精細有機合成-總結(jié)

第1章緒論／1、精細化工及相關(guān)行業(yè)的概念初始原料：煤、石油、天然氣、生物有機質(zhì)（農(nóng)林副產(chǎn)）基礎(chǔ)有機原料：乙烯、丙烯、丁二烯、苯、（甲苯）、二甲苯、（乙炔、萘）、合成氣（CO+H2）等。2.2親電取代反應(yīng)→2.2.3芳香族親電取代定位規(guī)律→（1）影響定位的主要因素2.2.3芳香族親電取代定位規(guī)律（1）影響定位的主要因素■已有取代基的性質(zhì):①極性效應(yīng)②空間效應(yīng)■

親電試劑的性質(zhì)——也包括：①極性效應(yīng)②空間效應(yīng)■反應(yīng)條件：主要－溫度、催化劑和溶劑。上述因素中，最重要的是已有取代基的極性效應(yīng)。芳香取代反應(yīng)中，苯系親電取代反應(yīng)研究的最多，也最重要。2.2親電取代反應(yīng)→2.2.3芳香族親電取代定位規(guī)律→（2）兩類定位基（2）兩類定位基已有取代基Z對新取代基E的定位作用有兩種：■第一類定位基鄰、對位定位基：-O-、-N(CH3)3、-NH2、-OH、-OCH3、-NHCOCH3、-OCOCH3、-F、-Cl、-Br、-I、-CH3、-CH2Cl、-CH2COOH、-CH2F等?！龅诙惗ㄎ换g位定位基：-N+(CH3)3、-CF3、-NO2、-C≡N、-SO3H、-COOH、-CHO、-COOCH3、-COCH3、-CONH2、-N+H3、-CCl3。上節(jié)回顧2.2親電取代反應(yīng)芳香族親電取代反應(yīng)歷程大多數(shù)親電取代反應(yīng)是按照經(jīng)過σ配合物中間產(chǎn)物的兩步歷程進行的。其通式如下：ArAr+HEk2ArE+H+Ar－H+E+k1k-1Ar+HEσ配合物第一步

