精细有机合成缩合

1、第12章 缩合（Condensation）12.1 概述概述12.2 芳烃芳烃C烷化的烷化剂和反应历程烷化的烷化剂和反应历程12.3 芳烃芳烃C烷化的实际应用烷化的实际应用 12.4 芳烃芳烃C酰化的酰化剂和反应历程酰化的酰化剂和反应历程12.5 芳烃芳烃C酰化反应的实际应用酰化反应的实际应用12.6 酚类的酚类的C羧基化羧基化12.7 羰基化合物与含活泼氢化合物的缩合羰基化合物与含活泼氢化合物的缩合 12.1 概述概述 缩合反应就是两个分子缩合在一起得到大分子的反应，这类反应包括的面很广，本章讨论的范围是：反应后增加新的C-C键的反应，怎样形成新的C-C键？有两种手段：（1） 在缩合剂存在下

2、向芳环上引入下列基团：-R,-CH2Cl,-CHO,-COOH,-COR（2） 羰基化合物与一个含活泼氢的化合物发生缩合反应：RR+ H3C-YRRC-CH2-YOHRRC=OC=CHY脱水缩合反应用途也很广： 烯或氯烷（洗衣粉） 异丙基、叔丁基化是香料，各种添加剂及农药等多种精细化学品合成中常用的单元反应。C12H25SO3NaOHC12H25SO3NaCH3CH=CH2CH(CH3)2OH+OH+CH3CCH3O C-烷化是在催化剂作用下往芳环上引入烷基制备侧链芳烃的过程，即通常Friedel-Crafts反应，这个反应只有活泼的芳烃才能发生，带吸电子取代基的不发生反应，而供电子取代基供电

3、性强弱对反应的影响不是很大。 付-克反应的烷化剂：烯烃（内，端）、卤烷、醇、醛、酮，其中重要的是前二种，烯烃成本低，来源丰富。付-克反应所用的催化剂有三种类型：a. 质子酸HF H2SO4 H3PO4b. 路易斯酸AlBr3AlCl3FeCl3.BF3ZnCl2c. 其它：酸性氧化物，有机铝化物，硅烷等。12.2 芳烃芳烃C烷化的烷化剂和反应历程烷化的烷化剂和反应历程 反应历程：是芳香族亲电取代，催化剂的作用是增加C原子亲电性。RCH=CH2 + H+RCH-CH3+ 用路易斯酸催化，须有少量HCl存在，三氯化铝储存时一定要干燥。若接触到少量水，则会生成HCl，或者加少量氯代烷，生成一点HCl

4、。 吸附在三氯化铝上的HCl发生极化，形成带部分电荷的质点，就可加成到烯烃分子上： HCl + AlCl3H+ AlCl4-.RCH=CH2 + H+ AlCl4-RCH-CH3.AlCl4-.+ （1）烯烃用质子酸催化，质子先加到烯烃分子上形成活泼亲电质点：慢快+ RCH-CH3+CHRCH3HCHRCH3+ H+ 动力学实验表明，该反应没有动力学同位素效应，即第一步是反应速度控制步骤。（2）用卤烷烷化，首先催化剂使卤烷极化。 R Cl + AlCl3R ClAlCl3.+ -极限情况RCl + AlCl3R+ + AlCl4- 从反应历程不难看出： R3+ C R2C+ H R+ CH2叔

5、碳正离子进行碳烷化反应最容易。 生成的碳正离子与芳烃形成 络合物，进一步脱去质子生成烷化物。 + 碳烷化反应的两个特点：（1） 连串反应因此要想得到一烷化产物，须控制好反应深度。（2）可逆反应 利用碳烷化可逆反应特点，多烷基苯可脱掉烷基或发生歧化。 RCH=CH2K1CHRCH3RCH=CH2K2CHRCH3CH RH3CRR+H+R+R+ 歧化反应在用三氯化铝催化时容易发生，而用质子酸如磷酸催化时，歧化反应不易发生。12.3 芳烃芳烃C烷化的实际应用烷化的实际应用 12.3.1 长碳链烷基苯的合成 长碳链烷基苯（12C为主）是合成洗涤剂的重要中间体，烷化剂有卤烷和烯烃两种，烷化剂的制备： 长

