精细有机合成第九章

1、第九章第九章 氨解和胺化氨解和胺化(Ammonolysis and Amination) 概述概述 卤基的氨解卤基的氨解 羟基的氨解羟基的氨解 磺基的氨解磺基的氨解9.1 9.1 概述概述 定义定义 反应的目的反应的目的 氨基化试剂（氨解剂）氨基化试剂（氨解剂）9.1.1 9.1.1 定义定义R Y + NH3R NH2 + HY 有机化合物与有机化合物与氨氨发生复分解而生成发生复分解而生成伯胺伯胺的反应，叫做的反应，叫做氨解氨解反应。反应。R烷基、芳基；烷基、芳基；YOH, Cl, SO3H, NO2CCH3CH3O + H2N OHCCH3CH3OHNHOHCCH3CH3NOHNH2CCC

2、HOHOHHNHN+H2OH加氢NH CH2 氨与双键（或环氧化合物）氨与双键（或环氧化合物）加成加成生成生成胺胺的反应叫做的反应叫做胺化胺化反应。反应。NH3+ONH2CH2CH2OHNH(CH2CH2OH)2ON(CH2CH2OH)3O9.1.2 9.1.2 反应的目的反应的目的 制备脂肪族伯、仲、叔胺及季铵盐制备脂肪族伯、仲、叔胺及季铵盐ClCH2CH2Cl + NH3H2O2MPaH2NCH2CH2NH2N(C2H5)3+ ClCH2(H5C2)3N+CH2Cl- 制备芳胺制备芳胺O2NClNH3O2NNH2（1 1）硝化还原：）硝化还原：（2 2）氨解法：）氨解法：ArNO2ArNH

3、2 H ArClArNH2ArHArNO2Ar SO3HAr OH氨解引入氨基的方法：引入氨基的方法：（4） Hoffmann降解法降解法（5）羧酸还原法）羧酸还原法ArCOOHArCOONH4-H2OArCONH2NaBrONaOHArNH2ArCOOHArCOONH4-H2OArCONH2还原ArCH2NH2（3）氨化法：）氨化法：NH2CCCHOHOHHNHN+H2OH加氢NH CH29.1.3 9.1.3 氨基化试剂（氨解剂）氨基化试剂（氨解剂） 氨解和胺化所用的反应剂可以是液氨、氨水、氨解和胺化所用的反应剂可以是液氨、氨水、气态氨或含氨基的化合物，例如尿素、碳酸氢胺气态氨或含氨基的化

4、合物，例如尿素、碳酸氢胺和羟胺等。和羟胺等。 液氨液氨液氨主要用于需要避免水解副反应的氨解过程。液氨主要用于需要避免水解副反应的氨解过程。 缺点：缺点：操作压力高，过量的浓氨较难再以液态氨的形操作压力高，过量的浓氨较难再以液态氨的形式回收。式回收。 氨水氨水 氨水主要用于液相氨基化过程。氨水主要用于液相氨基化过程。 + 优点优点：操作方面，过量的氨可用水吸收，回收的氨水可：操作方面，过量的氨可用水吸收，回收的氨水可循环套用，适用面广。循环套用，适用面广。 缺点缺点：对某些芳香族被氨解物溶解度小，水的存在有：对某些芳香族被氨解物溶解度小，水的存在有时会引起水解副反应。时会引起水解副反应。 气态氨

5、气态氨 气态氨用于气固相接触催化氨解和胺化。气态氨用于气固相接触催化氨解和胺化。 主要用于甲醇氨解制备二甲胺。主要用于甲醇氨解制备二甲胺。 含氨基化合物含氨基化合物 含氨基的化合物只用于个别氨解和胺化反应含氨基的化合物只用于个别氨解和胺化反应。 9.2 9.2 卤基的氨解卤基的氨解 = kRXNH3反应物反应物RX：RCOX, RX, ArXR X + NH3亲核置换R-NH2 + HX+ 脂胺的制备常常可以采用醇的氨解、碳基化合物的胺化脂胺的制备常常可以采用醇的氨解、碳基化合物的胺化氢化、氢化、-CN基和基和-CONH2基的加氢等合成路线，所以卤基基的加氢等合成路线，所以卤基氨解法在工业上只

