精細(xì)有機(jī)合成原理及應(yīng)用

精細(xì)有機(jī)合成原理及應(yīng)用第1頁，共54頁，2023年，2月20日，星期二什么叫氨解？什么叫胺化？氨和雙鍵的加成只能稱作胺化，但不能稱作氨解。氨解反應(yīng)所生成產(chǎn)物的用途？第2頁，共54頁，2023年，2月20日，星期二一氨基化反應(yīng)基本原理1.1脂肪族化合物氨基化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)和反應(yīng)方程

其中ROH為催化劑。第3頁，共54頁，2023年，2月20日，星期二1.2芳香族化合物氨基化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)和反應(yīng)方程1.2.1氨基置換鹵原子a.非催化氨解對(duì)于活潑的鹵素衍生物，通常用氨水直接處理就可氨解。反應(yīng)速率和正比于氯衍生物和氨水的濃度。第4頁，共54頁，2023年，2月20日，星期二b.催化氨解對(duì)于一些不容易進(jìn)行親核取代的鹵素衍生物，需要加入催化劑促進(jìn)反應(yīng)的進(jìn)行，例如銅氨絡(luò)合物。反應(yīng)速率正比于銅催化劑和氯衍生物的濃度，與氨水無關(guān)，但是副產(chǎn)物酚隨著氨濃度的增加而減少。第5頁，共54頁，2023年，2月20日，星期二1.2.2氨基置換羥基布赫爾（Bucherer）反應(yīng)其中萘酚轉(zhuǎn)化成酮式的趨向性越大，反應(yīng)越容易進(jìn)行。萘酚磺酸基衍生物氨解反應(yīng)的規(guī)律：a.當(dāng)羥基處于1位時(shí)，2位或3位的磺酸基起阻礙作用，而4位則起促進(jìn)作用。b.當(dāng)羥基處于2位時(shí)，3位或4位的磺酸基起阻礙作用，而1位則起促進(jìn)作用。c.當(dāng)羥基和磺酸基不處于同一環(huán)時(shí)，影響很小。第6頁，共54頁，2023年，2月20日，星期二1.2.3氨基置換硝基硝基苯、硝基甲苯等未被活化的硝基不能作為離去基團(tuán)而發(fā)生親核取代反應(yīng)。第7頁，共54頁，2023年，2月20日，星期二1.2.4氨基置換磺酸基反應(yīng)中生成的KHSO3會(huì)與反應(yīng)產(chǎn)物發(fā)生反應(yīng)，因此要向反應(yīng)物中投入溫和的氧化劑，例如間硝基苯磺酸鈉（3:1）。苯系和萘系化合物（尤其環(huán)上無取代基時(shí)），氨解反應(yīng)需要采用氨基鈉和液氨在加壓加熱條件下才能反應(yīng)。第8頁，共54頁，2023年，2月20日，星期二二氨基化反應(yīng)的影響因素2.1氨基化劑對(duì)氨基化反應(yīng)的影響氨基化劑種類繁多，但對(duì)于液相氨基化反應(yīng)，氨水是應(yīng)用最廣泛用量最大的氨基化劑。非催化氨解反應(yīng)速率隨著氨水濃度的增加而加快。催化氨解中，由于氨水濃度增加而提高了氯衍生物在氨水中的溶解度，反應(yīng)速率加快。由于配制高濃度的氨水比較困難，且考慮到設(shè)備的耐壓強(qiáng)度，生產(chǎn)中會(huì)選擇合適的濃度。第9頁，共54頁，2023年，2月20日，星期二2.2鹵化物的活潑性對(duì)氨基化反應(yīng)的影響a.不同鹵素的氨解反應(yīng)有所不同b.鹵化物上已有取代基的影響Xk×104/L.mol-1.s-1k萘/k苯2,4-二硝基鹵萘2,4-二硝基鹵苯I2241.31171Br4794.05118Cl4732.69162F191016811.3第10頁，共54頁，2023年，2月20日，星期二2.3攪拌和溶解度對(duì)氨基化反應(yīng)的影響攪拌對(duì)液相氨解反應(yīng)的重要性(均一性）如何提高鹵化物在氨水中的溶解度（提高氨水濃度或反應(yīng)溫度）2.4溫度對(duì)氨基化反應(yīng)的影響提高反應(yīng)溫度可以提高有機(jī)物在氨水中的溶解度和加快反應(yīng)速率。