精細(xì)有機(jī)合成烴化詳解

精細(xì)有機(jī)合成烴化詳解演示文稿當(dāng)前1頁(yè)，總共60頁(yè)。優(yōu)選精細(xì)有機(jī)合成烴化當(dāng)前2頁(yè)，總共60頁(yè)。5.1C-烴化反應(yīng)歷程：酸催化的親電取代反應(yīng)。3

有機(jī)化合物分子中碳原子上的氫被烴基所取代的反應(yīng)叫做C-烴化反應(yīng)。烴化劑：烯烴；鹵烷；醇、醚。當(dāng)前3頁(yè)，總共60頁(yè)。5.1.1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。

4當(dāng)前4頁(yè)，總共60頁(yè)。(1)路易斯酸路易斯酸催化劑分子的共同特點(diǎn)是都有一個(gè)缺電子的中心原子。

AlCl3與鹵烷作用：AlCl3與HCl、烯烴作用：5當(dāng)前5頁(yè)，總共60頁(yè)。無水三氯化鋁（AlCl3）無水AlCl3：熔點(diǎn)192℃，180℃開始升華。

新鮮制備的無水AlCl3

，對(duì)用烯烴的C-烷化無催化活性；而必須有少量水分或HCl存在，才能顯示出催化活性。無水AlCl3能溶于大多數(shù)的液態(tài)氯烷中，并生成烷基正離子。它也能溶于許多給電子型溶劑（SO2、COCl2、CS2、硝基苯、二氯乙烷等）中形成絡(luò)合物。許多可溶性的AlCl3溶劑絡(luò)合物可用作傅-克反應(yīng)的催化劑。無水AlCl3溶于醇、醚或酮所形成的絡(luò)合物對(duì)傅-克反應(yīng)并沒有催化作用或者催化作用很弱。6本身無催化活性反應(yīng)條件下催化活性良好當(dāng)前6頁(yè)，總共60頁(yè)。無水三氯化鋁（AlCl3）最常用的傅-克反應(yīng)催化劑（Friedel-Crafts）無水AlCl3價(jià)廉易得，催化活性好。但有鋁鹽廢液生成，有時(shí)不適用于活潑芳香族化合物(如酚、芳胺類)的烷基化反應(yīng)。紅油：由無水AlCl3

、多烷基苯和少量水配制而成。不溶于烷基化劑，易分離，副反應(yīng)少，能循環(huán)使用。適合于大規(guī)模的連續(xù)化工業(yè)烷基化過程。7無水AlCl3吸水性很強(qiáng)，與空氣接觸也會(huì)吸潮水解，逐漸結(jié)塊而失去催化活性。遇水會(huì)立即分解放出氯化氫和大量的熱，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)鸨?。無水AlCl3應(yīng)裝在隔絕空氣和耐腐蝕的密閉容器中，使用時(shí)要注意保持干燥。當(dāng)前7頁(yè)，總共60頁(yè)。質(zhì)子酸質(zhì)子酸中最重要的是硫酸、氫氟酸和磷酸或多磷酸，這些強(qiáng)質(zhì)子酸的作用是使烯烴、醛或酮質(zhì)子化，成為活潑的親電質(zhì)點(diǎn)：8當(dāng)前8頁(yè)，總共60頁(yè)。硫酸廣泛應(yīng)用于以烯烴、醇、醛和酮為烷基化劑的烷基化反應(yīng)。為了避免芳烴的磺化、烷基化劑的聚合、酯化、脫水和氧化等副反應(yīng)，必須選擇適宜的硫酸濃度。對(duì)乙烯:不能采用硫酸(98%硫酸引起苯和烷基苯的磺化)。9當(dāng)前9頁(yè)，總共60頁(yè)。氫氟酸（HF）可用于各類傅-克反應(yīng)沸點(diǎn)19.5℃,凝固點(diǎn)-83℃，。優(yōu)點(diǎn)：（1）溶解能力強(qiáng)；（2）不易引起副反應(yīng)；（3）沸點(diǎn)低，可循環(huán)利用，消耗損失少。（4）凝固點(diǎn)低，低溫烷化反應(yīng)。（5）氫氟酸和三氟化硼的絡(luò)合物氟硼酸(HBF4)也是良好的催化劑。缺點(diǎn)：價(jià)格較貴，腐蝕性強(qiáng)，對(duì)設(shè)備要求高。10當(dāng)前10頁(yè)，總共60頁(yè)。5.1.2C-烷基化反應(yīng)歷程