6、碳烷烃的氯化 C2H2n+2 + Cl2CnH2n+1Cl + HClRR+R2这种方法难以制得纯的卤代化合物。 a.丙烯四聚 b.乙烯齐聚（SHOP法、齐格勒法） c.石蜡裂解 d.煤油脱氢（C1014） 烯烃合成的四条路线： 四条路线中，由a法制得的烯烃，支链较多，由它合成的洗涤剂生化降解性不好，一般不用。c法制得的产物较杂，能耗高，一般也不用，主要采用b,d法。 工业生产中，以烯烃为烷化剂，HF为催化剂合成烷基苯的过程： 主反应：30400.51MPa副产：二烷基苯，烷基茚满 ，RCH2R（ ）异构烷基苯 反应器是筛板塔，二塔串联。+ RCH2CH=CHRHFCHCH2RCH2RCRCH

7、3CH3烷、烯苯烷烃烷基苯HF1234567图：氟化氢法生产烷基苯工艺流程图：氟化氢法生产烷基苯工艺流程1，2反应器；3HF蒸馏塔；4脱HF塔；5脱苯塔；6脱烷烃塔；7成品塔12.3.2 芳烃的低C-烷化 低碳烷化是指引入短碳链，C35的烷化，其中生产上最重要，有典型意义的是： 这一生产过程，工业上采用液相烷化和气相烷化两种工艺：液相法：三氯化铝作催化剂，90反应，容易歧化，收率较高9495%。 气相法：磷酸作催化剂， 230250 ，23MPa, 易发生多烷化，不容易歧化，故采取苯大大过量，控制好烷化深度，收率90%。CH3CH=CH2CH(CH3)2OH+OH+ CH3CCH3O 无论从能

8、量消耗，还是从收率看，液相法优于气相法。12.3.3 酚类的C-烷化 酚类烷化得烷基酚是非离子表面活性剂的重要中间体，烷基酚特别是叔丁基酚作抗氧化剂，有多种用途。酚类碳烷化与芳烃碳烷化所用催化剂相似质子酸路易斯酸 都是用来促成碳正离子生成，但须指出，酚类碳烷化时不能用三氯化铝催化，因羟基本身与三氯化铝反应：ArOH + AlCl3ArOAlCl2 + HCl 酚类碳烷化历程可能有二： +重排 苯酚烷基化时，初始阶段受动力学控制，得到的邻，对位异构体差不多，但随着温度升高，时间延长，逐渐转变为热力学稳定的对位异构体。 OHROH Cat+OHRHOH CatOHR+H2OCatOHOROHR 酚

9、类碳烷化的烷化剂，对甲基化来说用甲醇，引入其它烷基时多用烯烃。 如：7080BHT占产物92%CH3OH+ (CH3)2C=CH2CH3SO3HCH3C(CH3)3OH(CH3)3CCH3CHOH(CH3)3C+CH3C2H5+CH3OHC(CH3)312.3.4 用醛、酮进行C-烷化 醛，酮可以和芳环缩合，制取二芳基甲烷衍生物和三芳基甲烷衍生物，这类化合物可作粘合剂，塑料添加剂及染料等，具有很好的功能性。这类缩合是亲电反应，可用质子酸作催化剂，反应历程：C=O + H+RHC=O-HRHRHC-OH+（亲电试剂）+C=O + H+RRC=O-HRRRRC-OH+RRC-OH+HCROHR-H

