精細(xì)合成單元反應(yīng)與工藝 第7章 羥基化反應(yīng)

第七章羥基(qiǎngjī)化反應(yīng)共八十六頁§7.1概述(ɡàishù)

1，定義

有機化合物分子中引入羥基的反應(yīng)

目的：制得各種(ɡèzhǒnɡ)酚、醇、烯醇

進一步合成烷基酚醚、二芳醚、芳伯胺和二芳基仲胺等中間體共八十六頁2，引入羥基(qiǎngjī)的方法羧酸及衍生物氫化羰基化、還原(huányuán)

縮合反應(yīng)重排農(nóng)副產(chǎn)品發(fā)酵→ROH（釀酒）親核置換共八十六頁（1）羧酸(suōsuān)及衍生物氫化共八十六頁（2）羰基化、還原(huányuán)

共八十六頁（3）縮合(suōh(huán)é)反應(yīng)共八十六頁（4）重排共八十六頁（6）氧化(yǎnghuà)共八十六頁（7）親核置換(zhìhuàn)

X＝－SO3H磺酸堿熔X＝－X鹵素化合物水解X＝－NH2芳伯胺的水解X＝－NO2硝基(xiāojī)化合物的水解X＝－N2＋Cl－重氮鹽的水解X＝－H如：苯的直接羥基化共八十六頁§7.2羥基(qiǎngjī)化反應(yīng)芳磺酸鹽的堿熔芳磺酸鹽在高溫與熔融的苛性堿（或苛性堿溶液）作用下，使磺基被羥基所置換(zhìhuàn)的反應(yīng)叫堿熔。7.2.1－OH置換－SO3H

共八十六頁優(yōu)點：過程簡單，設(shè)備要求低，適用(shìyòng)于多種酚的制備缺點：消耗大量的酸、堿、三廢多大噸位：苯酚、間苯二酚、1－萘酚等已轉(zhuǎn)用別的路線生產(chǎn)小噸位：J酸、H酸、γ酸采用此法堿熔是工業(yè)上制備(zhìbèi)酚類的最早方法：共八十六頁是親核置換反應(yīng)(fǎnyìng)歷程1414一、反應(yīng)(fǎnyìng)歷程共八十六頁二、反應(yīng)(fǎnyìng)的影響因素

1，堿熔劑(róngjì)苛性鈉：最常用的堿熔劑。苛性鉀：活性相對較高，但是較貴?？列遭浐涂列遭c混合物：適用于較低溫度的堿熔。成本相對較低。共八十六頁芳環(huán)上有吸電子基團(磺酸(huánɡsuān)基、羧基等）使其活化;

硝基磺酸會產(chǎn)生氧化，不宜用堿熔的方法;

氯代磺酸不宜用此法，因為氯原子比磺基更易被－OH取代;芳環(huán)上的供電子基團對磺基的堿熔起鈍化作用;多磺酸的堿熔，第一個磺基堿熔較容易;萘磺酸：1－磺基比2－磺基活潑;2，磺化物的結(jié)構(gòu)(jiégòu)共八十六頁表7一l不同(bùtónɡ)芳磺鹽在用KOH堿熔時的活化能

共八十六頁3，無機鹽影響(yǐngxiǎng)磺酸鹽中一般(yībān)都含有無機鹽（主要是硫酸鈉和氯化鈉），不易溶解，可使反應(yīng)物變得粘稠甚至結(jié)塊。一般要求含量控制在10%（質(zhì)量）以下。共八十六頁4，堿熔溫度(wēndù)與時間

堿熔的溫度主要(zhǔyào)取決于磺酸的結(jié)構(gòu)

不活潑的磺酸（如苯磺酸、2－萘磺酸）：高溫堿熔（300－340℃）

活潑的磺酸（2－氨基萘，5,7－二磺酸；2－萘酚6,8－二磺酸）要求的溫度較低，一般中溫度（180-230℃）

共八十六頁

（1）高溫堿熔速度快、時間短，在熔融堿中加完磺酸鹽后（約幾小時），只要適當(dāng)?shù)匮杆偕郎兀ㄈ鐝?00℃升高到340℃），保持10到幾十分鐘，即達(dá)到反應(yīng)的終點(zhōngdiǎn)；