(1)三氯化鋁催化，烯烴為烷基化劑：11當(dāng)前11頁(yè)，總共60頁(yè)。(2)三氯化鋁催化，鹵烷為烷基化劑：12當(dāng)前12頁(yè)，總共60頁(yè)。5.1.3C-烷基化影響因素

（1）烷基化劑：13鹵烷RCl＞RBr＞RI（烷基相同）鹵代芳烴反應(yīng)活性較低，不能進(jìn)行烷基化反應(yīng)。>R3CX>R2CHX>RCH2X>CH3X（鹵素相同）少量不活潑的催化劑如氯化鋅，甚至用鋁、鋅多量的氯化鋁加熱當(dāng)前13頁(yè)，總共60頁(yè)。（2）芳香族化合物：14*芳環(huán)上有烷基等給電于基團(tuán)時(shí)，烷基化反應(yīng)容易進(jìn)行；但當(dāng)環(huán)上有—NH2、—OR等給電子基團(tuán)時(shí)，不利于烷基化反應(yīng)的進(jìn)行；*當(dāng)環(huán)上有鹵原子、羰基、羧基等吸電子基時(shí)，則不容易進(jìn)行烷基化反應(yīng)。此時(shí)，必須選用包括多量的強(qiáng)催化劑和提高反應(yīng)溫度，才能進(jìn)行烷基化反應(yīng)。*當(dāng)芳環(huán)上有硝基時(shí)，烷基化反應(yīng)就不能進(jìn)行；可以用硝基苯作烷基化反應(yīng)的溶劑。當(dāng)前14頁(yè)，總共60頁(yè)。15在低溫、低濃度、弱催化劑、反應(yīng)時(shí)間較短的條件下，烷基進(jìn)入的位置遵循親電取代反應(yīng)規(guī)律。

*（3）烷基進(jìn)入位置（4）催化劑的影響作用：將烷化試劑轉(zhuǎn)化為R+

種類：質(zhì)子酸、Lewis酸、酸性氧化物、烷基鋁當(dāng)前15頁(yè)，總共60頁(yè)。生產(chǎn)實(shí)例當(dāng)前16頁(yè)，總共60頁(yè)。5.1.4

C-烷化反應(yīng)的特點(diǎn)（1）可逆反應(yīng)17當(dāng)前17頁(yè)，總共60頁(yè)。（2）烷化質(zhì)點(diǎn)和芳環(huán)上的異構(gòu)化18對(duì)于多碳烯烴，質(zhì)子總是加到烯雙鍵中含氫較多的碳原子上，即正電荷總是集中在烯烴雙鍵中含氫較少的碳原子上(Markovnikov規(guī)則)馬氏規(guī)則。如:在反應(yīng)條件下，烷基正離子會(huì)發(fā)生氫轉(zhuǎn)移-異構(gòu)化反應(yīng)。烷基正離子的異構(gòu)化是可逆的，總的平衡趨勢(shì)是使烷基正離子轉(zhuǎn)變?yōu)楦臃€(wěn)定的結(jié)構(gòu)。一般規(guī)律是伯重排為仲、仲重排為叔。當(dāng)前18頁(yè)，總共60頁(yè)。5.1.5用鹵烷作烷化劑的C-烷化反應(yīng)(1)用芐基氯的C-烷化19(2)用氯乙酸的C-烷化當(dāng)前19頁(yè)，總共60頁(yè)。(3)用四氯化碳的C-烷化20(4)用氯代叔丁烷的C-烷化