第二步2.3親核取代反應(yīng)→2.3.2反應(yīng)影響因素→（4）溶劑的影響（4）溶劑的影響SN1反應(yīng)的第1步是一個中性的化合物離解為兩個帶有不同電荷的離子，因此極性溶劑有利于反應(yīng)的進行。SN2反應(yīng)中，因為極性溶劑與親核試劑可以形成氫鍵，親核試劑與反應(yīng)物形成過渡態(tài)時，必須首先消耗能量破壞氫鍵，所以反應(yīng)在不形成氫鍵的溶劑中進行，反應(yīng)速度較快。2.4消除反應(yīng)→2.4.3影響消除反應(yīng)的因素→（2）反應(yīng)條件的影響■溫度的影響：提高溫度有利于消除反應(yīng)。6.2.1硝化劑的活潑質(zhì)點硝化劑：硝化反應(yīng)中能夠生成硝基正離子（NO2+）的試劑。NO2+是親電硝化反應(yīng)的真正進攻質(zhì)點。具有X－NO2的化合物，可產(chǎn)生NO2+離子：離解的難易程度，決定于X－NO2分子中X的吸電子能力：①X吸電子能力越強，越易形成NO2+離子，硝化能力也愈強。②X吸電子能力的大小可由X-的共軛酸的酸度來表示。6.2.3硝化反應(yīng)歷程⑴混酸硝化研究表明混酸硝化機理①NO2+向芳烴發(fā)生親電攻擊生成π絡(luò)合物②π絡(luò)合物轉(zhuǎn)化為σ絡(luò)合物（控制階段）③脫去質(zhì)子得到硝化產(chǎn)物⑵活潑芳烴用硝基鹽硝化硝化劑：硝基硼氟酸鹽（NO2+BF4-）特點：硝化能力很強，可不考慮NO2+生成速度對反應(yīng)的影響⑶稀硝酸硝化一些活潑芳烴（酚、酚醚、某些N-?；及罚┏Ｓ孟∠跛嶙飨趸瘎恿W(xué)研究表明，υ=k[ArH][HNO2]亞硝化階段：①芳烴首先與亞硝酸作用生成亞硝基化合物②硝酸氧化亞硝基化合物，硝酸本身被還原，重又生成亞硝酸⑷其它硝化\①在醋酐中硝化①在醋酐中硝化在已有取代基位置上，對（除H外）基團的取代硝化反應(yīng)。③有汞存在時的氧化硝化苯在汞的存在下，以較稀的硝酸進行硝化，同時可得硝基苯酚、二硝基苯酚、苦味酸等。①D.V.S.值大，表明硫酸濃度大，硝化能力強，適用于難硝化的物質(zhì)；②D.V.S.值小，表明硫酸濃度小，硝化能力弱，適用于易硝化的物質(zhì)⑵廢酸計算濃度（硝化活性因數(shù)）（F.N.A.）混酸硝化結(jié)束時，廢酸中硫酸的計算濃度。若以100份混酸為計算基準，當ф≈1時：當ф≈1時，F(xiàn).N.A.與D.V.S.的互換關(guān)系：當S、N為變量，F(xiàn).N.A.為常數(shù)時，為一直線方程，說明滿足相同廢酸濃度的混酸組成可以是多樣的，但有實際意義的混酸組成，僅是其中的一小段。6.4.2配酸工藝配酸時應(yīng)注意：①有及時導(dǎo)出熱量的冷卻裝置，一般要求控制溫度低于40℃，以減少硝酸的揮發(fā)和分解；②有效的混合裝置； ③有效的設(shè)備的防腐措施；配酸方法:①間歇配酸法：生產(chǎn)能力低，適用于小批量多品種的生產(chǎn)②連續(xù)配酸法：生產(chǎn)能力大，適用于大噸位的生產(chǎn)由于濃硫酸遇水放出大量熱量，應(yīng)緩慢加入水中或廢稀酸中，最后在40℃條件下先慢后快加硝酸并注意安全。4.1芳環(huán)上的取代氯化芳環(huán)上的取代氯化：在催化劑存在下，芳烴上的的H被Cl取代的過程（連串反應(yīng)）。ArH+X2→ArX+HX （親電取代）4.1.1反應(yīng)理論⑴催化劑存在下氯氣的氯化FeCl3、AlCl3、ZnCl2、MnCl2、SnCl4、TiCl4等路易斯酸(3)I2為催化劑(3)I2為催化劑(2)H2SO4為催化劑紅棕色液體酸催化下的次氯酸的氯化二氯硫酰4.1.2反應(yīng)動力學(xué)苯環(huán)上的氯化是一連串反應(yīng)：室溫下k1/k2=10，k3很小，可忽略，所以在氯化反應(yīng)前期，連串反應(yīng)中三氯苯生成極少。4.1.3影響因素（1）氯化深度（2）操作方式（3）反應(yīng)溫度（4）原料純度（5）催化劑的選擇（6）反應(yīng)介質(zhì)⑴氯化深度環(huán)上取代氯化為連串反應(yīng)。氯化深度用參加氯化反應(yīng)的原料的百分數(shù)來表示。苯的一氯化反應(yīng)速度常數(shù)，在常溫下僅比二氯化反應(yīng)速度常數(shù)大8.5倍左右，因此制備一氯化物時必須嚴格控制氯化深度。如果要生成二氯化物，可以提高反應(yīng)深度。用反應(yīng)液相對密度來控制。氯苯用途比二氯苯大，反應(yīng)中為增加氯苯含量，而減少多氯苯含量，可降低氯化反應(yīng)的濃度，即減少苯的反應(yīng)。但剩余苯越多，則回收的苯越多，操作費用及損耗將增加，設(shè)備生成能力亦下降，因此要慎重選擇反應(yīng)濃度。可由出口處氯化液的相對密度來控制氯化深度（不同的氯化液組成有各自的相對密度）。⑵操作方式操作可分為間歇式和連續(xù)式（單級塔式、多級槽式）。連續(xù)、間歇過程主要差異是產(chǎn)物可能返回到反應(yīng)區(qū)。⑶反應(yīng)溫度早期氯苯的生產(chǎn)中，溫度盡可能控制反應(yīng)在35~40℃下進行，是為了防止二氯苯的生成過多。近代，普遍采用氯化液的沸騰溫度78~80℃下進行，用塔式反應(yīng)器或列管式氯化器進行。其他鹵化反應(yīng)的溫度，要根據(jù)反應(yīng)物的活潑性而定。催化劑的選擇在芳環(huán)上有較強的供電基（如羥基、氨基），在鹵化時一般不用催化劑。對活潑性較低的芳烴，一般要加入金屬鹵化物作催化劑。對不活潑的芳烴的直接鹵化，則要求有強烈的鹵化條件和催化劑，一般用濃硫酸、碘或氯化碘。反應(yīng)介質(zhì)①水適用：被氯化物和產(chǎn)物都是固體，且氯化反應(yīng)較易進行，把被氯化物以很細的顆粒懸浮于水介質(zhì)中，酸存在下氯化。