（2）中溫堿熔（一般為NaOH溶液作堿熔劑）所需時間較長，一般在加完磺酸鹽后保溫幾小時，甚至10~20小時。時間(shíjiān)共八十六頁5，堿的濃度(nóngdù)和用量

（1）采用NaOH或KOH作堿熔劑(róngjì)；KOH比NaOH活性高，但價貴；有時用二者的混合物，二者混合物熔點低于300℃（2）高溫堿熔使用含量在90％以上的熔融堿，常壓或低壓稀堿，要高溫高壓（3）中溫堿熔：70－80％濃堿液，常壓回流（4）高溫堿熔：堿的過量較少，1：2.5（mol比）中溫堿熔堿的過量較多，1：6-8（mol比）共八十六頁三、熔融(róngróng)堿的常壓堿熔

用于磺基不活潑的場合可使單磺酸、多磺酸基完全被－OH置換常壓堿熔時，由于生成的酚易被空氣氧化，要用水蒸汽保護

堿熔的初期由磺酸鹽帶入的水和反應(yīng)生成的水起保護作用(zuòyòng)

堿熔的后期，需要在堿熔物的表面通適當(dāng)?shù)恼羝舶耸摲磻?yīng)(fǎnyìng)實例共八十六頁高溫(gāowēn)磺化-堿熔法仍是生產(chǎn)2-萘酚的主要方法，我國是主要生產(chǎn)國。無機鹽廢液多。共八十六頁工藝(gōngyì)過程（1）285－320℃下，在堿熔鍋中加入熔融堿（2）加入2－萘磺酸（3）加料(jiāliào)完畢后，快速升溫至330-340℃，保溫30min

(堿熔物中，游離的堿含量下降到40％以下為反應(yīng)終點)（4）堿熔物放入熱水中，使其完全溶解（5）在60-80℃下，用SO2進行酸化。共八十六頁四、濃堿的常壓堿熔

萘系的某些多磺酸、氨基和羥基的多磺酸用70%~80％NaOH溶液、常壓、180℃~270℃反應(yīng)(fǎnyìng)可使萘系多磺酸中的一個磺基被羥基置換，二氨基和其他磺基不受影響可用于制備J酸、γ酸、M酸、H酸等共八十六頁J酸H酸共八十六頁γ-酸（6-氨基-4-羥基(qiǎngjī)-萘-2-磺酸）M-酸（8-氨基-4-羥基(qiǎngjī)-萘-2-磺酸）共八十六頁五、稀堿的加壓堿熔

共八十六頁反應(yīng)溫度和堿濃度都可以在一定的范圍內(nèi)變化，以此來控制多磺酸中磺基被置換的數(shù)目或控制芳環(huán)上氨基是否(shìfǒu)被水解。共八十六頁一、氣相接觸催化(cuīhuà)水解

氯苯在高溫(gāowēn)和催化劑作用下，不用堿也能水解用磷酸三鈣或氯化亞銅/硅膠作催化劑，氯苯和水蒸汽在420-520℃（常壓、氣相）反應(yīng)氯苯的單程轉(zhuǎn)化率為10-15％?；旌衔镏械穆缺健⑺?、苯酚和氯化氫，經(jīng)過萃取、精餾等可得到合格的苯酚

7.2.2－OH置換鹵素

共八十六頁優(yōu)點：不消耗NaOH，副產(chǎn)鹽酸可用于苯的氧化(yǎnghuà)氯化法制氯苯

工業(yè)上“再生(zàishēng)法”缺點：Cat活性周期短（4－6hr），分離過程復(fù)雜，對設(shè)備的腐蝕性強已被異丙苯法取代共八十六頁二、堿性(jiǎnxìnɡ)水解法

