活性。當(dāng)前15頁，總共124頁。無水三氯化鋁的優(yōu)點是價廉易得、催化活性好、技術(shù)成熟，是付氏反應(yīng)使用最廣泛的催化劑。其缺點是有鋁鹽廢液，有時不適用于活潑芳族化合物(例如酚類和芳胺)的C-烷化。因為容易發(fā)生副反應(yīng)。當(dāng)前16頁，總共124頁。某些含硫化合物會使無水三氯化鋁活性下降。因此，有機原料(例如苯和丙烯等)應(yīng)預(yù)先脫硫。

無水三氯化鋁有很強的吸水性，遇水分解會產(chǎn)生氯化氫并放出大量的熱，嚴重時甚至?xí)鸨āo水三氯化鋁與空氣接觸也會吸潮水解，并逐漸結(jié)塊。使用部分吸潮的無水三氯化鋁，即使提高反應(yīng)溫度也很難使反應(yīng)順利進行。當(dāng)前17頁，總共124頁。工業(yè)上，當(dāng)用氯烷作烷基化試劑時，也可以直接用金屬鋁作催化劑，而不必用無水三氯化鋁，因為烷基化反應(yīng)中生成的氯化氫，能與金屬鋁作用生成三氯化鋁絡(luò)合物。在分批操作時常用鋁絲，連續(xù)操作時可用鋁錠或鋁球。當(dāng)前18頁，總共124頁。B三氟化硼

其優(yōu)點是：可以同醇、醚和酚等形成具有催化活性的絡(luò)合物，副反應(yīng)少，可用于酚類的C-烷化。另外，三氟化硼是低沸點(-101℃)的氣體，容易從反應(yīng)物中蒸出，循環(huán)利用。缺點是價格較貴，限制了它的應(yīng)用。它也是活潑的催化劑。當(dāng)前19頁，總共124頁。三氟化硼不易水解。在水中僅部分地水解為羥基硼氟酸(HBF3+OH-或BF3·H2O)，后者也是C-烷化和脫烷基的有效催化劑。三氯化硼也是活潑催化劑，但很易水解為硼酸和鹽酸，所以使用不便。用烯烴或醇類作C-烷化劑時，也可以用三氟化硼作為硫酸、磷酸和氫氟酸等催化劑的促進劑。當(dāng)前20頁，總共124頁。C其它路易斯酸催化劑溫和，尤其氯化鋅廣泛用于氯甲基化反應(yīng)。ZnCl2、FeCl2和CuCl等酸性鹵化物都是溫和的催化劑。當(dāng)反應(yīng)物比較活潑，用無水AlCl3會引起副反應(yīng)時，要用這類催化劑。ZnCl2廣泛用于芳環(huán)的氯甲基化反應(yīng)。當(dāng)前21頁，總共124頁。（2）質(zhì)子酸強質(zhì)子酸，例如硫酸、氯磺酸、磷酸、多磷酸、氫氟酸、鹽酸、烷基磺酸、芳磺酸、氯乙酸、陽離于交換樹脂等都是C-烷化的催化劑。

它們的催化作用是使烯烴、醇、醛和酮等C-烷化劑質(zhì)子化，轉(zhuǎn)變成親電質(zhì)點。質(zhì)子酸的催化活性次序是：HF＞H2SO4＞H3PO4。當(dāng)前22頁，總共124頁。A硫酸硫酸廣泛用于以烯烴、醇、醛和酮為烷化劑的烷化反應(yīng)。其優(yōu)點是價廉易得、容易掌握。但為了避免芳烴的磺化、烷基化劑的聚合、酯化、脫水、和氧化等反應(yīng)，必須選用適宜的硫酸濃度。當(dāng)前23頁，總共124頁。例如，對于異丁烯要用85~90%硫酸。這時除了C-烷化反應(yīng)以外，還有一些酯化反應(yīng)；如果用80%硫酸則主要是聚合反應(yīng)，也有一些酯化反應(yīng)，但不發(fā)生烷化反應(yīng)；如果用70%硫酸則主要是酯化反應(yīng)，不發(fā)生烷化和聚合反應(yīng)。對于丙烯要用96%以上的硫酸。對于乙烯要用接近98%的硫酸，但這足以引起苯和乙苯的磺化。因此，在苯的乙基化時，不宜用硫酸作催比劑。當(dāng)前24頁，總共124頁。