10、+C-OHRRH+CRR+HC-RR-H+CRR（若用芳醛烷化得三芳甲烷衍生物）例1（MDI粘合剂）NH22+HCHOH2NCH2NH2COCl2OCNCH2NCO例25060（双酚A）例3。（三芳甲烷染料）2OH+ CH3CCH3OH+CHOCH3CH3OH2N(CH3)2+CHOHCN(CH3)2N(CH3)212.4 芳烃芳烃C酰化的酰化剂和反应历程酰化的酰化剂和反应历程 芳烃碳酰化反应制备芳酮类化合物，也是亲电取代反应。 酰化剂：酰卤、酸酐、酸、酯等羧酸衍生物。 反应活性：RCOX(RCO)2ORCOOHRCOOR其中最常用的是酰氯和酸酐。 常用的催化剂是三氯化铝，有时也可用氯化锌，硫

11、酸。 OCl+ AlCl3OClAlCl3OClAlCl3RC=O +RCRCRCAlCl4-+上述质点都具有亲电性，能与芳烃形成络合物。如： OClAlCl3+k1+HC-ROAlCl4-RCk2C-RO-AlCl3+ HClCRO+ 以酰氯为代表讨论其反应历程： 碳烷化与碳酰化有共性：都使用三氯化铝催化，但也有不同： 碳烷化三氯化铝用量少，仅作催化， 碳酰化三氯化铝用量至少1mol（酰氯） 2mol（酸酐） 碳烷化是可逆反应，能发生歧化， 碳酰化是不可逆反应，引入一个酰基后，使芳环钝化， 不易发生多酰化。 碳酰化的选择性好，已有取代基对反应速度影响明显。 碳烷化没有同位素效应，即成键一步是

12、控制步骤 碳酰化有小的同位素效应，即断键一步部分控制反 应速度。 另外碳酰化一般都要有溶剂，以改进反应物料的流动性，若被酰化物本身是液体，可用过量烷烃兼作溶剂，若被酰化物在反应温度下是固体，则要另加溶剂，常用的有： 硝基苯，二硫化碳，二氯乙烷，有时溶剂有改变定位的作用。 +CH3COClCS2NO2COCH3COCH312.5 芳烃芳烃C酰化反应的实际应用酰化反应的实际应用 C-酰化必须是活泼的芳烃，在溶剂中与酰氯（或酸酐）在三氯化铝存在下完成，反应物中一定要无水。（1）以邻苯二甲酸酐为酰化剂，与苯系衍生物作用得蒽醌系衍生物在工业上很有意义，如： 1 ： 67 ： 2.2 （邻苯甲酰基苯甲酸）

13、 将苯酐，三氯化铝慢慢加到过量芳烃中，在6070反应，直到不再放出HCl为止，将反应物加到水和稀硫酸中水解： COCOO+2AlCl3AlCl3CCOOAlCl2O+HClAlCl3 得到的邻苯甲酰基苯甲酸干燥后在浓硫酸中130140脱水闭环得蒽醌。这是制取蒽醌的两条路线之一。COOAlCl2COAlCl3H2OCOOCO3AlH2SO4COOHCOOO浓H2SO4用这种方法可制得一系列蒽醌衍生物，如： （2）香料酮麝香的合成 CH3ClOOOOCH3ClCOCOOCH3CH3CH3CH3C(CH3)3(CH3CO)2OAlCl3(CH3)2C=CH2（3）米氏酮的合成 20100， 光气是很

14、强的酰化剂，N,N-二甲基苯胺在缓和条件下，不用催化剂完成第一个酰化。 CH3CH3C(CH3)3H3COCHNO3CH3CH3C(CH3)3H3COCNO2NO2N(CH3)2+COCl2(CH3)2NCOClN(CH3)2ZnCl2(CH3)2NCON(CH3)212.6 酚类的酚类的C羧基化羧基化工业上两个主要产品：水杨酸（药物）2,3-酸（冰染色酚的中间体）（色酚AS） 二氧化碳是非常弱的亲电试剂，极性小，活性差，与一般的芳烃不发生反应，只有对苯酚类的活泼芳烃，形成金属盐后才能完成C羧基化反应。其反应机理不很清楚，可能是：OHCOOHOHCONHArOHCOOHNaOH脱H2O（无水，