當(dāng)前20頁(yè)，總共60頁(yè)。5.1.6用烯烴作烷化劑的C-烷化反應(yīng)

（1）異丙苯21AlCl3：

16～795～100℃，0.2～0.3MPaH3PO4(固）170-190℃，2～4MPa（2）間異丙基甲苯當(dāng)前21頁(yè)，總共60頁(yè)。（3）十二烷基苯（4）酚類的C-烷化22（5）2,6-二乙基苯胺當(dāng)前22頁(yè)，總共60頁(yè)。6.1.7用醇作烷化劑的C-烷化反應(yīng)反應(yīng)歷程23生產(chǎn)實(shí)例（1）芳胺的C-烷化（2）酚類的C-烷化當(dāng)前23頁(yè)，總共60頁(yè)。5.1.8用醛、酮作烷化劑的C-烷化反應(yīng)反應(yīng)歷程24當(dāng)前24頁(yè)，總共60頁(yè)。生產(chǎn)實(shí)例

（1）DDT滴滴涕(1,1,1-三氯-2,2’-雙(對(duì)氯苯基)乙烷)25（2）雙酚A（2,2’-雙(4-羥基苯基)丙烷）當(dāng)前25頁(yè)，總共60頁(yè)。（3）4,4’-二氨基二苯甲烷26（4）擴(kuò)散劑N當(dāng)前26頁(yè)，總共60頁(yè)。雙酚A27如用酸催化，反應(yīng)結(jié)束后有大量含酸、含酚廢水，且設(shè)備腐蝕嚴(yán)重。近年來改為采用陽離子交換樹脂催化，其特點(diǎn)是對(duì)設(shè)備的材質(zhì)要求較低，而且催化劑可以反復(fù)使用，壽命較長(zhǎng)。產(chǎn)物雙酚A是制備新型高分子材料環(huán)氧樹脂、聚碳酸酯及聚砜的主要原料，也應(yīng)用于制造油漆、抗氧劑和增塑劑等方面。當(dāng)前27頁(yè)，總共60頁(yè)。二、氧原子上的烴化

（一）醇的O-烴化1.鹵代烴為烴化劑2.酯類為烴化劑3.環(huán)氧乙烷為烴化劑（二）酚的O-烴化1.烴化劑2.多元酚的選擇性烴化當(dāng)前28頁(yè)，總共60頁(yè)。（一）醇的O-烴化1．鹵代烴為烴化劑Williamson合成：醇在堿（鈉、氫氧化鈉、氫氧化鉀等）存在下，與鹵代烴反應(yīng)生成醚。是制備混合醚的有效方法。其過程如下：此反應(yīng)為親核取代反應(yīng)，即對(duì)鹵代烴中與鹵素相連的碳原子作親核取代。一、氧原子上的烴化

當(dāng)前29頁(yè)，總共60頁(yè)。（1）鹵代烴的影響鹵代烴的活性與其結(jié)構(gòu)及鹵原子有較大的關(guān)系。①當(dāng)烴基相同時(shí)不同鹵代烴的活性次序?yàn)椋篟F<RCl<RBr<RI；應(yīng)用較多的是RCl和RBr。②當(dāng)鹵原子相同時(shí)，隨烴基分子量的增大，鹵代烴的活性逐漸降低。一、氧原子上的烴化

當(dāng)前30頁(yè)，總共60頁(yè)。（2）醇的影響醇的活性一般較弱，需要在反應(yīng)中加入堿以生成親核試劑，促進(jìn)反應(yīng)的進(jìn)行。醇的結(jié)構(gòu)不同，其反應(yīng)條件及操作方法也不相同活性小的醇，必須先與金屬鈉或氫氧化鈉作用生成醇鈉，再進(jìn)行烴化；活性大的醇，可不生成醇鈉，而是在反應(yīng)中加入氫氧化鈉等堿作為去酸劑，即可反應(yīng)。一、氧原子上的烴化

