精细有机合成化学与工艺学课件--第9章氨基化.ppt

1、2020/8/4,1,第9章 氨基化,2,2020/8/4,本章教学基本内容和要求,1、羟基化合物的氨解：了解醇类的氨解、酚类的氨解，掌握苯胺、防老剂丁的制备；了解亚硫酸盐存在下的氨解：掌握 Bucherer反应的适用范围及应用，了解反应历程。 2、卤素的氨解 a.反应理论：掌握催化氨解和非催化氨解的适用范围，反应历程及动力学方程。 b.影响因素：掌握胺化剂、卤素、溶解度、搅拌、温度对卤素氨解反应的影响。 c.实例：掌握邻硝基苯胺及2-氨基蒽醌的制备。 d.芳胺基化：掌握安安蓝B色基的制备。 3、了解羰基化合物的氨解。 4、了解磺基及硝基的氨解。 教学重点： 卤素的氨解。 亚硫酸盐存在下的氨解

2、：Bucherer反应。 Hofmann重排反应。 教学难点： 催化氨解和非催化氨解的适用范围、反应历程及动力学方程。 Bucherer反应的适用范围、应用、反应历程。 Hofmann重排反应的应用、反应历程。,3,2020/8/4,9.1 概述,氨解指的是氨与有机物发生复分解反应而生成伯胺的反应。氨解反应通式可简单地表示如下：R-Y + NH3R-NH2 +HY 式中R可以是脂基或芳基，Y可以是羟基、卤基、磺酸基或硝基。,一、定义,胺化指的是氨与双键加成生成胺的反应。,4,2020/8/4,二、反应的目的,制备脂肪族伯、仲、叔胺及季铵盐,制备芳胺,5,2020/8/4,三、氨基化剂,液氨 氨

3、水 氨气 铵盐 有机胺（伯、仲、叔胺）,主要用于需避免水解副反应的氨基化过程。 缺点：操作压力大，过量的液氨较难再以液氨的形式回收。,工业氨水的浓度一般为25%，是广泛使用的胺化剂。 优点：来源易得，操作方便，过量的氨可用水吸收循环使用。,6,2020/8/4,9.2 羟基的氨解,7,2020/8/4,9.2.1 醇羟基的氨解,醇类用氨的氨解反应可用下式表示：,8,2020/8/4,气固相接触催化脱水氨解法 （1）应用：甲醇氨解制二甲胺； （2）催化剂：SiO2/Al2O3； （3）温度：350500； （4）压力：0.55MPa。,9,2020/8/4,气固相临氢接触催化胺化氢化,催化醇脱氢

4、,催化加氢,即将醇、氨和氢的气态混合物在200左右、常压或不太高的压力下通过Cu-Ni催化剂而完成的。其整个反应过程包括：醇的脱氢生成醛或酮、醛或酮的加成胺化、羟基胺的脱水和烯亚胺的加氢生成胺等步骤。,10,2020/8/4,仲胺的生成,叔胺的生成,11,2020/8/4,例如：乙醇连续氨解生产乙胺。,9.2 羟基的氨解 9.2.1 醇类的氨解,12,2020/8/4,高压液相氨解 （1）用于C810醇的氨； （2）催化剂：骨架镍或三氧化二铝。 （3）压力：常压0.7MPa。 （4）温度：90190。,13,2020/8/4,例如：N,N-二甲基乙胺的制备,异丙胺的制备,环己胺的制备,O,14

5、,2020/8/4,工业上的乙醇胺类是以环氧乙烷和氨反应制得：,9.2.2 环氧烷类的加成胺化,15,2020/8/4,反应条件：,环氧烷类如环氧乙烷、环氧丙烷等在氨作用下采用液相氨解方法，容易转变成烷基醇胺类。这些反应都是放热的，通常采用5060，12MPa压力等条件即可。应用普通的28氨水时，可得伯胺、仲胺和叔胺，它们的比例随氨比不同而变化。如环氧丙烷氨解时，随环氧化物对氨的摩尔比从0.5增至2.5时，叔胺摩尔百分数由20增至近l00；仲胺摩尔百分数从最初的40到最大的50，继而下降为零；伯胺摩尔百分数连续下降，并很快由约30变成很小值。已发现，环氧乙烷和伯胺、仲胺的反应速度比它和氨的反应