0.2~0.6MPa20MPa氯苯在苛性鈉作用下水解生成苯酚，曾經(jīng)是工業(yè)(gōngyè)上制造苯酚的重要方法之一。共八十六頁共八十六頁多氯代苯的水解,一般(yībān)要求較高的溫度，并需要用銅作催化劑共八十六頁共八十六頁側(cè)鏈氯原子(yuánzǐ)在弱堿性水溶液中也能水解為羥基芐醇，可用來配制香水(xiāngshuǐ)、香精和食用香精。共八十六頁氯化物的水解(shuǐjiě)工藝要點1.氯化物不溶于水；攪拌和相轉(zhuǎn)移催化劑2.水解和消除反應(yīng)的競爭；在發(fā)生取代反應(yīng)時，水解劑顯示親核性攻擊碳原子；在發(fā)生消除反應(yīng)時，則水解劑取決于堿的性質(zhì)接近β位氫原子。因此，在進行取代反應(yīng)時要求采用親核性相對(xiāngduì)較強的弱堿作水解劑，如Na2CO3；進行消除反應(yīng)則要求采用親核性較弱的強堿，如NaOH或Ca(OH)2。共八十六頁7.2.3－OH置換(zhìhuàn)－NH2

合成(héchéng)路線較長：—NO2→－NH2→－OH主要用于1-萘酚衍生物的制備和某些特定位置上需要引OH的化合物共八十六頁一、氨的酸性(suānxìnɡ)水解

酸性水解一般在稀硫酸中進行，溫度(wēndù)較高時，因硫酸會引起副反應(yīng)，可用磷酸和鹽酸代替硫酸優(yōu)點：工藝簡單、收率高（可達(dá)88％）、質(zhì)量好（純度95％）缺點：對設(shè)備腐蝕嚴(yán)重，設(shè)備生成能力低、廢水處理量大。1.2~1.5MPa共八十六頁1-萘酚-3,8二磺酸(huánɡsuān)1-萘酚-3,6二磺酸(huánɡsuān)氨的酸性水解法還可以制備以下化合物：共八十六頁二、氨的堿性(jiǎnxìnɡ)水解

在堿性條件下，如果(rúguǒ)提高堿熔溫度，可以使萘環(huán)1-位的磺基和8位氨基同時被-OH取代共八十六頁三、氨的亞硫酸氫鈉水解(shuǐjiě)

某些芳伯胺，在亞硝酸氫鈉水液中，常壓沸騰回流，再加堿處理(chǔlǐ)，氨基被羥基取代NW酸1-萘酚-4-磺酸共八十六頁四、重氮鹽水解(shuǐjiě)

由芳伯胺重氮化生成的重氮鹽經(jīng)酸性水解即可得到酚。常用的重氮鹽是重氮硫酸氫鹽，分解(fēnjiě)反應(yīng)常在硫酸溶液中進行。共八十六頁重氮鹽的水解是單分子(fēnzǐ)親核置換反應(yīng)，其歷程為為了避免副反應(yīng)，一般將冷的重氮硫酸氫鹽溶液慢慢加到熱的或沸騰(fèiténg)的稀硫酸中，使重氮鹽在反應(yīng)液中的濃度始終很低。水解生成的酚最好隨同水蒸氣一起蒸出。共八十六頁利用(lìyòng)重氮鹽的水解可以制備下列酚：共八十六頁重氮鹽水解，硝酸存在(cúnzài)時，可得到相應(yīng)的硝基酚共八十六頁7.2.4硝基(xiāojī)化合物的水解

芳環(huán)上的硝基如果受到鄰對位上強吸電子基團的影響(yǐngxiǎng)而得到活化共八十六頁KOH:15%~20%,環(huán)丁砜為溶劑，反應(yīng)(fǎnyìng)溫度100~105℃.共八十六頁7.2.5烷基(wánjī)芳烴的氧化－酸解

