《精细有机合成化学及工艺学》第10章-烃化

第10章烃化(Hydrocarbylation)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（-C≡C-）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,CH≡CH;（6）醛类和酮类：HCHO,CH3CHO,C3H7CHO,Ph-CHO,CH3COCH3,烃化剂：OH2CCH2OHCCH2H3CO10.2N-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ROH+H+R+-OH2R++H2OAr-NH2+R+Ar-N+-R伯胺Ar-N-R+H+Ar-N+-R仲胺Ar-N-R+H+Ar-N+-R叔胺季铵盐R+R+HHHHRRRR浓硫酸、浓盐酸、三氯化磷（2）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。Ar-NH2+ROHk1k2ArNHR+H2OAr-NHR+ROHArNR2+H2ONH2NHCH3N(CH3)2+CH3OH200oCCH3OHk1k2NH2NHC2H5N(C2H5)2+C2H5OH200oCC2H5OHk1k2k2/k1=1000k2/k1=1/4（3）生产实例N,N-二甲基苯胺NH2N(CH3)2NHCH3+2CH3OH(+)高压液相烷化法H2SO4摩尔比：13.560.196%（含量0.5%）温度：205-215oC压力：3.0-3.3MPa时间：4hN-乙基苯胺NH2NHC2H5+C2H5OH高压液相烷化法H2SO4摩尔比：13.330.01温度：210oC压力：2.4-2.6MPa时间：11hN-乙基苯胺60％；N,N-二乙基苯胺21～25％；未反应苯胺15～19％（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：CH3CH2OH-H2脱氢CH3CHO加成烷化CH3CHNOHHAr-H2O脱水CH3CHN+H2加氢ArCH3CH2NHAr均相配位催化剂催化法电解N-烷化法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10.2.2.1烷化剂适用范围：卤烷易得反应活性（1）R-IR-BrR-ClNH2NHCH2CF3BrCH2CF3NaOH（2）卤原子相同时，碳链越长，活性越低10.2.2.2主要影响因素烷化剂用量缚酸剂温度和压力相转移催化剂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(C2H5)2SO3NaN-乙基-N-苄基苯胺NHC2H5ClCH2NC2H5CH2+100oC水介质+HClN(C2H5)2NHCOCH310.2.3用酯类的N-烷化R-O-S-O-RAr-S-ORRO-P-OROOOOOOR硫酸二烷基酯芳磺酸酯磷酸单酯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。SNOHCOOCH3HOO(CH3)2SO4/NaOHSNOHCOOCH3CH3OO(CH3)2SO4/MgOH3CONHHSNH2+H3CONHSNH2CH3-OSO2CH3.10.2.4用环氧化合物的N-烷化特点（1）反应活性高，在N上引入CH2CH2OH；（2）连串反应；CH2CH2ORNH2K1RNHCH2CH2OHCH2CH2OK2RN(CH2CH2OH)2K1与K2相差不大（3）酸催化反应。CH2CH2O+H+CH2CH2OH开环+CH2CH2OH亲电试剂NH2NHC2H5NC2H5CH2CH2OHC2H5OHCH2CH2O10.2.5用烯烃的N-烷化酸:CH3COOH、H2SO4、HCl、、FeCl3碱:三甲胺，三乙胺H3CSO3HR-NH2+CH2=CHYR-NHCH2CH2-YY:-CN,-COOH,-C=O,-COORδ+催化剂NH2NH(CH2CH2CN)N(CH2CH2CN)2+CH2=CH-CNHClH2O,回流7hHCl130-150oC11.612.4NH2NHCOCH3N(CH2CH2COOCH3)2NHCOCH3+2CH2=CH-C-OCH3CH3COOH,100oC20hO10.2.6用醛或酮的N-烷化R1NHH+OCR3R4加成（醛或酮）R1NCHR3OHR4-H2O脱水缩合+2[H]加氢还原R1NCR3R4R1NCR3R4HHR1NH+OCR3R4加成（醛或酮）R1NCR3OHR4R2R2+2[H]加氢还原R1NCR3R4HR2CH2CH2NH2NHCH2CH2NH2+2OCCH3C4H9加成，脱水缩合-H2OCH2CH2NNHCH2CH2NCC4H9CH3CC4H9CH3NOFCOOHC2H5NHN+HCHO,HCOOHNOFCOOHC2H5NNH3C10.2.7N-芳基化（芳氨基化）(Y=Cl,NH2,OH)Ar-NH2+Y-Ar'Ar-NH-Ar'+HYH2NNHOCH3NHNHSNHHO3SOHNHHO3,,,①卤素化合物②芳伯胺③酚类OHOHOHOHOHOOOHOH,,,烃化试剂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。