6、速度要快，因此要制备乙醇胺和二乙醇胺时，就必须采用大量过量的氨。,16,2020/8/4,9.2.3 酚类的氨解（芳环上羟基的氨解）,液相氨解法： 它是酚类与氨水在氯化锡、三氯化铝、氯化铵等催化剂存下于高温高压下制取胺类的过程。,工业上实现酚类的氨解法一般有两种：,气相氨解法： 它是在催化剂(常为硅酸铝)存在下，气态酚类与氨进行的气固相催化反应；,一、苯系酚类的氨解,17,2020/8/4,以苯酚气相催化氨解制苯胺为例：,18,2020/8/4,其他酚类的氨解： 1、甲苯胺的生产：,2、防老剂丁的生产：,19,2020/8/4,二、萘酚类的氨解（亚硫酸盐存在的氨解）,萘酚与氨在酸式亚硫酸盐存在

7、下引起的可逆变化， 称布赫尔(Bucherer) 反应：,20,2020/8/4,1、反应历程,2-萘酚先从烯醇式互变异构为酮式，它与亚硫酸氢钠按两种方式发生加成反应生成醇式加成物（）或（），然后（）或（）与氨发生氨解反应生成胺式产物（）或（），然后（）或（）发生消除反应脱去亚硫酸氢钠生成亚胺式的2-萘胺，最后再互变异构为2-萘胺。,醇式加成物,酮式加成物,反应规律,21,2020/8/4,反应历程,22,2020/8/4,反应历程,23,2020/8/4,1-萘酚和2-萘酚中的羟基都能在酸性亚硫酸盐存在下置换成氨基，但它们的磺基衍生物并非都能顺利进行这类反应，其规律为： (A)当羟基处于l位

8、时，2位和3位的磺基对氨解反应起阻碍作用；若在4位上存在磺基，则反应容易进行。 (B)当羟基处于2位时，3位或4位的磺基对氨解起阻碍作用，而1位的磺基起促进作用。 (C)当羟基与磺基不处于同一环时，磺基的影响很小。,2、适用范围（反应规律）,注意：Bucherer反应是可逆的，因此有时也用于从萘胺衍生物水解制备相应的萘酚衍生物。例如对氨基萘磺酸的水解制1-萘酚-4-磺酸。这时，磺基位置的影响也遵循上述规律。,24,2020/8/4,3、应用举例,（1）吐氏酸的制备,25,2020/8/4,（2）以2-萘酚为原料制备2-氨基-8-萘酚-6-磺酸(r酸),26,2020/8/4,（3）J酸（2-氨

9、基-5-萘酚-7-磺酸）的制备,27,2020/8/4,9.3 卤素的氨解 9.3.1卤代芳烃的氨解（芳环上卤基的氨解）,200230，7MPa,170190，3MPa,115120，常压,28,2020/8/4,一、反应理论,1、非催化氨解,适用范围：活泼的卤素衍生物，如芳环上含有硝基的卤素衍生物，通常以氨水处理时，可使卤素被氨基置换。,反应历程：属芳香族的亲核取代反应。例如：,反应动力学：属双分子反应（SN2反应），反应速度直接正比于氨和卤化物的浓度，。,9.3.1卤代芳烃的氨解（芳环上卤基的氨解）,29,2020/8/4,2、催化氨解,适用范围：对于不活泼的卤素衍生物，如氯苯、1-氯萘、