1、苯酚(běnfēn)的生產(chǎn)苯酚的主要消費方向是制備雙酚A、酚醛樹脂，其中雙酚A增長速度近年可在6～7%水平，發(fā)展勢頭顯得較為強勁，對苯酚消費的需求增長較快，而苯酚擴建計劃不足、增產(chǎn)有限。世界需求年增長率維持4%，至2010年供需持續(xù)緊張。全球苯酚需求2006年為825萬噸，2007年預(yù)計858萬噸，2010年前預(yù)計年增長率保持在4%左右。共八十六頁近兩年來，我國苯酚生產(chǎn)發(fā)展較塊。2004年，上海高橋石油化工公司(ɡōnɡsī)新建的一套12.4萬噸/年裝置建成投產(chǎn)，使我國苯酚總生產(chǎn)能力達(dá)到48.3萬噸。2005年底，隨著哈爾濱華宇股份有限公司(ɡōnɡsī)生產(chǎn)裝置擴建到7.4萬噸/年，我國苯酚總生產(chǎn)能力達(dá)到54萬噸。其中，采用異丙苯法的生產(chǎn)廠家有4家，總生產(chǎn)能力約為50.9萬噸/年，約占我國苯酚總生產(chǎn)能力的94.26%。共八十六頁反應(yīng)(fǎnyìng)歷程共八十六頁優(yōu)點(yōudiǎn)：以苯和丙烯為原料，同時聯(lián)產(chǎn)丙酮不需要消耗大量的酸堿，三廢少連續(xù)操作，生成能力大，成本低已經(jīng)成為苯酚生產(chǎn)(shēngchǎn)的主要方法（萬噸級）共八十六頁酸性分解所用酸：硫酸、磷酸、對甲苯磺酸酸解反應(yīng)放熱：→副反應(yīng)，甚至有爆炸危險←控制(kòngzhì)丙酮回流來控制(kòngzhì)反應(yīng)穩(wěn)定（60-100℃）酸解加料順序：CHP越低，副反應(yīng)越少，因而將CHP濃縮液連續(xù)地加到酸解液中，立即被酸解液所稀釋，使CHP濃度控制在0.2％左右此方法也用于制備間甲酚和2-萘酚共八十六頁2、甲酚(jiǎfēn)的生產(chǎn)甲酚的異構(gòu)體中，間甲酚是制備高效(ɡāoxiào)低毒農(nóng)藥殺螟松和速滅威的重要中間體。對甲酚是制備抗氧化劑的重要中間體。生產(chǎn)的異丙基甲苯可經(jīng)分子篩分離得到對、間異丙基甲苯，再氧化-酸解；也可以直接氧化-酸解，采用異丁烯烷基化法再分離。共八十六頁3、2-萘酚的生產(chǎn)(shēngchǎn)共八十六頁7.2.6環(huán)己烷的氧化(yǎnghuà)－脫氫環(huán)己烷的氧化－脫氫(tuōqīnɡ)制備苯酚

共八十六頁四氫萘的氧化(yǎnghuà)脫氫制備1-萘酚

1-萘酚是生產(chǎn)(shēngchǎn)農(nóng)藥甲萘威的中間體。共八十六頁7.2.7芳酸的氧化(yǎnghuà)－脫羧

氧化銅為氧化催化劑，氧化鎂抑制副產(chǎn)物焦油(jiāoyóu)的生成，并促進苯甲酰水楊酸的水解。共八十六頁（1）苯甲酸銅的生成(shēnɡchénɡ)

（2）苯甲酸銅的熱解共八十六頁（3）苯甲酰基水楊酸的水解(shuǐjiě)

（4）水楊酸脫羧生成(shēnɡchénɡ)苯酚共八十六頁（5）苯甲酸亞銅可再生為苯甲酸銅

共八十六頁7.2.8苯的直接(zhíjiē)羥基化

苯分子在熱力學(xué)上高的穩(wěn)定性使其難以加成和氧化苯環(huán)(běnhuán)中的碳原子受共軛π電子的屏蔽作用，有利于親電取代，不利于－OH的親核進攻，產(chǎn)物酚比苯活潑，一旦生成酚后，容易進一步反應(yīng)共八十六頁苯直接制苯酚反應(yīng)(fǎnyìng)歷程親電取代，即在強負(fù)電性離子作用下，使羥基(qiǎngjī)有親電性游離基取代，在催化劑作用下產(chǎn)生游離基·OH或·OOH通過金屬－氧絡(luò)合物將氧原子插入到C－H鍵之間共八十六頁（1）親電取代H2O2和HF在－30-50℃反應(yīng)（苯酚的收率(shōulǜ)可達(dá)37％）次氟酸與苯反應(yīng)，氟強吸電性使OH基具有親電性共八十六頁（2）游離(yóulí)基取代