當(dāng)前31頁(yè)，總共60頁(yè)。案例分析

案例：抗組胺藥苯海拉明（Diphenhydramine）的合成可采用以下兩種方法。分析：在抗組胺藥苯海拉明的合成中，由于醇羥基氫原子的活性不同，進(jìn)行烴化反應(yīng)時(shí)所需的條件也不同。前一反應(yīng)醇的活性低，需先制成醇鈉；后一反應(yīng)采用二苯甲醇為原料，由于苯基的吸電子效應(yīng)，羥基中氫原子的活性增大，在反應(yīng)中加入氫氧化鈉作去酸劑即可順利反應(yīng)。顯然，后一反應(yīng)優(yōu)于前一反應(yīng)，因此，苯海拉明的合成采用后一種方法。一、氧原子上的烴化

當(dāng)前32頁(yè)，總共60頁(yè)。分子中同時(shí)含有羥基和鹵原子的鹵代醇可發(fā)生分子內(nèi)的Williamson反應(yīng)，生成環(huán)醚。例如：一、氧原子上的烴化

當(dāng)前33頁(yè)，總共60頁(yè)。①常加入氫氧化鈉、氫氧化鉀、鈉等強(qiáng)堿性物質(zhì)，使ROH轉(zhuǎn)化成

，親核性增強(qiáng)，加速反應(yīng)。②質(zhì)子溶劑會(huì)降低的親核性，而極性非質(zhì)子性溶劑能夠增強(qiáng)的親核性。因此，反應(yīng)中常采用極性非質(zhì)子性溶劑如DMSO、DMF、苯、甲苯等。（3）堿和溶劑的影響一、氧原子上的烴化

當(dāng)前34頁(yè)，總共60頁(yè)。2．酯類為烴化劑硫酸酯（ROSO2OR）和芳磺酸酯（ArSO2OR）也是常用烴化劑，其反應(yīng)機(jī)制與鹵代烴的烴化反應(yīng)相同。由于芳磺酸酯基和硫酸酯基比鹵原子易離去，所以，其活性比鹵代烴大，是一類強(qiáng)烴化劑。因此，使用芳磺酸酯和硫酸酯時(shí)，其反應(yīng)條件較鹵代烴溫和。一、氧原子上的烴化

當(dāng)前35頁(yè)，總共60頁(yè)。（1）硫酸酯常用的硫酸酯類烴化劑有硫酸二甲酯（Me2SO4）和硫酸二乙酯(Et2SO4)。硫酸二甲酯由于其良好的反應(yīng)活性，在醫(yī)藥、農(nóng)藥、精細(xì)化學(xué)品等的合成中，作為甲基化試劑而得到廣泛的應(yīng)用。例如抗高血壓藥美托洛爾中間體的合成。一、氧原子上的烴化

當(dāng)前36頁(yè)，總共60頁(yè)。（2）芳磺酸酯芳磺酸酯由芳磺酰氯與相應(yīng)的醇在低溫下反應(yīng)制得。芳磺酸酯中應(yīng)用最多的是對(duì)甲苯磺酸酯（TsOR），常用于引入分子量較大的烴基。某些難以烴化的羥基（如螯合酚的烴化），可用芳磺酸酯進(jìn)行烴化。例如鯊肝醇的合成。一、氧原子上的烴化