O-烷基化：烷氧基化O-芳基化：芳氧基化烷化试剂：醇（R-OH）、卤化烷（R-X）、环氧烷类等。产物：二烷基醚(R-O-R’)：R-OH的H被烷基取代（O-烷基化）烷基芳基醚(Ar-O-R)：Ar-OH的H被烷基取代(O-烷基化）R-OH的H被芳基取代（O-芳基化)二芳基醚(Ar-O-Ar’)：Ar-OH的H被芳基取代（O-芳基化，芳氧基化)10.3.1用醇类的O-烷化ROH+R'OH大量浓H2SO4R-O-R'+H2OROHR-O-H质子化H+R-O-R'HR-O-R'+H2OHR'OHR-O-R'-H2OR+R'OH-H+H-H+δ+ROH+H2SO4R-O-S-OHR-O-R'+H2SO4-R'OHOOH-H+R-O-R'CH2OHCH2OH2CH2+-H+-H2O-H+-H2OOHOH2CH2OCH3CH3OCH3OHC2H5OC2H5,n-C3H7-O-C3H7-nOCH3(C2H5)10.3.2用卤烷的O-烷化R-OH+NaOHRO-Na++H2ORO-Na++NaX+XAlkROAlk用氯甲烷的O-烷化OCH3OCH3用氯乙酸的O-烷化OC2H5OC2H5OCH2COOHCl用3-氯丙烯的O-烷化用环氧氯丙烷的O-烷化OCH2CHCH2OCH2OOCH2CHCH210.3.3用酯类的O-烷化OHHOOHCOOH(CH3)2SO4/NaOH水介质室温回流OCH3H3COOCH3COOH10.3.4用环氧烷类的O-烷化反应通式ROH+CH2CH-R'ROCH2CH-R'OOH催化剂RO(CH2CH2O)nH反应特点：连串反应产品类型反应历程（1）酸催化：单分子亲电取代反应CH2H2CO+H+质子化CH2H2COH+开环+CH2CH2OH+H++CH2CH2OHOCH2CH2OH+ROH亲电取代R（2）碱催化：双分子亲电加成反应+H2ONa+OH-+ROHRO-.Na+CH2H2CO+RO亲电加成RO-CH2H2CO-ROHOCH2CH2O-R.－RO-OCH2CH2OHR催化剂（1）酸催化剂：BF3，Al2O3（2）碱催化剂：NaOH，KOH，CH3COONa重要实例（1）低碳醇的乙二醇单烷基醚（2）高碳醇聚氧乙烯醚（3）聚氧乙烯-聚氧丙烯烷基醚（4）壬基酚聚氧乙烯醚（5）2-苯氧基乙醇10.3.5用醛类的O-烷化+H2OH+RC.HO+2HOR'RCHOR'OR'10.3.6用烯烃和炔烃的O-烷化醇羟基用烯烃的O-烷化质子化+C(CH3)3+H+H2CC(CH3)2O-烷化+C(CH3)3+OH3CH+HOH3CC(CH3)3+醇羟基用乙炔的O-烷化KOHHCCH+HORH2CCHOR10.3.7O-芳基化（烷氧基化和芳氧基化）R-OHAr-OHO-芳基化烷基芳基醚二芳基醚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O2NClO2NOCH3+CH3OHOONH2BrOHHOOONH2OHO+硝基蒽醌OONNO2O2+HOCH3OH10.4芳环上的C-烃化反应历程：酸催化的亲电取代反应。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。RRHOH2NRR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。10.4.1烯烃对芳烃的C-烷化反应历程和动力学AlCl3+H2OAlOCl+2HClAlCl3(固)+HClHCl(气)δ+δ-(AlCl3)(溶液)H+Clδ+δ-(AlCl3)(溶液)H2CCH2H2CCH3+AlCl3(溶液)++HH2CCH3+慢HCH2CH3.......快CH2CH3++AlCl-4+HClHδ+δ-(AlCl3)(溶液)++H+H3CCHCH2H3CCH+CH3+H+(H3C)2CCH2(CH3)3C++H3CCH2CH2H3CCHCH3+异构化（氢转移重排）重要实例（1）异丙苯+CH2=CH-CH3CHCH3CH3AlCl3：6～7195～100℃，0.2～0.3MPaH3PO4(固）170-190℃，2～4MPa（2）异丙基甲苯CH3+CH2=CH-CH3AlCl3100oCCH3CHCH3CH3氧化酸解CH3OH氨解CH3NH2（3）十二烷基苯+C12H24AlCl3,HFC12H25OHOHC(CH3)3+H2C=C(CH3)2苯酚铝催化剂~200oC,~2MPa（4）酚类的C-烷化（5）2,6-二乙基苯胺NH2+2CH2=CH2(C2H5)2AlCl300oC,6.5-7.0MPa,115minNH2C2H5H5C2y=97.9%（6）3,3-二苯基丙腈CHCHCNC6H6/AlClCHCH2CNH2/Al-NiCHCH2CH2NH210.4.2烯烃对芳胺的C-烷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。4,4’-双叔辛基二苯胺NH+CCHCH3CH3CCH3CH3CH3CNHCH3CH3H3CCCH2CH3CH3CCH2CH3CH3C