氨基反應(yīng)時(shí)放熱反應(yīng)，溫度過高會(huì)增加副反應(yīng)甚至出現(xiàn)焦化反應(yīng)，同時(shí)壓力也會(huì)升高。第11頁，共54頁，2023年，2月20日，星期二三氨基化方法3.1醇羥基的氨基化反應(yīng)a.氣-固相接觸催化脫水氨解法例如甲醇和氨的反應(yīng)。b.氣-固相臨氫接觸催化胺化氫化法主要用于C2~C5低碳醇的反應(yīng)，例如乙醇和氨的反應(yīng)。c.液相氨解法主要用于C8~C18醇，例如正辛醇氨解得到正辛胺。第12頁，共54頁，2023年，2月20日，星期二3.2羰基化合物的氨基化反應(yīng)醛和酮等羰基化合物在加氫催化劑作用下，與氨和氫反應(yīng)可以得到脂肪胺。一般低級(jí)脂肪醛在氣相中進(jìn)行，而高沸點(diǎn)的醛和酮在液相中進(jìn)行。第13頁，共54頁，2023年，2月20日，星期二3.2.1霍夫曼重排反應(yīng)酰胺和次氯酸鈉（次溴酸鈉）反應(yīng)，失去羰基，生成減少一個(gè)碳原子的伯胺。優(yōu)點(diǎn)：產(chǎn)率高，產(chǎn)物較純。例如鄰氨基苯甲酸的制備。第14頁，共54頁，2023年，2月20日，星期二3.2.2硼氫化鈉（NaBH4）NaBH4是一種溫和、廉價(jià)有效的還原劑，且反應(yīng)后生成無毒的硼酸鹽，從而被廣泛應(yīng)用。例如在離子液體中，以NaBH4為還原劑，醛和伯胺的反應(yīng)。第15頁，共54頁，2023年，2月20日，星期二3.3鹵代烴的氨基化反應(yīng)3.3.1脂肪族鹵代烴的氨基化反應(yīng)由于脂肪胺的堿性大于氨，所以生成的脂肪胺容易繼續(xù)和鹵代烴反應(yīng)，最后得到混合胺。其中小分子量的鹵烷進(jìn)行氨解反應(yīng)時(shí)用氨水做氨解劑，而大分子量的鹵烷則需要用氨的醇溶液或液氨做氨解劑。鹵烷的活潑順序?yàn)椋篒>Br>Cl>F。δ+第16頁，共54頁，2023年，2月20日，星期二二氯乙烷和氨水的反應(yīng)第17頁，共54頁，2023年，2月20日，星期二·3.3.2芳香鹵化物的氨解反應(yīng)芳香族鹵化物的氨解反應(yīng)比鹵烷要困難得多，需要高溫、催化劑以及胺化劑才能反應(yīng)。當(dāng)芳環(huán)上有吸電子基團(tuán)時(shí)，反應(yīng)容易得多，反應(yīng)活潑性：F>Cl≈Br>I。催化劑一般為鈀催化劑和銅催化劑。第18頁，共54頁，2023年，2月20日，星期二3.4芳香族化合物的氨基化反應(yīng)由于苯環(huán)自身的堿性，因此要在苯環(huán)上引入氨基，一般需要先引入-Cl、-Br、-SO3H、-NO2等基團(tuán)，以降低苯環(huán)的堿性。3.4.1直接胺化法常用的胺化劑為氨或羥胺，其中在堿性介質(zhì)中利用羥胺作為胺化劑的直接胺化法是最重要的直接胺化法。利用氨作為胺化劑可以不用將氨轉(zhuǎn)化成羥胺，可直接胺化，大大簡化了工藝。第19頁，共54頁，2023年，2月20日，星期二3.4.2芳環(huán)上硝基的氨解例如：硝基蒽醌氨解成氨基蒽醌作為離去基團(tuán)，硝基比氯要活潑的多。第20頁，共54頁，2023年，2月20日，星期二3.4.3酚羥基的氨解a.苯酚氣相催化氨解b.苯酚加氫胺化第21頁，共54頁，2023年，2月20日，星期二3.4.4芳環(huán)上磺基的氨解由于苯環(huán)和萘環(huán)上磺基的氨解相當(dāng)困難，所以通?；撬峄苯庵幌抻谳祯盗?。由2,6-蒽醌二磺胺氨解制備2,6-二氨基蒽醌：第22頁，共54頁，2023年，2月20日，星期二3.4.5含氮雜環(huán)化合物的氨解2-氨基吡啶的合成：反應(yīng)過程中釋放出氫和氨，反應(yīng)物通常在烴類、二甲基苯胺或醚類溶劑中反應(yīng)。第23頁，共54頁，2023年，2月20日，星期二第十一章烷基化反應(yīng)第24頁，共54頁，2023年，2月20日，星期二烷基化反應(yīng)的概念烷基化劑的種類醇和醚類、鹵烷類、酯類、環(huán)氧化合物類、烯烴衍生物、