B氫氟酸無水氫氟酸沸點19.5℃，凝固點-83.5℃，可用作多種付氏反應(yīng)的催化劑。其主要優(yōu)點是：(1)液態(tài)HF對于含氮、含氧和含硫的有機物有較高的溶解度，對烴類也有一定的溶解度。另外，HF在這些液態(tài)有機物中也有一定溶解度。因此，它既是催化劑，又是溶劑。(2)不易引起副反應(yīng)當(dāng)用AlCl3或硫酸作催化劑會引起副反應(yīng)時，改用HF是有利的。例如，HF可用作酚類和氨基酚等的C-烷化的催化劑。當(dāng)前25頁，總共124頁。(3)沸點低當(dāng)將烴類與HF分層后，殘留在烴層中的HF容易蒸出回收利用。HF的消耗量少。(4)凝固點低可在-30℃或更低的溫度下使用。HF和BF3的絡(luò)合物也是良好的催化劑。HF雖然有很多優(yōu)點，但價格貴、腐蝕性強，并且常常要在壓力下操作，因此，HF目前主要用作十二烯與苯制十二烷基苯的催化劑。當(dāng)前26頁，總共124頁。C磷酸和多聚磷酸它們是烯烴C-烷化的良好催化劑，也是烯烴聚合和環(huán)合的催化劑。100%的磷酸(H3PO4)凝固點42.4℃，在室溫時為固體，因此常使用85~89%的含水磷酸或多磷酸。多磷酸是各種磷酸多聚物的混合物。多磷酸是液體，對于許多類型的有機物還是良好的溶劑。當(dāng)前27頁，總共124頁。磷酸和多磷酸的優(yōu)點是它沒有氧化性，不會發(fā)生芳環(huán)上的取代反應(yīng)。當(dāng)芳烴分子中含有敏感性基團(例如羥基等)時，比用三氯化鋁或硫酸效果好。但是，由于磷酸和多磷酸的價格比三氯化鋁的價格貴得多，因此限制了它們的廣泛使用。H3PO4-BF3是效果更好的催化劑，它用于丙烯與萘制2-異丙萘。當(dāng)前28頁，總共124頁。將磷酸負載在載體上制成固體磷酸催化劑，可用于烯烴的氣固相接觸催化烷化。例如丙烯和苯制異丙苯，所用的載體可以是硅藻土、硅膠或γ-三氧化二鋁等。固體磷酸催化劑中的活性組分是焦磷酸(H4P2O7)，磷酸也有一些催化活性，而偏磷酸(HPO3)則沒有催化活性。在200℃時，磷酸大部分脫水為焦磷酸，在300℃大部分脫水為偏磷酸。當(dāng)前29頁，總共124頁。D陽離子交換樹脂其中最重要的是苯乙烯-二乙烯苯共聚物的磺化物。它們是用烯烴、醇、醛和酮使苯酚C-烷化時特別有效的催化劑。其優(yōu)點是副反應(yīng)少，通常不與任何反應(yīng)物或產(chǎn)物形成絡(luò)合物，因此可以用簡單的過濾法將其從反應(yīng)物中回收套用。但是它們的應(yīng)用受到耐熱溫度的限制，而且失效后不能再生。當(dāng)前30頁，總共124頁。（3）酸性氧化物某些酸性氧化物是許多氣固相接觸催化反應(yīng)的催化劑。SiO2單獨使用時，對付氏反應(yīng)沒有或只有很小的催化活性。Al2O3單獨使用時雖然比SiO2好一些，但仍不是好的催化劑。SiO2-Al2O3以適當(dāng)?shù)谋壤浜?，則是付氏反應(yīng)的良好使化劑。它可以用于烯烴與芳烴的C-烷化、脫烷基、轉(zhuǎn)移烷化、二烷化物的異構(gòu)化，以及酮的合成和脫水環(huán)合等反應(yīng)。當(dāng)前31頁，總共124頁。硅鋁催化劑可以是天然的，例如沸石、硅藻土、膨潤土和鋁礬土等。另外，也可以是合成的。工業(yè)硅鋁催化劑通常含右85~90%SiO2和15%Al2O3。硅鋁催化劑中也可以添加Cr2O3、MgO、Mo2O3、ThO3、WO3、ZrO等金屬氧化物，以調(diào)整其催化活性和選擇性。近年來開發(fā)研究較多的是分子篩催化劑。