10、1-氯萘-4-磺酸和对氯苯胺，要在 存在下，才能反应。,铜催化剂,反应历程：分两步进行：,30,2020/8/4,当氯苯用KNH2在液氨中进行氨解反应时，产物中有将近一半的苯胺，其氨基是连结在与原来的氨互为邻位的碳原子上：,3、用氨基碱氨解,按苯炔历程进行,注意：邻位氢原子是生成苯炔中间体的必要因素。,碱的形式,亲核试剂,31,2020/8/4,卤代芳烃氨解反应的基本特征：,1、芳环上电子云密度越低，反应越容易进行；芳环上的吸电子基团越强，离去基团越容易离去，反应越容易进行； 2、卤素不同，反应活性不同。 3、吸电基团会使芳环上电子云密度减小，且主要影响邻、对位； 4、卤代芳烃上吸电基团较弱时

11、反应难于进行，必须借助于催化剂才能进行，催化剂多用不同价态的铜。,32,2020/8/4,二、影响因素,1、氨化剂,2、卤化物的结构,3、溶解度,4、搅拌,5、反应温度,常用氨化剂为氨水。 芳氯化合物氨解时所用氨的摩尔比称为氨比，理论上2，实际上，间歇氨解时氨比为615；连续氨解时为1017。,例如硝基只对邻位和对位离去基因有作用，氨解反应的活泼性顺序为：,提高反应温度可加快氨解反应速度；但温度过高会加剧副反应，甚至出现焦化现象； 温度变化会影响氨水的pH值；因此，采用碳钢材质的高压釜进行间歇氨解时，反应温度一般应低于170一190，在优质不锈钢管道中进行连续氨解时，由于材质的抗腐蚀性较强，且

12、氨水用量较多，可以允许在较高的温度下进行。,过量氨的作用,33,2020/8/4,过量氨解剂的作用： 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,减少对设备的腐蚀,34,2020/8/4,三、反应实例,1、邻硝基氯苯氨解制备邻硝基苯胺,35,2020/8/4,2、2-氨基蒽醌的制备,制备蓝色还原染料的重要中间体,反应条件：温度210218，加压下进行，硫酸铜催化剂，1摩尔2-氯蒽醌需0.09摩尔硫酸铜，氨比为17.5，反应10小时，收率为90。,36,2020/8/4,推荐的氨解反应工艺,37,2020/8/4,四、芳胺基化,以芳胺为氨化剂与卤素衍生物进行胺化，可使卤素转化为芳胺基

13、，也属亲核置换反应，它是芳胺基化反应中的一类重要过程。通过卤素衍生物的芳胺基化反应，可制备一系列重要中间体，反应中常加入缚酸剂氧化镁、碳酸钠、乙酸钠等，以中和酸性。,38,2020/8/4,例如，对硝基氯苯经下列路线可制得安安蓝B色基：,39,2020/8/4,对于不太活泼的芳胺，则加铜盐催化，又称乌尔曼(ul1mann)反应。如,式中，RH，CH3；XSO3H，H，Br。当XSO3H，RH时，则为溴氨酸的芳胺基化，产物可合成蒽醌系深色染料。以1-氨基蒽醌为胺化剂，可得蒽醌亚胺，为蒽醌咔唑染料的中间物：,40,2020/8/4,一、脂肪族卤素衍生物的氨解,9.3.2 脂肪族卤素衍生物的氨解,脂

14、肪胺常用的制备方法： 1.醇的氨解; 2.羰基化合物的胺化氢化; 3.-CN和-CONH2的加氢.,41,2020/8/4,脂肪族卤代物的氨解是制取脂肪胺的重要方法之一，亦属亲核置换反应，但同时往往有脱去卤化氢的消除反应发生。如：,一、脂肪族卤素衍生物的氨解,氯乙酸经氨解得氨基乙酸，又称甘氨酸，它是医药、有机合成、生物化学研究的重要原料。,42,2020/8/4,43,2020/8/4,9.4 芳环上磺基的氨解,磺基的氨解也是亲核置换反应。苯环和萘环上磺基的氨解相当困难，但是蒽醌环上的磺基由于9，10位两个羰基的活化作用，比较容易氨解。,此法还可用于从蒽醌-1-磺酸、蒽醌-1,5-二磺酸和1,