6、用于相应的卤素衍生物价廉易得的情况。氨解法在工业上只用于相应的卤素衍生物价廉易得的情况。一般来说，碳原子数少的卤烷进行氨解反应比较容易可用一般来说，碳原子数少的卤烷进行氨解反应比较容易可用氨水或液氨作氨解剂。碳原子数多的卤烷的活性较低，需氨水或液氨作氨解剂。碳原子数多的卤烷的活性较低，需要用氨的醇溶液或液氨作氨解剂。要用氨的醇溶液或液氨作氨解剂。卤烷活性大小：卤烷活性大小：R-I R-Br R-Cl R-F叔卤代烷氨解时易发生消除。叔卤代烷氨解时易发生消除。9.2.1 9.2.1 脂肪族卤化物的氨解脂肪族卤化物的氨解RX + NH3RNH2 + HXR XNH3H3N R X R-NH2 +

7、HXR-XR-XR-XR2NH + HXR3N + HXR4N+ X- +从二氯乙烷制乙撑胺类：从二氯乙烷制乙撑胺类： 将二氯乙烷和将二氯乙烷和28%氨水连续打入钼钛不锈钢高压管式反应氨水连续打入钼钛不锈钢高压管式反应器中，在器中，在160190和和2.5 MPa反应反应15min，即得到含乙二胺，即得到含乙二胺和多乙撑胺的反应液。从反应液中蒸出过量的氨和一部分水，和多乙撑胺的反应液。从反应液中蒸出过量的氨和一部分水，然后用然后用30%液碱中和，再经浓缩、脱盐、粗馏和精馏，即得液碱中和，再经浓缩、脱盐、粗馏和精馏，即得到乙二胺和各种多乙撑胺。氨水过量越多，乙二胺收率越高。到乙二胺和各种多乙撑胺

8、。氨水过量越多，乙二胺收率越高。反应的温度和压力越高，多乙撑胺的收率越高。可根据市场反应的温度和压力越高，多乙撑胺的收率越高。可根据市场需要，控制适当的产物比例。需要，控制适当的产物比例。 从二氯乙烷制哌嗪类：从二氯乙烷制哌嗪类： 氨基乙酸（甘氨酸）的制备：氨基乙酸（甘氨酸）的制备： 当用氨水做氨解剂时，氯乙酸和氨的摩尔比需要高达当用氨水做氨解剂时，氯乙酸和氨的摩尔比需要高达1：60才才能将仲胺和叔胶的生成量压低到能将仲胺和叔胶的生成量压低到30%以下。如果在反应液中加以下。如果在反应液中加入六亚甲基四胺入六亚甲基四胺(乌洛托品乌洛托品)做催化剂，可以减少氨的用量，并做催化剂，可以减少氨的用量

9、，并减少仲胺和叔胺的生成量。此法的优点是工艺过程简单，基本减少仲胺和叔胺的生成量。此法的优点是工艺过程简单，基本上无公害。缺点是催化剂乌洛托品不能回收。上无公害。缺点是催化剂乌洛托品不能回收。9.2.2 9.2.2 芳环上卤基的氨解芳环上卤基的氨解氨解剂：氨解剂：2525氨水氨水反应历程：亲核置换反应反应历程：亲核置换反应 v v非催化氨解非催化氨解 = = k ArX NH3 v v催化氨解催化氨解 = = k ArX Cu+Cu+ + 2NH3快Cu(NH3)2+ 铜氨络离子ArX + Cu(NH3)2+慢Ar X Cu(NH3)2+2NH3快ArNH2 + NH3 + Cu(NH3)2+