當(dāng)前37頁(yè)，總共60頁(yè)。環(huán)氧乙烷屬小環(huán)化合物，容易開環(huán)，在酸或堿的作用下，能和分子中含有活潑氫的化合物（如醇、酚、胺、活性亞甲基、芳環(huán)等）反應(yīng)得到烴化產(chǎn)物，在被烴化的原子上引入羥乙基，所以這類反應(yīng)又稱為羥乙基化反應(yīng)。在酸或堿的催化下，環(huán)氧乙烷很容易開環(huán)，在醇的氧原子上引入羥乙基，反應(yīng)條件溫和，速度快。酸催化時(shí)屬于反應(yīng)，堿催化時(shí)屬于反應(yīng)。3．環(huán)氧乙烷為烴化劑一、氧原子上的烴化

當(dāng)前38頁(yè)，總共60頁(yè)。（二）酚的O-烴化1．烴化劑（1）鹵代烴為烴化劑酚的酸性比醇強(qiáng)，在堿性條件下與鹵代烴反應(yīng)，可生成芳基醚，收率高。常用的堿有氫氧化鈉(鉀)、碳酸鈉（鉀）。反應(yīng)可以在水中進(jìn)行，也可以在醇、丙酮、苯、甲苯、DMSO等溶劑中進(jìn)行。一、氧原子上的烴化

當(dāng)前39頁(yè)，總共60頁(yè)。（2）酯類為烴化劑

硫酸二酯對(duì)酚羥基很易烴化，在氫氧化鈉水溶液中室溫即能順利進(jìn)行反應(yīng)。如消炎鎮(zhèn)痛藥萘普生中間體（9）、抗精神病藥曲美托嗪中間體（10）的合成。

一、氧原子上的烴化

當(dāng)前40頁(yè)，總共60頁(yè)。（3）環(huán)氧乙烷類烴化劑

環(huán)氧氯丙烷在堿性條件下與酚羥基反應(yīng)，環(huán)氧環(huán)開裂，然后在過量堿存在下，β-氯代醇脫去氯化氫生成新的環(huán)氧乙烷環(huán)狀化合物。例如治療前列腺疾病的藥物萘哌地爾中間體（11）的合成。一、氧原子上的烴化

當(dāng)前41頁(yè)，總共60頁(yè)。5.3N-烴化NH3十R—Z→RNH2十HZRNH2十R—Z→RNHR十HZRNHR十R—Z→RNR2十HZ42氨基上的氫原子被烴基取代的反應(yīng)叫做N-烴化反應(yīng)。R-Z：烷基化劑R：烷基Z：—OH，—Cl、—OSO3H等基團(tuán)當(dāng)前42頁(yè)，總共60頁(yè)。5.3.1N-烷基化劑(1)醇和醚甲醇、乙醇、甲醚、乙醚、異丙醇、丁醇等。(2)鹵烷氯甲烷、碘甲烷、氯乙烷、溴乙烷、氯芐、氯乙酸、氯乙醇等。(3)酯硫酸二甲酯，硫酸二乙酯、磷酸三甲酯、對(duì)甲苯磺酸甲酯等。(4)環(huán)氧化合物環(huán)氧乙烷、環(huán)氧氯丙烷等。(5)烯烴衍生物丙烯腈、丙烯酸、丙烯酸甲酯等。(6)醛、酮各種脂肪族和芳香族的醛、酮。

43取代加成還原烷基化當(dāng)前43頁(yè)，總共60頁(yè)。5.3.1用醇類作烷化劑的N-烷化反應(yīng)反應(yīng)歷程44當(dāng)前44頁(yè)，總共60頁(yè)。

特點(diǎn)

（1）以R+為活性質(zhì)點(diǎn)的親電取代反應(yīng)；

（2）使用強(qiáng)酸性催化劑以提供質(zhì)子；

（3）連串反應(yīng)；

（4）可逆反應(yīng)

（5）受空間效應(yīng)的影響，以高碳醇對(duì)芳胺進(jìn)

