羟基化反应

羟基化反应 一 概述 1 定义羟基化反应 向分子中引入 OH的反应2 用途 用于制备醇 酚等 1 加成亲电加成CH2 CH2 H2SO4 CH3CH2OSO3HCH2 CH2 H2O CH3CH2OH 3 引入 OH的方法 亲核加成 2 RX水解R Cl NaOH ROH NaCl 3 取代芳磺基的水解或碱熔 4 还原 5 氧化 本章重点 通过亲核取代反应合成醇 酚的方法包括 氯化物的水解芳磺基的羟基置换芳伯胺经重氮盐所发生的水解芳环上的直接引入 OH 二 卤化物的水解 羟基化1 氯化物的水解历程 亲核取代例如 RX NaOH ROH NaClC5H11Cl NaCl C5H11OH NaCl RX结构不同 水解速度不同水解反应中氯化物的活性 常用的水解试剂 NaOH Ca OH 2 Na2CO3与水解竞争副反应 消除反应 2 氯化物水解过程与反应选择性的控制 1 脂肪族RX水解反应历程 SN1 SN2竞争反应 消除反应 历程 E1 E2 主要讨论SN2 即双分子亲核取代 消除历程 决速步骤 SN2历程 E2历程 决速步骤 SN2 E2何者为主 是控制或提高反应选择性须解决的问题 影响SN2选择性因素 底物的结构介质的性质 溶剂 水解剂的碱性 提高SN2反应选择性 需满足 A 底物结构为1 RX 直链 B 低极性溶剂C 水解试剂碱性相对较弱 亲核性强D 温度高 底物卤代烃结构对SN2 E2反应选择性的影响 RX水解反应中微量醚生成的原因 丙烯的次卤取代制环氧丙烷 举例 由环氧氯丙烷制甘油 2 芳香族卤代烃的水解 一般难发生 但当芳环上连有强吸电子基团时 反应易发生 反应中 邻硝基氯苯与NaOH的量比为1 2 5 反应时间为8h 反应完成后酸化至pH 4 5 注意 卤代烃的水解反应为两相反应 加强机械搅拌有利于反应进行 3 应用实例 由环氧氯丙烷制甘油 由硝基苯制硝基苯酚 三 芳磺酸盐的碱熔1 定义 芳磺酸盐在高温下与苛性碱作用 从而使SO3H被 OH置换的反应 反应特点 需高温 溶解态苛性钠 钾 T 300 大量使用强酸 强碱H2SO4 NaOH s 废酸多 不适用于芳环上含 NO2 Cl等基团的芳磺酸的碱熔用途 酚类生产 如H 酸 J 酸 酸等 1 反应历程和动力学亲核置换历程 反应历程分两步 1 OH 负离子加成到与磺酸盐负离子相连的C原子上 产生带有两个负电荷的中间络合物 2 此中间络合物再同OH 反应得到酚盐负离子 决速步骤 其中 1 是决速步骤 反应表现为二级反应 若中间体络离子转化成酚盐负离子为决速步骤 则反应为三级反应 苯磺酸碱熔接近于三级1 萘磺酸碱熔 则处于2 3级之间 二级反应 例如 3 影响因素 1 芳磺酸的结构芳磺酸碱熔反应 亲核置换反应 芳环上有吸电子基 易于碱熔 但硝基芳磺酸 高温下NO2的氧化作用会使反应复杂化 氯代芳磺酸 Cl比 SO3H更易被OH 取代 不适合碱熔 芳环上有供电子基 如 OH NH2能使磺酸钝化 不利于碱熔 因此 间氨基苯磺酸的碱熔需用活泼性较强的苛性钾 苛性钠混合物作碱熔剂 芳磺酸碱盐反应体系均会含有Na2SO4 NaCl等无机盐 这些无机盐在熔融苛性碱中几乎不溶解 所以若无机盐含量太少 反应体系就会变得很稠 物料的流动性变差甚至局部过热甚至导致反应物焦化或燃烧 因此 碱熔时 磺酸盐中无机盐含量一般控制在 10 2 无机盐的影响 3 碱熔时间和温度碱熔的温度主要决定于磺酸的结构 不活泼磺酸 用熔融碱在300 340 进行常压碱熔 一般在熔融碱中加完磺酸盐后数10分钟即到终点 温度过高或时间过长 都会增加副反应 但温度太低会产生凝锅事故 比较活泼的磺酸 可选用70 80 的苛性钠溶解 在180 270 之间进行碱熔 更活泼的萘系多磺酸 则可在20 30 稀碱溶液中进行加压碱熔 反应时间 10 20h 4 碱的浓度和用量 高温碱熔时 一般使用90 以上的熔融碱 芳磺酸 碱的量比 mol 理论上1 2 实际上1 2 5 中温碱熔 一般使用70 80 浓碱液 且碱过量较多 有时可达1 6 8 4 应用实例 1 2 萘酸酚的制备 2 H酸的制备 新合成路线 日本 四 芳伯胺和重氮盐的羟基化1 OH置换 NH2 芳伯胺酸性水解法在稀硫酸 磷酸和盐酸中进行 用于萘胺及衍生物的水解 碱性水解 在碱性熔融条件下将 NH2转化成 OH 变色酸 NaHSO3水解即某些芳伯胺在NaHSO3水溶液中 常压沸腾回流100 104 然后再加碱处理 即可完成 NH2被 OH的置换反应 适用于易互变异构为亚胺式 容易和亚硫酸氢钠形成加和物的萘系胺类衍生物 2 OH置换重氮基 一般用重氮硫酸盐进行 用重氮化盐酸盐水解 须先将重氮盐与氟硼酸作用生成氟硼酸重氮盐 然后用冰HAc处理 得乙酸芳酸 再水解即成酚 重氮盐水解 单分子亲核取代历程 所以 水解速度仅与重氮盐的浓度成正比 应注意之处 需将重氮苯硫酸盐加入到热的或沸腾稀硫酸中 并保持重氮苯硫酸盐在反应液中的浓度很低 用途 可用于制备下列酚 重氮盐水解时 若有硝酸存在 则可以制取相应的硝基酚 3 由硝基氯苯制硝基苯酚 4 苯基氯 代 甲烷的水解 如氯化苄 间歇法 温度80 90 收率70 72 连续法 用10 Na2CO3 温度180 275 压力1 6 8MPa塔式反应器 10 Na2CO3 145 1 8MPa 收率98 5 苯基二氯甲烷的水解 五 芳环上直接羟基化1 亲电取代 苯液相直接羟基化 历程 2 自由基取代代表性反应 FeSO4 H2O2水溶液与苯环的作用 第一步是反应速度的控制阶段 与其他自由基反应一样 OH自由基的寿命及其进攻芳环的几率是是发生羟基化反应的决定性因素 2 金属 氧络合物历程很复杂尚无定论 六 芳 烃类氧化法制酚1 异丙苯氧化法优点 以苯和丙烯为原料 每生产1吨苯酚可联产0 6吨丙酮 三废少 可连续操作 生产能力大 成本低 包括以下三步 历程 2 间甲酚生产 七 由芳羧酸合成羟基化合物用途 苯甲酸氧