以Na2S2O8＋Fe＋＋＋Cu＋＋，30℃反應(yīng)，收率64％反應(yīng)歷程點：在Fe＋＋作用下，使過氧化物(ɡuòyǎnɡhuàwù)分解放出游離的·OH，·OH進攻芳環(huán)共八十六頁1、經(jīng)由鉈化反應(yīng)(fǎnyìng)的羥基化7.2.9其他(qítā)

鉈化氧化水解酸化共八十六頁工藝(gōngyì)優(yōu)點：作為親電試劑的三氟醋酸鉈體積龐大，進攻(jìngōng)部位幾乎都發(fā)生在對位，產(chǎn)物唯一。中間體不需分離即可進行后續(xù)的氧化、水解等步驟。共八十六頁2、由苯胺(běnàn)經(jīng)氧化法制備對苯二酚由苯胺(běnàn)經(jīng)氧化為對苯二醌，再還原成對苯二酚。共八十六頁§7.3烷氧基化反應(yīng)(fǎnyìng)10.3.1氯原子(yuánzǐ)置換成烷氧基芳環(huán)上的取代基（主要是氯原子和硝基）被烷氧基所置換的反應(yīng)。為親核取代反應(yīng)。當(dāng)芳環(huán)上的氯原子鄰位或?qū)ξ挥邢趸鶗r，易發(fā)生親核置換反應(yīng)。共八十六頁類似的方法(fāngfǎ)可以制備下列硝基苯烷醚：P331共八十六頁7.3.2硝基(xiāojī)置換成烷氧基芳香族硝基(xiāojī)化合物中的硝基(xiāojī)在季銨鹽相轉(zhuǎn)移催化劑作用下也可轉(zhuǎn)化為烷氧基。P332表10-4共八十六頁硝基蒽醌在甲醇中，在無水碳酸鉀存在(cúnzài)下，可生成甲氧基蒽醌共八十六頁7.3.3重氮基置換(zhìhuàn)成烷氧基芳環(huán)上的重氮基在酸性介質(zhì)(jièzhì)中，在甲醇溶液中，存在下面兩種反應(yīng)。共八十六頁§7.4芳氧基化反應(yīng)(fǎnyìng)芳環(huán)上的取代基被芳氧基所取代的反應(yīng)(fǎnyìng)叫芳氧基化，制得的產(chǎn)物是二芳基醚。二芳醚一般是由芳香族鹵化物與酚鈉鹽相作用而生成。共八十六頁除草醚共八十六頁用途：高效低毒殺蟲劑。殺蟲范圍廣，對刺吸口器、咀嚼口器和蛀食性害蟲都有較強的觸殺和胃毒作用。

制備(zhìbèi)或來源：間甲酚、亞硝酸鈉及硝酸經(jīng)亞硝化、氧化反應(yīng)，生成4-硝基間甲酚，然后在甲苯中，氯化亞銅和碳酸鈉存在下，于90～100℃，O,O-二甲基硫代磷酰氯與4-硝基間甲酚反應(yīng)3h，收率95%以上。備注：防治貯糧害蟲時，需佩戴防護用品，每人不得連續(xù)施藥2h。施藥時，不準(zhǔn)進食、吸煙、飲水，如意外中毒，輕癥用溫鹽水或1%肥皂水洗胃，并要送醫(yī)院，服用或注射阿托品和解磷毒（PAM）。

殺螟松共八十六頁7．5酚類的變色原因(yuányīn)