例，對硝基苯胺的氯化②無機溶劑適用：難溶于水中的有機物，常用的溶劑是硫酸。

例，蒽醌在濃硫酸介質(zhì)中可直接氯化制1,4,5,8-四氯蒽醌③有機溶劑適用：某些有機物的氯化可在有機溶劑（惰性）中進行。

例，萘的氯化以氯苯為溶劑；水楊酸的氯化以乙酸為溶劑；苯胺的氯化以水－醋酸為溶劑，隨體系中水的增加，苯胺氯化速度增加。（溶劑極性對芳香化合物氯化速度有影響。）4.2.2甲苯的側(cè)鏈氯化甲苯的側(cè)鏈氯化是在光或引發(fā)劑引發(fā)下，采用沸騰氯化法進行的。反應(yīng)在塔式氯化器中進行，生產(chǎn)流程與氯苯的生產(chǎn)相近，反應(yīng)中應(yīng)避免金屬存在，以防止環(huán)上取代氯化發(fā)生。氯化反應(yīng)完畢后通入少量空氣吹走HCl，接著進行分餾操作。分餾前進行洗滌或堿液中和是不適宜的，因為甲苯側(cè)鏈氯化衍生物非常容易水解。分餾設(shè)備應(yīng)是搪瓷或搪玻璃，因為設(shè)備中存在鐵質(zhì)會引起產(chǎn)品縮合生成樹脂狀物。近年來，也有用活性炭作催化劑使甲苯在300℃進行氣相側(cè)鏈氯化，甲苯的轉(zhuǎn)化率達70%，主要產(chǎn)物為苯氯甲烷；也有使甲苯在甲酰胺和偶氮二異丁腈存在下于75℃~85℃進行反應(yīng)，以提高甲苯側(cè)鏈氯化的轉(zhuǎn)化率和選擇性。乙苯、異丙苯和更高級的烷基苯類，在高溫下也可發(fā)生側(cè)鏈氯化，取代反應(yīng)優(yōu)先發(fā)生在α-碳原子上。發(fā)煙硫酸表示方法：①SO3質(zhì)量百分含量②游離SO3百分含量w(SO3)③硫酸質(zhì)量百分含量w(H2SO4)不同表示方法之間可互換，②、③的互換公式如下：w(H2SO4)=100%+0.225w(SO3)w(SO3)=4.44[w(H2SO4)-100%]例：含游離SO320%的發(fā)煙硫酸換算成H2SO4的百分含量w(H2SO4)=100%+0.225×20%=104.5%例：含游離SO365%的發(fā)煙硫酸，試以①表示5.2芳香族磺化芳烴的磺化主要用①硫酸②發(fā)煙硫酸是典型的親電取代反應(yīng)。③三氧化硫不同的磺化劑，其反應(yīng)歷程不同。例，苯基三甲基銨鹽正離子，與不同磺化劑的反應(yīng)歷程Ⅰ濃度較低的發(fā)煙硫酸（20%）中Ⅱ濃度較高的發(fā)煙硫酸中：Ⅲ含水硫酸（95%）中：Ⅳ稀硫酸（80~85%）中：苯酚合成硝基化合物還原，隨反應(yīng)條件不同可分別得到不同的產(chǎn)物：硝基苯還原反應(yīng)歷程ArNO2+2H++2e→ArNO+H2OArNO+2H++2e→ArNHOHArNHOH+2H++2e→ArNH2+H2OArNO2+3Fe+4H2O→ArNH2+3Fe(OH)2ArNO2+6Fe(OH)2+4H2O→ArNH2+6Fe(OH)3生成的二價鐵和三價鐵轉(zhuǎn)變成黑色的磁性氧化鐵：Fe(OH)2+2Fe(OH)3→Fe3O4+4H2OFe+8Fe(OH)3→3Fe3O4+12H2O總反應(yīng)：4ArNO2+9Fe+4H2O→4ArNH2+3Fe3O47.4.2影響因素⑴化學(xué)結(jié)構(gòu)與反應(yīng)活性正極：ArNO2+2H++2e→ArNO+H2O①芳環(huán)上有吸電子基時，使氮原子上部分正電荷增加，接受電子能力增加，有利于進行還原反應(yīng)。②芳環(huán)上有供電子基時，使氮原子上部分負電荷增加，接受電子能力減弱，不利于進行還原反應(yīng)。⑵介質(zhì)（非均相）①一般水（質(zhì)子、氫的供給者）為介質(zhì)，為保證傳質(zhì)、傳熱，水應(yīng)過量，n(硝基物):n(水)≈1：50~100，水