當(dāng)前32頁，總共124頁。一般認為硅鋁催化劑的活性組分是HAlSiO4，它負載在非活性的SiO2上，只有在表面上的H+才是有效的。當(dāng)催化劑的表面積增加時，表面上的H+的濃度增加，即活性增加。硅鋁催化劑的優(yōu)點是容易再生、可重復(fù)使用，基本上不產(chǎn)生廢液。大量用于石油化學(xué)工業(yè)。當(dāng)前33頁，總共124頁。（4）烷基鋁酚鋁（Al（OC6H5）3）苯胺鋁（Al（NHC6H5）3）這是用烯烴作C-催化劑時的一種特殊催化劑。其特點是能使烷基有選擇地進入芳環(huán)上氨基或羥基的鄰位。烷基鋁與三氯化鋁相似，其中鋁原子也是缺電子的，烷基鋁的催化作用還不十分清楚。當(dāng)前34頁，總共124頁。酚鋁(C5H5O)3Al是苯酚鄰位C-烷化的催化劑，它是由鋁屑在大量苯酚中加熱而制得的。苯胺鋁(C5H5NH)3Al是苯胺鄰位C-烷化的催化劑，它是由鋁屑在大量苯胺中加熱而制得的。當(dāng)前35頁，總共124頁。4.1.3C-烷基化反應(yīng)歷程催化劑的作用是使烷基化劑強烈極化為活潑的親電質(zhì)點，這種親電質(zhì)點進攻芳環(huán)生成s絡(luò)合物，再脫去質(zhì)子而變?yōu)樽罱K產(chǎn)物。工業(yè)上傅-克烷基化反應(yīng)最常用的烷基化劑是烯烴和鹵烷，其次是醇、醛和酮。當(dāng)前36頁，總共124頁。三氯化鋁與氯化氫形成絡(luò)合物后，其質(zhì)子與烯烴的加成遵循馬氏規(guī)則。當(dāng)前37頁，總共124頁。因此，在用烯烴作C-烷化劑時，總是引入帶支鏈的烷基。例如，丙烯和苯生成異丙苯，異丁烯和苯生成叔丁基苯。從上述反應(yīng)歷程可以看出，這類反應(yīng)形式上是加成反應(yīng)，但是在歷程上則是親電取代反應(yīng)。當(dāng)前38頁，總共124頁。用鹵烷作烷化劑所用的催化劑主要是無水三氯化鋁，其次是氯化鋅。三氯化鋁的催化作用是它先與鹵代烷生成分子絡(luò)合物、離子對、離子絡(luò)合物或烷基陽離子。然后，這些親電質(zhì)點再與芳環(huán)生成σ-絡(luò)合物。最后，σ-絡(luò)合物脫質(zhì)子而在芳環(huán)上引入烷基。當(dāng)前39頁，總共124頁。用醇作烷化劑時，醇首先與催化劑提供的質(zhì)子結(jié)合成質(zhì)子化醇，后者再解離成烷基陽離子和水。質(zhì)子化醇和烷基陽離子都是親電質(zhì)點，可對芳環(huán)發(fā)生C-烷化反應(yīng)。當(dāng)前40頁，總共124頁。（1）C-烷基化是串聯(lián)反應(yīng)要得到單烷基苯，必須控制反應(yīng)原料苯與烷基化劑的用量比，一般使苯過量很多。另外，催化劑和反應(yīng)溫度的選擇，對于多烷基苯的生成量也有重要影響。隨著苯環(huán)上烷基數(shù)目增多，空間效應(yīng)也增加，這會使進一步烷化的速度減慢。當(dāng)前41頁，總共124頁。（2）C-烷基化是可逆反應(yīng)烷基苯在強酸催化劑存在下能發(fā)生烷基的轉(zhuǎn)移和歧化，即苯環(huán)上的烷基可以從一個位置轉(zhuǎn)移到另一個位置，或者烷基可以從一個分子轉(zhuǎn)移到另一個分子上。當(dāng)前42頁，總共124頁。（3）烷基可能發(fā)生重排反應(yīng)C-烷基化反應(yīng)中的烷基正離子可能重排成較為穩(wěn)定形式的烷基正離子。