15、不解离）ONa+ COO+ONaOCOH+ONaOCOHOHCOONaOHONa 用不同的金属盐，羧基在定位上有差异如用氢氧化钾则得280290OHCOOKOHCOONaOHCOONa+CO2OH2不同的金属盐在一定条件下能引起羧基重排：OH+NaOHONa+H2O由苯酚制水杨酸的过程: 这是一个可逆反应，反应不可能进行完全, 苯酚 m.p 40，在真空下脱水，使平衡右移。脱水后的酚钠与二氧化碳是气-固反应，因此反应器比较特殊，采用剪切刮刀式搅拌，在搅拌轴上安装多层浆式搅拌叶片，在搅拌浆的间隙有多层固定在釜壁上的挡板，这样使固体物料容易被粉碎。1501600.40.45MPa 压力下有利于气-

16、固反应，反应一段时间后蒸出不具有反应活性的苯酚，再在180190下二次通入二氧化碳，停止通气而反应器内压力不再下降时即为终点。蒸出游离苯酚，产物水杨酸二钠盐溶解于水，脱色，过滤，滤液酸化析出水杨酸。ONa2+CO2ONa+COONaOH图 11-6 羧基化反应器由-萘酚制2，3-酸的过程与水杨酸类似:260若用KOH， 产物230240130 OH+NaOHONaCO2OHCOOHCOOKOHOHKOOC+OHCOOK C羧基化生产过程缺点：动力，电能消耗大，设备笨重，近年改进方向是采用溶剂法，对2，3-酸来说目前最好的溶剂是1-甲基-3-苯基茚满 ，它既能溶 又能溶解 。这样变气-固反应为气

17、-液反应，但不难看出溶剂的成本较高，涉及到溶剂回收利用问题。OHCOONaONa1-甲基-3-苯基茚满：CH3HHHH12.7 羰基化合物与含活泼氢化合物的缩合羰基化合物与含活泼氢化合物的缩合 羰基化合物与含活泼氢化合物缩合反应的面较广，可以合成很多化合物，这类反应多用碱催化，也少有酸催化的，这两种催化剂的反应历程不同。HCHO + CH3CHOCH2-CH2CHOOH以 为例：碱催化：第一步亲核催化剂进攻含活泼氢的分子，夺取活泼氢形成亲核质点。 CH3COH+ OH-CH2COH+ H2O（1）第二步，亲核加成，形成羟基加成物：HH+ CH2-CHOC-CH2CHOHO-HC=O+H2OCH

18、2CH2CHOOH（2） 动力学研究表明：不同反应物，反应控制阶段不同，大多情况下，反应速度由第二步控制，如： HCHO + CH2COOC2H5COOC2H5（丙二酸酯）V=KHCHOCH2(COOC2H5)2OH- 少数情况下，反应速度由第一步控制，如上面甲醛与乙醛作用，V=KCH3CHOOH-碱催化剂 无机：NaOH,Na2CO3,Ca(OH)2有机： 二乙胺，三乙胺，吡啶（碱性弱用于活性高的） RONa,ROK等，（强碱用于活性低的）OH-CH2CH(COOC2H5)2OH 然后亲电加成脱去质子：CH2C -H + CH2OHHOCH2CH2CHO + H+OH+ 第二步是反应速度控制步骤。酸催化机理：质子首先进攻羰基上的氧形成碳正离子：HCOH+ H+C-OH ( CH2OH)HH+（1）醛-醛缩合2025CH3COOH-H2OCH3CH=CHCHOH22CH3CH2CH2CHO循环缩合OH-H2OH2CH3(CH2)2CH-CH-CHOOH C2H5CH3(CH2)3CHCH2OHC2H5CH3(CH2)2CH=CCHOC2H5OH-CH3CHCH2CHOOH2CH3CHO（2）醛、酮与丙二酸衍生物的缩合制不饱和羧酸CH3(CH2)5CHO + CH2(COOH)2吡啶CH3(CH2)5CH=C(