15、8-二磺酸制1-氨基蒽醌、1,5-二氨基蒽醌和1,8-二氨基蒽醌。,44,2020/8/4,硝基的氨解这里主要是指硝基蒽醌经氨解为氨基蒽醌。,9.5 芳环上硝基的氨解,45,2020/8/4,要使该反应实现首先芳环上应存在着吸电子取代基，以降低芳环碱性；其次，要有氧化剂或电子受体参加，以便在反应中帮助H脱去，所以用氨基对包含有电子受体的原子或基团的芳香化合物进行氢的直接取代是可能的。但应该指出，这种方法目前尚处于探索性的研究阶段。,9.6 直接氨解（自学）,羰基化合物的氨解,46,2020/8/4,一、碱性介质中以羟胺为胺化剂的直接氨解,9.6 直接氨解（自学）,47,2020/8/4,例如：

16、,48,2020/8/4,二、芳烃用氨的催化氨解,苯或其同系物用氨在高温、 存在下可气相催化氨解为苯胺：,催化剂,为Ni-Zr-稀土元素（镧、钇、钬、镝、镱、钐、镨）混合物,1-氨基蒽醌在金属盐(CoCl2)催化剂存在下可直接氨解：,9.6 直接氨解（自学）,49,2020/8/4,9.7 羰基化合物的胺化氢化,在还原剂存在下，羰基化合物（醛或酮）与氨、氢气发生胺化氢化反应，分别生成伯胺、仲胺或叔胺。,反应生成的伯胺同样也能与原料醛反应，生成仲胺甚至生成叔胺。,例如：,50,2020/8/4,由不饱和醛经胺化氢化可制得饱和胺：,利用苯甲醛与伯胺反应，再加氢，此法只生成仲胺。例如：,幻灯片53,

17、51,2020/8/4,脂肪胺的制备方法： 1、脂肪族卤素衍生物的氨解； 2、醇羟基的氨解 3、羰基化合物的氨解,芳香胺的制备方法： 1、卤代芳烃的氨解； 2、酚羟基的氨解 3、芳环上磺基、硝基的氨解； 4、芳环上氢的直接氨解 5、硝基化合物的还原反应,引入氨基的方法,52,2020/8/4,9-8、写出由对硝基氯苯制备：（1）供合成染料用和（2）供合成医药用2-氯-4-硝基苯胺的合成路线，并作简要说明。,说明：对硝基氯苯的氨解制对硝基苯胺有大规模生产，对硝基苯胺的环上亲电取代一氯化工艺简单，生产费用低，但上述氯化反应是连串反应，产品中含有少量的对硝基苯胺和2,6-二氯-4-硝基苯胺，很难分离

18、提纯，不能用作医药中间体。但是在用重氮化-偶合法制偶氮型分散染料时，杂质对硝基苯胺和2,6-二氯-4-硝基苯胺也生成了色光接近的偶氮染料，其混合可用于配制商品染料。,53,2020/8/4,说明：对硝基氯苯的环上取代氯化是连串反应，商品氯化物中有对硝基氯苯和硝基多氯苯等杂质，但可用高效精馏法分离精制，3,4二氯硝基苯分子中硝基对位的氯活泼，可氨解，硝基间位的氯不活泼，不能氨解，制得产品纯纯度高可用做医药中间体。但是生产费用高，不用做染料中间体。,例 题 解 析,54,2020/8/4,思考题9-9： 简述1-氨基蒽醌的工业生产方法，并进行扼要说明。,答：有1-硝基蒽醌的硫化碱还原法和1-硝基蒽醌的氨水氨解法两种工业生产方法。 硫化碱还原法的优点是：常压操作，设备和工艺简单；缺点是：产品收率低，质量差，有大量含无机盐废液。 氨水氨解法的缺点是：要用高压釜，对设备要求高，有过量氨需回收。优点是：产品收率高，质量好，排放的无机盐废液少，将代替硫化碱还原法。,例 题 解 析,55,2020/8/4,9-10、写出由萘制备以下几种2-氨基萘二磺酸的合成路线，并进行扼要说明。,例 题 解 析,56,2020/8/4,例 题 解 析,57,2020/8/4,例 题 解 析,说明：在