最簡單的例子是以1-氯丙烷與苯反應(yīng)時，得到的并不全是正丙苯，而是正丙苯和異丙苯的混合物，而且后者生成更多。當(dāng)前43頁，總共124頁。烯烴是最價廉易得的C-烷化劑，它的應(yīng)用范圍很廣。4.1.4烯烴對芳環(huán)的C-烷化工業(yè)上進行烷化反應(yīng)的方法有液相法和氣相法兩類。液相法的催化劑呈溶液狀態(tài)參加反應(yīng)，液態(tài)苯和氣態(tài)烯烴(如乙烯、丙烯)或其他液態(tài)烷基化劑在催化劑作用下，完成烷基化反應(yīng)。液相法用的催化劑有路易斯酸和質(zhì)子酸。氣相法是使氣態(tài)苯和氣態(tài)烷基化劑在一定的溫度和壓力下，通過固體酸催化劑，如磷酸-硅藻土，BF3–

γ-Al2O3。當(dāng)前44頁，總共124頁。異丙苯異丙苯最初用作汽油的添加劑，現(xiàn)在是生產(chǎn)苯酚和丙酮的重要中間體。異丙苯是由丙烯和苯制得的，所用的苯要預(yù)先脫硫，以免影響催化劑的活性。丙烯和苯的C-烷化是可逆的連串反應(yīng)。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(chǎn)。當(dāng)前45頁，總共124頁。目前使用的催化劑有兩種，即無水三氯化鋁和固體磷酸。用AlCl3催化劑時，反應(yīng)在液相進行(95~100℃，0.2~0.6MPa)，當(dāng)丙烯和苯的摩爾比為1：6~7時，烷化液中約含異丙苯30~35%、多異丙苯10~15%，其余的是苯，即異丙苯和多異丙苯的重量比約為3：1。用固體磷隨催化劑時，反應(yīng)在氣-固相進行(250~350℃、0.3~1.0MPa)，副產(chǎn)物多異丙苯很少，異丙苯和多異丙苯的重量比可達20：1。當(dāng)前46頁，總共124頁。三氯化鋁催化法的優(yōu)點是：操作壓力不高、副產(chǎn)的多異丙苯可送回烷化器，它由于脫烷基和轉(zhuǎn)移烷化可轉(zhuǎn)變?yōu)楫惐?，烷化液中多異丙苯的含量并不增加。按消耗的苯計算，異丙苯的收率可達的95~96%。此法的缺點是反應(yīng)過程中放出少量氯化氫，在烷化液的中和、洗滌時生成氫氧化鋁絮狀物，不易處理。目前此法己較少發(fā)展。當(dāng)前47頁，總共124頁。固體磷酸催化法的特點是：只副產(chǎn)很少的多異丙苯，但是多異丙苯不能送回烷化器。按消耗的苯計算，異丙苯的收率只有90～93%。多異丙苯也可在另外的烷化器中轉(zhuǎn)變?yōu)楫惐?，這時異丙苯的總收率也可達95～96%或更高。副產(chǎn)的多異丙苯也可用于制間異丙基苯酚和間苯二酚。

缺點是需要耐高壓設(shè)備。但是，與三氯化鋁法相比，則具有許多優(yōu)點。例如，催化劑消耗少，不產(chǎn)生氯化氫，對原料苯的含水量要求不那么嚴格等。目前，國外新建廠多采用固體磷酸催化法。當(dāng)前48頁，總共124頁。十二烷基苯是生產(chǎn)合成洗滌劑十二烷基苯磺酸鈉的中間體。2.高級烷基苯聚四丙烯是由丙烯四聚而制得的，它價廉易得。但用這種烯烴制得的最終產(chǎn)品是異十二烷基苯磺酸鈉，含有較多的支鏈，其洗滌廢水很難生物降解，造成水體污染，各國已相繼禁用。當(dāng)前49頁，總共124頁。當(dāng)前50頁，總共124頁。1964年，各國相繼改用直鏈?zhǔn)榛交撬徕c。