行N-烷化時(shí)，只得到一烷苯胺。45當(dāng)前45頁(yè)，總共60頁(yè)。46K2/K1=1000K2/K1=1/4受空間效應(yīng)的影響，以高碳醇對(duì)芳胺進(jìn)行N-烷化時(shí)，只得到一烷苯胺。當(dāng)前46頁(yè)，總共60頁(yè)。重要品種（1）N,N-二甲基苯胺當(dāng)前47頁(yè)，總共60頁(yè)。甲醚是合成甲醇時(shí)的副產(chǎn)物，也可用作烷基化劑。48當(dāng)前48頁(yè)，總共60頁(yè)。5.3.2用鹵烷作烷化劑的N-烷化反應(yīng)烷化劑

R-I>R-Br>R-Cl49N-乙基-N-芐基苯胺當(dāng)前49頁(yè)，總共60頁(yè)。5.3.3用酯作烷化劑的N-烷化反應(yīng)

50硫酸二烷基酯芳磺酸酯磷酸單酯優(yōu)點(diǎn)：

（1）可在-NH2的N上烷基化而不影響-OH；

（2）有多個(gè)氨基時(shí)，可根據(jù)N原子的堿性，選擇性地對(duì)一個(gè)

N烷基化；

（3）活性大

缺點(diǎn)：毒性大。當(dāng)前50頁(yè)，總共60頁(yè)。5.3.4用環(huán)氧乙烷作烷化劑的N-烷化反應(yīng)特點(diǎn)

（1）反應(yīng)活性高，在N上引入CH2CH2OH；（2）連串反應(yīng)；51K1與K2相差不大（3）酸催化反應(yīng)當(dāng)前51頁(yè)，總共60頁(yè)。52抗腫瘤藥嘧啶苯芥中間體應(yīng)用當(dāng)前52頁(yè)，總共60頁(yè)。5.3.5用烯烴作烷化劑的N-烷化反應(yīng)53常用的烯烴為丙烯腈和丙烯酸酯，烷基化就能分別引入氰乙基和羧酸酯基：RNH2+CH2＝CH—CN→RNH(CH2CH2CN)RNH(CH2CH2CN)+CH2＝CH—CN→RN(CH2CH2CN)2RNH2+CH2＝CHCOOR→RNH(CH2CH2C00R’)RNH(CH2CH2COOR’)+CH2＝CHCOOR→RN(CH2CH2COOR’)2

這些產(chǎn)物是生產(chǎn)分散染料、表面活性劑和醫(yī)藥的重要中間體。δ+當(dāng)前53頁(yè)，總共60頁(yè)。5.3.5用烯烴作烷化劑的N-烷化反應(yīng)酸:CH3COOH、H2SO4、HCl

、FeCl3堿:三甲胺，三乙胺54催化劑O當(dāng)前54頁(yè)，總共60頁(yè)。向胺類的胺基上引入羧酸酯基：RNH2十CH2＝CHCOOR→RNH(CH2CH2C00R’)RNH(CH2CH2COOR’)十CH2＝CHCOOR→RN(CH2CH2COOR’)2

原料丙烯酸酯是石油化工生產(chǎn)的大宗產(chǎn)品，特別是選用丙烯酸甲酯更為有利。胺類與丙烯酸先加成烷基化，然后再酯化，也能引入羧酸酯基。胺類還可用鹵代羧酸或鹵代羧酸酯烷基化，這是引入羧酸酯基的另一條原料路線。丙烯酸酯甲酯的烷基化能力較丙烯腈弱，因此對(duì)于某些需要引入兩個(gè)羧酸酯基的芳胺，就要使用過量的丙烯酸甲酯和比較強(qiáng)烈的反應(yīng)條件。盡管如此，在產(chǎn)品中往往還會(huì)含有少量單烷基化合物。55當(dāng)前55頁(yè)，總共60頁(yè)。5.3.6用醛、酮作烷化劑的N-烷化反應(yīng)ArNH2

＋RCHO→Ar－N＝CHR

Ar－N＝CHR（還原）→ArNHCH2R56

醛或酮與伯胺的胺化氫化，其脫水縮