10、 催化剂：催化剂： 催化剂催化剂 化学价化学价催化催化活性活性反应反应温度温度价格价格应用范围应用范围实例实例CuCl一价一价高高低低贵贵高温易氧化高温易氧化CuCl2二价二价低低高高便宜便宜有易还原基团有易还原基团ClO2NNH3Cu2Cl2NH2O2NNH2NH2-CO表表 二价铜盐与一价铜盐催化剂的比较二价铜盐与一价铜盐催化剂的比较 反应影响因素反应影响因素（1 1）卤化物的性质：）卤化物的性质： 苯系：有吸电基对反应有利苯系：有吸电基对反应有利 萘系：很少用萘系：很少用 蒽醌系：主要用于制蒽醌系：主要用于制- -取代物取代物OONH2（2 2）氨解剂用量）氨解剂用量 理论量：理论量：2

11、molNH3/molArX 实际量：间歇操作：实际量：间歇操作：6 61515molNH3/molArX 连续操作：连续操作：10101717molNH3/molArXAr X Cu(NH3)2+ + OH- Ar X Cu(NH3)2+ + ArNH2水解ArNHAr + HX + Cu(NH3)2+ArOH + X- + Cu(NH3)2+过量氨解剂的作用：过量氨解剂的作用：提高卤化物和氨解产物的溶解度提高卤化物和氨解产物的溶解度减少芳胺和酚副产物的生成减少芳胺和酚副产物的生成HX + NH3NH4X腐蚀减少对设备的腐蚀减少对设备的腐蚀（3 3）温度：）温度：温度升高温度升高反应速度反应速

12、度加快加快 氧化副反应速度加快；氧化副反应速度加快； NH3的的溶解度降低，反应压力溶解度降低，反应压力增加。增加。（4 4）搅拌：非均相反应，加速搅拌有利于传质。）搅拌：非均相反应，加速搅拌有利于传质。n 生产实例生产实例 （1 1）硝基苯胺类的制备）硝基苯胺类的制备NH2NO2NH2NO2NH2NO2NO2NH2NO2ClNH2ClNO2硝基苯胺类的生产一般均采用高压釜间歇法硝基苯胺类的生产一般均采用高压釜间歇法 （2 2）2-2-氨基蒽醌氨基蒽醌OOSO3H+ 2NH3OONH2+ NH4ClOOClOONH2+ 2NH3CuSO4,210-218oC5MPa,5-10h+ NH4Cl2

13、-氨基蒽醌的生产一般均采用氨基蒽醌的生产一般均采用2-氯蒽醌的氨解法。氯蒽醌的氨解法。采用高压釜间歇法采用高压釜间歇法 9.3 9.3 羟基的氨解羟基的氨解ROH + NH3RNH2 + H2OROH：醇、酚、：醇、酚、羟基萘和羟基萘和羟基蒽醌羟基蒽醌9.3.1 9.3.1 醇类的氨解醇类的氨解NH3ROH-H2OROH-H2OROH-H2ORNH2R2NHR3N气固相接触催化氨解气固相接触催化氨解高压液相氨解高压液相氨解气固相临氢接触催化胺化氢化气固相临氢接触催化胺化氢化 工艺方法工艺方法 气固相接触催化氨解法气固相接触催化氨解法 （1 1）应用：甲醇氨解制二甲胺；）应用：甲醇氨解制二甲胺；

14、 （2 2）催化剂：）催化剂：SiO2/Al2O3； （3 3）温度：）温度：350350500500； （4 4）压力：）压力：0.50.55 5MPa。 高压液相氨解高压液相氨解 （1 1）用于）用于C8 81010醇的氨；醇的氨； （2 2）催化剂：金属合金，如）催化剂：金属合金，如Cu-Al, Ni-Al, Cu-Ni-Al, Cu-Cr-Al等。等。 气固相临氢接触催化胺化氢化气固相临氢接触催化胺化氢化 ROH , NH3 , H2200oC,压力Cu-Ni催化剂产品胺醇脱氢醛加成胺化羟基胺脱水烯亚胺加氢胺NH3CH3CH2OH-H2脱 氢CH3-C-HO+NH3加 成 胺 化CH3