以正十二烯烴為原料，采用HF或三氯化鋁為催化劑，進行烷基化反應(yīng)，再用三氧化硫或發(fā)煙硫酸為磺化劑，磺化，中和得到產(chǎn)物。當(dāng)前51頁，總共124頁。間異丙基甲苯經(jīng)氧化-酸解可制得間甲酚，它是重要的農(nóng)藥中間體。在甲苯的異丙基化時，為使鄰、對異丙基甲苯能異構(gòu)化為較穩(wěn)的間異丙基甲苯，在工業(yè)上采用三氯化鋁與多異丙基甲苯的絡(luò)合物作催化劑。

在60℃，反應(yīng)已有足夠的速度，但為了同時完成異構(gòu)化，要求在100℃左右反應(yīng)。

3.異丙基甲苯當(dāng)前52頁，總共124頁。烷化液中約含混合異丙基甲苯55%、二異丙基甲苯19%、三異丙基甲苯3%、未反應(yīng)的甲苯20%以及少量的芳烴雜質(zhì)和焦油物?；旌袭惐妆街泻g位60%～65%，對位30%～35%，鄰位3%以下。當(dāng)前53頁，總共124頁。由丙烯與萘進行烷基化制得。它經(jīng)氧化、酸解可制得2-萘酚和丙酮。此法克服了萘的磺化-堿熔法制2-萘酚工藝落后、廢液多的缺點。美、日已建廠生產(chǎn)，但對原料萘的含硫量要求很嚴。適用于萘的異丙基化的催化劑有入AlCl3、AlCl3與二異丙萘的絡(luò)合物、BF3-H3PO4、固體磷酸、硅酸鋁、90～95%硫酸、硫酸-活化蒙脫土等。4.2-異丙萘當(dāng)前54頁，總共124頁。這類烷化反應(yīng)一般是在常壓下液相中進行的。常用的催化劑是濃硫酸、強酸性陽離子交換樹脂、活性白土和BF3-乙醚絡(luò)合物。也可以用磷酸、氯化氫、三氯化鋁和硅酸鋁等催化劑。用上述催化劑時，烷基主要進入酚羥基的對位。5.烷基酚為了減少多烷基化副反應(yīng)，一般要用不足量的烯烴。當(dāng)前55頁，總共124頁。若使烷基擇優(yōu)地進入酚羥基的鄰位，需要改用其它類型的催化劑。例如，異丁烯和苯酚在苯酚鋁催化劑的作用下，在約220℃和2MPa左右反應(yīng)，主要得到鄰異丁基苯酚。當(dāng)前56頁，總共124頁。用此法制得的重要產(chǎn)品是2，6-二乙基苯胺。它是重要的農(nóng)藥中間體，國外已有萬噸級裝置。為了將乙基引入到苯環(huán)上氨基的兩個鄰位，要用乙烯作C-烷化劑，并且用苯胺鋁或二乙基氯化鋁作催化劑。單獨用苯胺鋁時，收率只有87%，改用二乙基氯化鋁作催化劑，收率可達97.9%，并可縮短反應(yīng)時間、降低高壓釜的操作壓力。6.烷基苯胺當(dāng)前57頁，總共124頁。用氯烷對芳環(huán)的C-烷化在工業(yè)上應(yīng)用較少，因為氯烷不如相應(yīng)的烯烴價廉易得。4.1.5鹵烷對芳環(huán)的C-烷化這種反應(yīng)常在液相中進行，與前述用烯烴液相烷基化方法相似，主要的區(qū)別是在生成烷基芳烴的同時，會釋放出氯化氫。工業(yè)上可用鋁錠或鋁球放入烷基化塔內(nèi)，而不直接使用無水氯化鋁。一般，反應(yīng)器是采用搪瓷或搪玻璃或其他耐腐蝕材料襯里。當(dāng)前58頁，總共124頁。4.1.6醇、醛和酮的C-烷化醇、醛和酮是弱烷化劑，它只適用于活潑芳族化合物(例如苯胺、苯酚和萘等)的C-烷化。常用的烷基化催化劑有路易斯酸(三氯化鋁、氯化鋅)和質(zhì)子酸(硫酸、磷酸、鹽酸)等。用醇、醛或酮類進行烷基化反應(yīng)還同時有水生成。當(dāng)前59頁，總共124頁。（1）用醇的C-烷化當(dāng)前60頁，總共124頁。（2）用醛的C-烷化當(dāng)前61頁，總共124頁。當(dāng)前62頁，總共124頁。（3）用酮的C-烷化當(dāng)前63頁，總共124頁。