烃化有机单元合成反应课件.ppt

概述N-烃化O-烃化芳环上的C-烃化,烃基：烷基（-R）烯基（-C=C-）、炔基（-CC-）芳基（-Ar）取代烃基(-CH2COOH,-CH2CH2OH,-CH2CH2CN),在有机分子中的碳、硅、氮、磷、氧或硫原子上引入烃基的反应，叫做烃化反应。,10.1概述,（1）卤烷：CH3Cl,CH3I,C2H5Cl,C2H5Br,ClCH2COOH,Ph-CH2Cl;（2）酯类：(RO)2SO2,PhSO2OR,CH3-Ph-SO2OR,(RO)3PO;（3）醇类和醚类：CH3OH,C2H5OH,n-C4H9OH,C12H25OH,CH3OCH3,C2H5OC2H5;（4）环氧化合物：,；（5）不饱和烃：CH2=CH2,CH3CH=CH2,R-CH=CH2,CH2=CHCN,CH2=CHCOOCH3,CHCH;（6）醛类和酮类：HCHO,CH3CHO,C3H7CHO,Ph-CHO,CH3COCH3,烃化剂：,10.2N-烃化,烃化试剂：醇、卤烷、酯、烯烃、醛和酮、环氧化合物等。,氨基上的氢原子被烃基取代的反应叫做N-烃化反应。,用途：（1）引入-CH2CH2OH、-CH2CH2CN极性、非水溶性基团；（2）制备季铵盐型阳离子化合物；（3）其它助剂、医药中间体。,10.2.1用醇类的N-烷化,液相烷化法气-固相接触催化烷化法,10.2.1.1液相烷化法,强酸催化法1反应历程,浓硫酸、浓盐酸、三氯化磷,反应催化剂：凡是能促进碳正离子生成的物质，原则上都可以做为用醇进行N-烷基化反应的催化剂。一般经常使用的是：浓硫酸三氯化磷芳磺酸碘等。反应手段（）原料不容易汽化时，一般使用高压釜，液相反应。（）原料容易汽化时，采用气固相接触催化法。重要产品（）芳香胺,其中，N-甲基苯胺是用气相法生产的,（）脂肪胺C8C18的脂肪胺，可以用甲醇或乙醇等进行烷基化，生成仲胺和叔胺。,也可以用C8C18脂肪醇和小分子的胺反应制得。,反应特点以R+为活性质点的亲电取代反应；使用强酸性催化剂以提供质子；连串反应；受空间效应的影响，以高碳醇对芳胺进行N-烷化时，只得到一烷苯胺可逆反应。,k2/k1=1000,k2/k1=1/4,（3）生产实例N,N-二甲基苯胺,N-乙基苯胺,N-乙基苯胺60；N,N-二乙基苯胺2125；未反应苯胺1519,（4）缺点有无机盐废液需要处理需用耐酸高压釜、间歇操作设备投资大生产能力低可逆反应对单烷化的选择性差,临氢烷化法（1）催化剂：骨架镍、钯/碳、锰/氧化铝等（2）反应历程：,10.2.1.2气-固相接触催化烷化法,催化剂：金属和金属氧化物优点：（1）不需临氢操作，可在接近常压下进行；（2）催化剂费用低；（3）连续化生产，生产能力大；（4）副产物少，收率高，产品纯度高，废水少；（5）生产成本低。,10.2.2用卤烷的N-烷化,用卤代烃作N-烷基化试剂是工业上获得仲胺或叔胺的常用方法之一因为：（）反应条件温和，一般不用高压设备，反应能在较低的温度下进行（）卤代烃来源方便，有的卤代烃价格比相应的醇低（）适用范围广，几乎所有的胺都可以用这种方法制得,（4）卤原子相同时，碳链越长，活性越低,1卤代烃的反应活性,RIRBrRClRFRI反应活性最高，价格也高，一般不常用RF很不活泼，很少用作烷基化试剂最常用的是RBr和RCl，如果反应活性不够的化，可以向反应混合物中加入少量的NaI或KI作催化剂,2主要影响因素,烷化剂用量二烷基副反应的抑制：（1）使用不足量的卤烷（2）特殊抑制方法,缚酸剂NaOH,Na2CO3,NaHCO3,Fe(OH)2,Ca(OH)2,CaCO3,MgO温度和压力一般不超过100。