不宜過多，否則會降低設(shè)備的生產(chǎn)能力②一些活性較低的化合物，可加入甲醇、己醇、吡啶等能與水相混的溶劑，以促進反應(yīng)進行⑶鐵的品質(zhì)和用量還原反應(yīng)在鐵表面進行，因此鐵的物理、化學(xué)狀態(tài)對反應(yīng)有很大的影響。潔凈和質(zhì)軟的灰鑄鐵屑優(yōu)于組成的比較純凈的鋼屑，因鑄鐵中含多種元素，和溶液接觸時產(chǎn)物了許多微電池。還原速度還部分決定于鐵屑的顆粒的細度和多孔性。每摩爾硝基物消耗鐵的理論量為2.25mol，實際用量為3~4mol。⑷電解質(zhì)電解質(zhì)實際上是鐵屑還原反應(yīng)的催化劑?？商岣邔?dǎo)電能力，加速鐵的腐蝕，可促進還原反應(yīng)的進行。其它條件相同時，電解質(zhì)對硝基苯還原的催化活性順序：NH4Cl(95.5)>FeCl2(91.3)>(NH4)2SO4(89.2)>BaCl2(87.3)>CaCl2(68.5)>NaCl(50.4)>Na2SO4(42.4)>KBr(41.0)>CH3COONa(10.0)>NaOH(0.7)注：括號中數(shù)字表示當其他條件相同，各種電解質(zhì)中苯胺的收率。雖然使用NH4Cl和FeCl2時還原速度最快，在某些情況下也需要采用其他電解質(zhì)某些情況。例為防止酰基的水解，對硝基-N-乙酰苯胺還原用FeAc2?！拌F的預(yù)蝕”——還原鍋中加少量酸(鹽酸、乙酸、甲酸或硫酸)，使酸與鐵屑作用生成電解質(zhì)FeCl2烷基芳烴氧化-酸解制酚類異丙苯氧化制過氧化氫物8.3化學(xué)氧化反應(yīng)空氣與氧氣以外的氧化劑總稱為“化學(xué)氧化劑”。用化學(xué)氧化劑的反應(yīng)統(tǒng)稱為“化學(xué)氧化”優(yōu)點：化學(xué)氧化反應(yīng)條件較溫和，易控制、操作簡便、方法成熟、反應(yīng)選擇性高缺點：化學(xué)氧化劑一般價格高，三廢治理困難適用：產(chǎn)量小、附價值高的精細化工產(chǎn)品⑴高錳酸鉀高錳酸鉀是一種常用的強氧化劑，應(yīng)用范圍廣，但選擇性較差。其氧化性能和選擇性主要取決于介質(zhì)的酸堿性，主要用于將甲基、伯醇基氧化為羧酸。中性或堿性介質(zhì)MnO4-+2H2O+3e?MnO2+4OHE0=0.558V酸性介質(zhì)MnO4-+8H++5e?Mn2++4H2OE0=1.51V優(yōu)點：反應(yīng)可在水中進行，操作簡便，易于控制，所生成的羧酸以鉀鹽溶于水，酸析后就可得到產(chǎn)品。缺點：由于大部分有機物難溶于水，且大部分有機溶劑可被高錳酸鉀氧化，另外價格較貴，因此限制了其使用。特殊情況下，可在醋酸、叔丁醇、二氯甲烷、吡啶中進行。有些情況下還可加入少量相轉(zhuǎn)移催化劑，使氧化反應(yīng)能有效的在水溶液中進行。常用KMnO4在中性或堿性介質(zhì)中進行氧化反應(yīng)，在40~100℃，將固體KMnO4慢慢加入含被氧化物的水溶液或懸浮液中直