反應(yīng)實例：（1）用鹵烷的烷基化反應(yīng)——長碳鏈烷基苯的合成：十二烷基苯催化劑：AlCl3、HF重排（2）用烯烴的烷基化反應(yīng)催化劑：AlCl3-HCl,BF3or載于硅藻土上的H3PO4苯過量當(dāng)前64頁，總共124頁。（3）用醇的烷基化反應(yīng)當(dāng)前65頁，總共124頁。（4）用醛酮的烷基化反應(yīng)當(dāng)前66頁，總共124頁。在一個飽和碳原于上，若連有某些不飽和官能團如硝基、羰基、氰基、酯基或苯基時，與該碳相連的氫都具有一定的酸性。換句話說，這個飽和碳原子由于這些不飽和基團的存在而被致活了，故這類化合物被稱為活潑亞甲基化合物。二、活潑亞甲基化合物的碳烷基化反應(yīng)——強堿催化當(dāng)前67頁，總共124頁。影響活性亞甲基碳原子烷基化的因素：（1）堿和溶劑的選擇：醇鈉最常用。（2）一烷基化和二烷基化反應(yīng)：一取代還是二取代，由亞甲基化合物與鹵代烴活性和反應(yīng)條件來定。（3）烷基化反應(yīng)中的副反應(yīng)：當(dāng)前68頁，總共124頁?！阴Ｒ宜嵋阴ギ?dāng)前69頁，總共124頁。當(dāng)前70頁，總共124頁。當(dāng)前71頁，總共124頁。——丙二酸酯當(dāng)前72頁，總共124頁。當(dāng)前73頁，總共124頁。三、炔烴的烷基化反應(yīng)當(dāng)前74頁，總共124頁。當(dāng)前75頁，總共124頁。4.2N-烷基化反應(yīng)氨基上的氫原子被烷基取代，或者通過直接加成而在氮原子上引入烷基的反應(yīng)叫N-烷基化反應(yīng)。這是生成脂肪族和芳香族的伯、仲和叔胺的主要方法。當(dāng)前76頁，總共124頁。烴化劑的種類很多，常用的烴化劑主要有：(1)鹵烷例如氯甲烷、碘甲烷、氯乙烷、溴乙烷、氯乙酸和氯芐等。(2)酯類如硫酸的二甲酯和二乙酯、苯磺酸和對甲苯磺酸的甲酯和乙酯、磷酸的三甲酯和三乙酯等。(3)醇類和醚類例如甲醇、乙醇、正丁醇、十二碳醇、二甲醚和二乙醚等。(4)環(huán)氧化合物例如環(huán)氧乙烷。環(huán)氧丙烷等。4.2.1N-烷基化劑當(dāng)前77頁，總共124頁。(5)烯烴和炔烴例如乙烯、丙烯、長鏈-烯烴、丙烯腈、丙烯酸甲酯和乙炔等。(6)羰基化合物例如甲醛、乙醛、丁醛、苯甲醛、丙酮和環(huán)已酮等。前三類烴化劑是發(fā)生取代反應(yīng)的烴化劑。環(huán)氧化合物、烯烴和炔烴是發(fā)生加成反應(yīng)的烴化劑。羰基化合物是發(fā)生脫水縮合反應(yīng)的烴化劑。當(dāng)前78頁，總共124頁。硫酸的中性酯(例如硫酸二甲酯)是最活潑的烴化劑；其次是各種鹵烷(以碘烷最活潑)；醇和醚則是不活潑的弱烷化劑。在前三類烴化劑中：當(dāng)前79頁，總共124頁。4.2.2用醇類的N-烷化因為醇類比其他烷化劑價廉易得，所以此法廣泛用于苯胺和甲苯胺類的N-烷化。由于醇類是弱烷化劑，而芳胺的堿性也比較弱，所以這類烷化過程都需要相當(dāng)高的反應(yīng)溫度，并且要用催化劑來加速反應(yīng)。當(dāng)前80頁，總共124頁。醇類的N-烷化過程一般是在高壓釜中和200~230℃下，在液相進行的。最常用的催化劑是濃硫酸。此外，也可以用三氯化磷、芳磺酸、脂肪胺或碘作催化劑。應(yīng)該指出，在液相N-烷化時，如果反應(yīng)溫度太高，則引入的烷基會從氨基氮原子上轉(zhuǎn)移到芳環(huán)上氨基的對位或鄰位碳原子上，主要得到C-烷化產(chǎn)物。當(dāng)前81頁，總共124頁。當(dāng)前82頁，總共124頁。