低沸点卤烷需高压。相转移催化剂1,8-萘内酰亚胺钠盐的相转移催化法,10.2.2.3重要实例,N,N-二乙基间氨基苯磺酸钠N,N-二乙基-3-乙酰氨基苯胺,N-乙基-N-苄基苯胺,10.2.3用酯类的N-烷化,以下酯可以用作N-烷基化试剂，活性和碘代烷相似。硫酸二甲酯硫酸二乙酯碳酸二甲酯碳酸二乙酯苯磺酸酯和对甲苯磺酸酯磷酸酯反应特点:()反应活性高，一般可以在室温下反应()沸点高比相应的卤代烷高，容易操作。()价格适中,硫酸二甲酯硫酸二乙酯碳酸二甲酯碳酸二乙酯只适合于甲基化和乙基化，一分子的酯只能提供一个烷基，因为硫酸氢酯或碳酸氢酯的烷基化作用很弱。硫酸二甲酯的毒性，有逐渐被碳酸二甲酯取代的趋势。苯磺酸酯和对甲苯磺酸酯几乎适合于所有的烷基化，但价格较高。磷酸酯少用。,用硫酸酯的N-甲基化（1）可在-NH2的N上烷基化而不影响-OH；（2）有多个氨基时，可根据N原子的碱性，选择性地对一个N烷基化；（3）缺点：毒性大。,10.2.4用环氧化合物的N-烷化,特点（1）反应活性高，环氧乙烷的N-烷基化和氨水与环氧乙烷的反应类似，反应很容易发生，很难得到单一的仲胺，但能得到单一的叔胺（2）连串反应；,K1与K2相差不大,（3）酸催化反应。,值得注意的是：环氧化合物还能进行季铵化反应,增进食欲的肉毒碱是用类似方法合成的：,10.2.5用烯烃的N-烷化,酸:CH3COOH、H2SO4、HCl、FeCl3AlCl3、ZnCl2、CuSO4碱:三甲胺，三乙胺,+,催化剂,碳碳双键和胺的加成，需要在酸或碱的催化下完成,普通的烯烃较难和胺通过加成发生N-烷基化反应，但是当烯烃被吸电子基团活化之后，烯烃碳碳双键显正电性，容易发生加成。,丙烯腈类碳碳双键容易聚合，反应中要加少量的阻聚剂如对苯二酚等,10.2.5用烯烃的N-烷化,+,普通的烯烃较难和胺通过加成发生N-烷基化反应，但是当烯烃被吸电子基团活化之后，烯烃碳碳双键显正电性，容易发生加成。,10.2.6用醛或酮的N-烷化,醛酮的N-烷基化反应与氨和醛酮的反应类似，机理也完全一样。,防老剂4010,制备一系列橡胶防老剂,防老剂4020?,10.2.7N-芳基化（芳氨基化）,卤素化合物,芳伯胺,酚类,烃化试剂,芳环上的这些取代基一般都不活泼，因此需要比较苛刻的反应条件这类反应在实验室里用的少，在工业上用的比较多,10.2.7.1卤素化合物的芳氨基化,（1）硝基氯苯衍生物当苯环上有吸电子基是，反应会容易一些。,（2）苯系溴或碘衍生物,（4）蒽醌系和稠环系的氯衍生物和溴衍生物,（3）四氯苯醌,缚酸剂:MgO,Na2CO3,K2CO3,HNa,CH3COONa温度:反应难,高温催化剂:CuSO4,CuCl,Cu,10.2.7.2芳伯胺的芳氨基化,两分子伯胺反应生成含两个芳基的仲胺，原料伯胺可以相同也可以不同。反应一般在强酸催化，并在高温高压下进行,HCl、H2SO4、H3PO4、AlCl3、BF3、NH4BF4、PCl3、NaHSO3,二苯胺N-苯基-1-萘胺-8-磺酸（苯基周位酸）,N-苯基-2-氨基-5-萘酚-7-磺酸（N-苯基J酸）,10.2.7.3酚类的芳氨基化,苯酚、间苯二酚、2-萘酚、1，4-二羟基蒽醌,2-甲基-3-羟基二苯胺,反应条件和芳伯胺的芳氨基化类似。