15、-C-NH2OHH乙 醇乙 醛1-羟 基 乙 胺-H2O脱水CH3CHNH+H2加氢CH3CH2NH2催化醇脱氢催化醇脱氢催化加氢催化加氢9.3.2 9.3.2 酚类的氨解酚类的氨解苯系一元酚的羟基不够活泼，它的氨解需要很强苯系一元酚的羟基不够活泼，它的氨解需要很强 的反应条件。苯系多元酚的轻基比较活泼可在较温的反应条件。苯系多元酚的轻基比较活泼可在较温和的条件下氨解，但是没有工业应用价值。和的条件下氨解，但是没有工业应用价值。苯系酚类的氨解主要于苯系酚类的氨解主要于苯酚的氨解制苯胺和间甲酚苯酚的氨解制苯胺和间甲酚的氨解制间甲苯胺的氨解制间甲苯胺。由于所用原料和产品的沸点都。由于所用原料和产品

16、的沸点都不太高，上述氨解过程采用气固相接触催化氨解法，不太高，上述氨解过程采用气固相接触催化氨解法，而且未反应的酚类可用共沸精馏法分离回收。而且未反应的酚类可用共沸精馏法分离回收。苯胺的制备：苯胺的制备：苯胺的生产主要采用硝基苯的加氢还原法。苯胺的生产主要采用硝基苯的加氢还原法。1947年又开发了苯酚气相氨解法制备苯胺的合成路线：年又开发了苯酚气相氨解法制备苯胺的合成路线： 优点：优点：不需要将原料氨氧化成硝酸，不消耗硫酸。不需要将原料氨氧化成硝酸，不消耗硫酸。缺点：缺点：要有廉价的苯酚，反应产物的分离精制比较复杂。要有廉价的苯酚，反应产物的分离精制比较复杂。此法已于此法已于1970年在日本投

17、入生产。年在日本投入生产。 苯酚和过量氨的气态混合物在苯酚和过量氨的气态混合物在425和和20MPa左右通过催左右通过催化剂即得到苯胺。所用催化剂可以是化剂即得到苯胺。所用催化剂可以是A12O3-SiO2或或MgO-B2O3-Al2O3-TiO2，另外也可以含有，另外也可以含有CeO2、V2O5或或WO2等等催化组分。使用新开发的催化剂，可延长使用周期，省去催化组分。使用新开发的催化剂，可延长使用周期，省去催化剂的连续再生、降低反应温度、减少苯胺和过量氨的催化剂的连续再生、降低反应温度、减少苯胺和过量氨的分解损失。当苯酚的转化率为分解损失。当苯酚的转化率为98%时，生成苯胺的选择性时，生成苯胺

18、的选择性为为8790%，可减少苯酚，可减少苯酚-苯胺共沸物的循环处理量。苯胺共沸物的循环处理量。 间甲苯胺的制备：间甲苯胺的制备： 它最初一直是由间硝基甲苯的还原法制得的。但是，在它最初一直是由间硝基甲苯的还原法制得的。但是，在甲苯的一硝化产物中，间位体的含量只有甲苯的一硝化产物中，间位体的含量只有4%左右，这就左右，这就影响了间甲苯胺的产量和价格。影响了间甲苯胺的产量和价格。1977年日本在年产年日本在年产2000吨的装置中用间甲酚生产间甲苯胺。吨的装置中用间甲酚生产间甲苯胺。 萘酚衍生物的氨解（萘酚衍生物的氨解（亚硫酸盐存在下的氨解亚硫酸盐存在下的氨解 ）：S O3HO HN H2H2S

19、O41 6 0oC(1 )N a O H(2 )H+氨 解- -萘胺萘胺布赫尔反应（布赫尔反应（Bucherer） 在在亚硫酸盐亚硫酸盐的存在下，的存在下，萘酚磺酸萘酚磺酸衍生物衍生物与与氨水氨水反应生成相应的萘胺磺酸衍生物的反反应生成相应的萘胺磺酸衍生物的反应叫应叫BuchererBucherer反应。反应。醇式酮式醇式加成物胺式加成物萘胺-NH4HSO3消除互变异构NH4HSO3加成+NH3氨解OHOHH互变异构NH4HSO3加成烯醇式酮式OH HHHHSO3NH4OHSO3NH4HHC=C加成C=O加成酮式加成物醇式加成物NH4HSO3加成+NH3氨解H HHHHSO3NH4OHSO3NH4NH2SO3NH4HH醇式