胺類用醇的烷基化是連串反應(yīng)，又是可逆反應(yīng)。當(dāng)前83頁，總共124頁。當(dāng)前84頁，總共124頁。用醇類進行N-烷化時，在個別情況下，還需要采用氣固相接觸催化烷化法。一般使胺和醇的蒸氣在高溫280～500℃左右通過氧化催化劑（如SiO2、Al2O3、TiO2等。）當(dāng)前85頁，總共124頁。此外，碳原子數(shù)為8～18的長碳鏈脂肪族伯胺也能用低級醇如甲醇或乙醇進行烷基化，生成仲胺或叔胺：這類烷基化反應(yīng)可在液相進行，常用的催化劑是的Cu-Cr或Cu-Cr-Ba的氧化物——阿德金催化劑。當(dāng)前86頁，總共124頁。這種叔胺也可從二甲胺和高級(C11～C18)醇進行制備：當(dāng)前87頁，總共124頁。4.2.3用鹵烷的N-烷基化鹵烷是N-烷基化常用的烷基化劑，其反應(yīng)活性較醇為強。當(dāng)需要引入長碳鏈的烷基時，由于醇類的反應(yīng)活性隨碳鏈的增長而減弱，此時就需選用鹵烷作烷基化劑。此外，對于較難烷基化的胺類，如芳胺的磺酸或硝基衍生物，也要求采用鹵烷作烷基化劑。當(dāng)前88頁，總共124頁。分子量小的鹵烷的反應(yīng)活性比分子量大的鹵烷更強些。如果烷基不同，則不同鹵烷的反應(yīng)活性由大到小的順序為RI、RBr、RCl、RF。因此為了在胺中引入長碳鏈烷基，有時就要選用溴烷。碘烷的價格較貴，只限于實驗室使用。如果鹵素相同，則伯鹵烷的反應(yīng)最好，仲鹵烷次之，而叔鹵烷常常會發(fā)生嚴重的消除反應(yīng)，生成大量的烯烴，因此不宜直接采用叔鹵烷，以防止發(fā)生消除副反應(yīng)。當(dāng)前89頁，總共124頁。當(dāng)前90頁，總共124頁。當(dāng)前91頁，總共124頁。

芳香族鹵代烴的反應(yīng)活性較鹵烷要差，烷化反應(yīng)較難進行，往往要在強烈的反應(yīng)條件(高溫，催化劑)下或在芳香環(huán)上有其他活化取代基存在時，方能順利進行。此時常用的催化劑是銅鹽如甲胺用氯苯烷基化的反應(yīng)是在高溫和高壓下進行：當(dāng)芳香族鹵代烴的鄰位或?qū)ξ挥袕娏椅娮尤〈鶗r，則烷基化還是比較容易發(fā)生的。當(dāng)前92頁，總共124頁。硫酸酯、芳磺酸酯和磷酸酯等強酸的烷基酯都是活潑的N-烷化劑。這類烷化劑的沸點都很高，N-烷化反應(yīng)可在常壓和不太高的溫度下進行。酯的用量一般不需要過量太多，而且副反應(yīng)少。但是，酯的價格比相應(yīng)的醇或鹵烷貴得多，所以它們主要用于制備價格貴、產(chǎn)量小的烷化產(chǎn)物。4.2.4用酯類的N-烷化當(dāng)前93頁，總共124頁。硫酸酯與胺類烷基化的反應(yīng)通式如下：硫酸酯中最常用的是硫酸二甲酯，但它的毒性極大，能通過呼吸道及皮膚接觸使人體中毒。當(dāng)前94頁，總共124頁。當(dāng)前95頁，總共124頁。醇活性弱，強酸(HX,H2SO4,H3PO4)催化，高溫(200℃)，價廉：甲醇，乙醇，異丙醇，丁醇——活潑胺鹵烷活性高，價格較高，不可逆反應(yīng)，生成鹵化氫（成鹽），加堿（氫氧化鈣，氫氧化鈉，碳酸鈉）中和—引入長碳鏈烷基，不活潑胺或季胺化強酸的酯類(RO)3PO,(RO)2SO2——活性強，價格最高，有毒脂肪胺>卞胺>芳胺小結(jié)當(dāng)前96頁，總共124頁。環(huán)氧乙烷是活潑的烷化劑，它容易與氨基氨原子上的氫發(fā)生加成反應(yīng)，在氮原子上引入羥乙基，故又稱羥乙基化。