,2-氯-4-羟基二苯胺,10.3O-烃化,醇羟基（R-OH）或酚羟基（Ar-OH）上的氢原子被烃基取代，生成二烷基醚、烷基芳基醚或二芳基醚的反应叫做O-烃化反应。,烷化试剂：醇（R-OH）、卤化烷（R-X）、环氧烷类等。,产物：,10.3.1用醇类的O-烷化,合成对称脂肪醚的有效方法在硫酸催化下，可以得到醚，几乎对所有的醇都有效，但是硫酸绝对不是最好的催化剂。已经使用且最有发展前途的是固体酸碱催化剂,用萘酚和甲醇或乙醇在硫酸催化下可以得到相应的甲醚或乙醚,丁二醇在用硫酰胺催化，回流脱水，可以得到THF,10.3.2用卤烷的O-烷化卤代烃的O-烷基化反应，也叫Williamson反应，是有效的合成对称醚和不对称醚的方法。,反应过程中，有HX生成，所以需要加缚酸剂。如果反应物是醇，需要用强碱如金属钠，氢氧化钾氢氧化钠。如果反应物是酚，用碳酸钾碳酸钠碳酸氢钠即可。反应的活性依次是R-IR-BrR-Cl当R-BrR-Cl为烷基化试剂时，NaIKI能催化反应相转移催化剂能有效催化Williamson反应。,用氯甲烷的O-烷化,用氯乙酸的O-烷化,用3-氯丙烯的O-烷化,用环氧氯丙烷的O-烷化,10.3.3用酯类的O-烷化,10.3.4用环氧烷类的O-烷化,RO(CH2CH2O)nH,（2）碱催化：双分子亲电加成反应,催化剂（1）酸催化剂：改性ZSM-5分子筛、MTZ烷基磺酸盐、DH系列膨润土、BF3，Al2O3（2）碱催化剂：NaOH，KOH，CH3COONa,1)希望得到聚乙二醇醚的时候，多用碱催化,3)消泡剂GPE甘油环氧乙烷环氧丙烷共聚，分子量消泡剂PPE季戊四醇环氧乙烷环氧丙烷共聚，分子量,平平加系列,常用的是壬基酚聚氧乙烯醚，产品商品名OP系列,2),10.3.5用醛类的O-烷化醇和醛反应可以生成缩醛和半缩醛，也可以看成是O-烷基化反应。,反应一般用浓硫酸催化。这一反应经常用来保护醛或酮。,10.3.6用烯烃和炔烃的O-烷化,醇羟基用烯烃的O-烷化,醇羟基用乙炔的O-烷化,10.3.7O-芳基化（烷氧基化和芳氧基化）,10.3.7O-芳基化（烷氧基化和芳氧基化）,用芳卤化合物为O-芳基化试剂,普通的卤代芳烃需要在很高的温度下才能发生Williamson反应,当芳环上有吸电子基团时，反应会容易一些,以上三个反应如果用相转移催化，效果会更好。,10.4芳环上的C-烃化,反应历程：酸催化的亲电取代反应。芳环的活性:当芳环上有供电子基团时：？定位效应：定位规律只在？条件下有效（低温，低浓度，弱催化剂，反应时间短）,有机化合物分子中碳原子上的氢被烃基所取代的反应叫做C-烃化反应。,烃化剂：烯烃；卤烷；醇、醛、酮。,在Lewis酸催化作用下，芳烃及其衍生物与烯烃、卤烷、酰卤、酸酐等活性组分反应形成新的C-C键的反应，叫做傅氏反应。引入烷基的反应叫做傅氏烷基化反应；引入酰基的反应叫做傅氏酰基化反应。,C-烷化反应的特点,连串反应控制不好的话，很容易得到多烷基化产物可逆反应,如果得到了二烷基化产物，可以加入原料，使之产生单烷基化产物,烷化质点和芳环上的异构化,芳胺在用烯烃进行C-烷化时：（1）用质子酸、Lweis酸或酸性氧化物作催化剂，则烷基优先进入芳环上氨基的对位；（2）如果用烷基铝类催化剂，则烷基优先进入氨基的邻位。,酚类在用烯烃进行C-烷化时：（1）用质子酸、Lweis酸或酸性氧化物作催