取代型加成型醛和酮類?？s合-還原型第25頁，共54頁，2023年，2月20日，星期二一C-烷基化反應(yīng)1.1芳環(huán)上的C-烷基化反應(yīng)1.1.1C-烷基化催化劑傳統(tǒng)催化劑及其缺點(diǎn)a.分子篩催化劑概念分子篩催化劑系是指以分子篩為催化劑活性組分或主要活性組分之一的催化劑。分子篩具有離子交換功能，均一的分子大小的孔道，酸催化活性，并有良好的熱穩(wěn)定性和水熱穩(wěn)定性，可制成對(duì)許多反應(yīng)有高活性、高選擇性的催化劑。第26頁，共54頁，2023年，2月20日，星期二優(yōu)點(diǎn)酸度高，易于產(chǎn)物分離，可再生重復(fù)使用，不存在鹵素和揮發(fā)性酸等腐蝕性物質(zhì)，沒有對(duì)環(huán)境有害的排放物。缺點(diǎn)酸強(qiáng)度分布不均勻，酸中心數(shù)量較少，在反應(yīng)過程中會(huì)帶來反應(yīng)溫度升高、壓力增加、部分副產(chǎn)物和雜質(zhì)選擇性增大等。第27頁，共54頁，2023年，2月20日，星期二b.雜多酸催化劑概念雜多酸催化劑是由雜原子和多原子按一定的結(jié)構(gòu)通過氧原子配位橋聯(lián)組成的一類含氧多酸。優(yōu)點(diǎn)（強(qiáng)酸性、強(qiáng)氧化性、阻聚作用、光電作用）Keggin型雜多酸H3PW12O40.XH2O、H3PMO12O40.XH2O、H4SIW12O40.XH2O不同雜多酸及無機(jī)酸酸性大?。篐3PW12O40>H3PMO12O40>H4SIW12O40>HCL>H2SO4>HNO3Keggin結(jié)構(gòu)雜多酸催化活性順序：PMO12>PW12>SIO12>SiW12第28頁，共54頁，2023年，2月20日，星期二c.離子液體反應(yīng)體系總類鹵代金屬與叔銨鹽類組成的離子液體、鹵代金屬與咪唑類組成的離子液體、鹵代金屬與吡啶類組成的離子液體等。優(yōu)點(diǎn)第29頁，共54頁，2023年，2月20日，星期二1.1.2C-烷基化反應(yīng)歷程1.1.2.1用烯烴烷基化的反應(yīng)歷程以質(zhì)子酸作為催化劑：以AlCl3作為催化劑：第30頁，共54頁，2023年，2月20日，星期二1.1.2.2用鹵烷烷基化反應(yīng)歷程當(dāng)R為叔烷基或仲烷基時(shí)，比較容易生成R+，當(dāng)R為伯烷基時(shí)，往往不容易生成R+，一般以分子絡(luò)合物參加反應(yīng)。第31頁，共54頁，2023年，2月20日，星期二1.1.2.3用醇、醛、酮烷基化反應(yīng)歷程a.醇作烷基化劑以質(zhì)子酸作催化劑：以AlCl3催化劑：b.醛酮作烷基化劑第32頁，共54頁，2023年，2月20日，星期二1.2炔烴的C-烷基化

鹵代烷反應(yīng)活性規(guī)律：RI>RBr>RCl>RF隨著烷基的增大而減小。金屬炔化物還可以與羰基化合物的羰基反應(yīng)結(jié)果在羰基碳原子上引入一個(gè)炔基。第33頁，共54頁，2023年，2月20日，星期二二N-烷基化反應(yīng)氨、脂肪族或芳香族胺類的氨基中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)稱為N-烷基化。2.1醇或醚類的N-烷基化醇類的烷基化能力很弱，反應(yīng)時(shí)要用要強(qiáng)酸作催化劑，且需加壓或高溫氣相催化。第34頁，共54頁，2023年，2月20日，星期二2.2鹵代烷的N-烷基化通式：ArNH2+RX→ArNHR+HX