4.2.5用環(huán)氧乙烷的N-烷化當(dāng)前97頁，總共124頁。環(huán)氧乙烷的沸點較低(10.7℃)，其蒸氣與空氣的混合物的爆炸范圍很寬，空氣含量為3%～98%時都在爆炸范圍內(nèi)，所以在通環(huán)氧乙烷前后，務(wù)必用氮氣置換容器內(nèi)的氣體。當(dāng)前98頁，總共124頁。環(huán)氧乙烷與20%-30%的氨水反應(yīng)，首先生成2-氨基乙醇（1-乙醇胺）。由于一乙醇胺的氨基上仍有氫原子，還可與環(huán)氧乙烷反應(yīng)生成二乙醇胺，再進一步反應(yīng)生成三乙醇胺。與氨反應(yīng)當(dāng)前99頁，總共124頁。這是工業(yè)上生產(chǎn)三種乙醇胺的方法，其中以何者為主，取決于原料配比和反應(yīng)條件。三種乙醇胺均為無色粘稠液體，有堿性，溶于水和乙醇。它們均能吸收酸性氣體，可用于工業(yè)氣體的凈化，以及用于制造洗滌劑等。當(dāng)前100頁，總共124頁。例如：殺菌劑十三嗎啉（Tridemorph）的合成：當(dāng)前101頁，總共124頁。4.2.6用烯烴的N-烷化用烯烴的N-烷化是親電加成反應(yīng)。如果烯烴分子中沒有活化基團，N-烷化反應(yīng)很難進行。但是，如果在雙鍵的α位連有吸電子基，例如氰基、羰基、羧基或羧酸酯基等，使雙健的另一個碳原子(β碳原子)帶有部分正電荷，則容易與胺類發(fā)生親電加成反應(yīng)。最常用的烯烴是丙烯腈和丙烯酸甲酯。當(dāng)前102頁，總共124頁。當(dāng)前103頁，總共124頁。與鹵烷、環(huán)氧乙烷和硫酸酯相比，烯烴衍生物的烷基化能力較弱，常需加入酸性或堿性催化劑。酸性催化劑有乙酸、硫酸、鹽酸、對甲苯磺酸等；堿性催化劑有：三甲胺、三乙胺等。胺與烯烴加成反應(yīng)是一個連串反應(yīng)，可得到仲胺和叔胺。當(dāng)前104頁，總共124頁。烯烴衍生物丙稀睛，丙烯酸，丙烯酸酯——活性弱，需加催化劑，酸性（HAc,HCl,H2SO4）或堿性（三甲胺，三乙胺）環(huán)氧化物環(huán)氧乙烷，環(huán)氧氯乙烷等——活性強（酸堿催化開環(huán)），爆炸（用量為理論量的30～50％，通N2）小結(jié)當(dāng)前105頁，總共124頁。氨或胺類化合物和許多醛或酮可發(fā)生還原性烷基化，即伴隨有還原反應(yīng)的烷基化反應(yīng)。4.2.7醛酮的N-烷基化——縮合還原型N-烷基化反應(yīng)

RCHO+NH3RCH=NHRCH2NH2RCHORCH2N=CHR還原劑加成消除加成加成消除還原劑還原劑RCH2NHCH2RRCHO(RCH2)3N當(dāng)前106頁，總共124頁。當(dāng)前107頁，總共124頁。還原烷基化可在催化加氫條件下進行，防老劑4010NA的工業(yè)制備便是如此。當(dāng)前108頁，總共124頁。用各種烷基化劑進行N-烷基化反應(yīng)時，往往得到伯、仲、叔胺的混合物。分離這些胺類混合物的方法可區(qū)分為物理法和化學(xué)法。

4.2.8N-烷基胺類混合物的分離當(dāng)前109頁，總共124頁。若各組分的沸點相差不夠大，而且又能和水形成共沸物，所以這種混合物要用特殊的精餾方法(加壓精餾和萃取精餾)才能達到分離目的。(1)物理法利用產(chǎn)物的沸點差異進行分離。若各組分的沸點相差較大，可以采用精餾方法加以分離。當(dāng)前110頁，總共124頁。對于用物理法不能分離的胺類混合物，可以改用化學(xué)法加以分