ArNHR+RX→ArNR2+HX

ArNR2+RX→ArN+R3X-在反應(yīng)中要加入一定量的堿作為縛酸劑。在鹵代烴的N-烷基化反應(yīng)中，通常將氨或胺轉(zhuǎn)化變成金屬衍生物，使N-烷基化反應(yīng)更容易發(fā)生。第35頁，共54頁，2023年，2月20日，星期二2.3酯類的N-烷基化硫酸酯作為烷基化試劑：磷酸酯作為烷基化試劑：芳磺酸酯作為烷基化試劑：第36頁，共54頁，2023年，2月20日，星期二2.4環(huán)氧乙烷的N-烷基化氨和環(huán)氧乙烷的反應(yīng)方程式：芳胺同樣可以與環(huán)氧乙烷發(fā)生加成反應(yīng)。第37頁，共54頁，2023年，2月20日，星期二2.5烯烴的N-烷基化通過烯烴的雙鍵和氨基中的氫加成完成。催化劑：酸性催化劑（醋酸、硫酸、鹽酸、對(duì)甲苯磺酸等）、堿性催化劑（三甲胺、三乙胺等）、金屬絡(luò)合物、堿金屬等。第38頁，共54頁，2023年，2月20日，星期二2.6醛、酮類的N-烷基化胺（氨）和醛或酮作用，先生成縮醛胺，再經(jīng)還原得到烷基胺（烷基芳胺）。第39頁，共54頁，2023年，2月20日，星期二三O-烷基化O-烷基化是指醇羥基或酚羥基上的氫原子被烷基或芳基取代，形成二烷基醚、烷基芳基醚或二芳基醚的反應(yīng)。3.1鹵代烷的O-烷基化將所用的酚或醇與氫氧化鈉、氫氧化鉀或金屬鈉形成醇鈉鹽或酚鈉鹽，然后在不太高的溫度下加入鹵烷。過程中要加入相轉(zhuǎn)移催化劑。第40頁，共54頁，2023年，2月20日，星期二3.2酯的O-烷基化除硫酸酯之外，磺酸酯、草酸二烷酯、亞磷酸酯等也可用作O-烷基化基。3.3醇或酚直接脫水成醚催化劑：濃硫酸、濃鹽酸、磷酸、對(duì)甲苯磺酸等。對(duì)稱醚的合成：混合醚的合成：第41頁，共54頁，2023年，2月20日，星期二3.4環(huán)氧乙烷的O-烷基化催化劑：酸或堿酸作催化劑：堿作催化劑：例如乳化劑O或勻染劑O的合成第42頁，共54頁，2023年，2月20日，星期二第十二章?；磻?yīng)第43頁，共54頁，2023年，2月20日，星期二一N-?；疦-酰化的概念、目的?；瘎乎Ｂ取Ⅳ人崴狒?、酯等。1.1N-酰化反應(yīng)的歷程1.2

N-?；磻?yīng)的影響因素氨基氮原子上電子云密度、空間位阻、?；瘎┗钚缘取?/p>

第44頁，共54頁，2023年，2月20日，星期二1.3N-?；磻?yīng)方法及應(yīng)用1.3.1用羧酸的?；苽漉０?.3.2用羧酸的衍生物的?；苽漉０穉.酸酐的?；痓.酰氯的?；ㄖ咀艴Ｂ弱；?、芳羧酸氯或芳磺酸氯?；?、光氣酰化）。第45頁，共54頁，2023年，2月20日，星期二c.酰胺和羧酸酯的?；?.3.3用雙乙烯酮的?；苽漉０返?6頁，共54頁，2023年，2月20日，星期二二O-?；疧-?；母拍铛；瘎河糜贜-?；孽；瘎┒伎梢允褂谩?.1O-?；磻?yīng)的歷程RCOOH+R'OH→RCOOR'+H2O2.2O-酰化反應(yīng)的影響因素a.電子效應(yīng)及空間位阻影響b.催化劑影響（傳統(tǒng)無機(jī)酸、有機(jī)酸催化劑、強(qiáng)酸性離子交換樹脂、相轉(zhuǎn)移催化劑等）第47頁，共54頁，2023年，2月20日，星期二2.3O-?；磻?yīng)方法及應(yīng)用2.3.1羧酸的酯化a.羧酸和醇的酯化b.羧酸和不飽和烴的加成酯化c羧酸和環(huán)氧烷的酯化d.羧酸鹽和鹵代烷的酯化第48頁，