第10章烃化精细有机合成

2020/10/141第10章烃化22020/10/14烃基：烷基（-R）烯基（-C=C-）、炔基（-C≡C-）芳基（-Ar）取代烃基(-CH2COOH，-CH2CH2OH，-CH2CH2CN)在有机化合物分子中的碳、氮、氧、硅、磷或硫原子上引入烃基的反应，叫做烃化反应。10.1概述32020/10/14orH2SO4CH3CH2+首先进攻+CH2=CH2AlCl3-H2CH=CH2CH2CH3(乙苯)(苯乙烯)制塑料、ABS、离子交换树脂orH2SO4+CH3CH=CH2CH3CH3异丙苯(可制苯酚)AlCl3CH42020/10/14（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）烯烃和炔烃：CH2=CH2,CH3CH=CH2,R-CH=CH2,CH2=CHCN,CH2=CHCOOCH3,CH≡CH;（6）羰基化合物：HCHO,CH3CHO,C3H7CHO,Ph-CHO,CH3COCH3,烃化剂：OH2CCH2OHCCH2H3CO取代型加成型缩合-还原型52020/10/14一、N-烃化反应1.用醇类的N-烷基化;2.用卤烷的N-烷基化;3.用酯类的N-烷基化;4.用环氧乙烷的N-烷化;5.用烯烃的N-烷基化;6.用醛和酮的N-烷基化。7.N-芳基化(芳氨基化)本章教学基本内容和要求62020/10/14二、O-烷基化反应1.用醇类的O-烷基化;2.用卤烷的O-烷基化;3.用酯类的O-烷基化;4.用环氧乙烷的O-烷化;5.用醛和酮的N-烷基化；6.用烯烃的O-烷基化;7.O-芳基化(烷氧基化和芳氧基化)。72020/10/14三.芳环上的C-烷基化反应1.烯烃对芳烃的C-烷基化;2.烯烃对芳胺的C-烷基化;3.烯烃对酚类的C-烷基化;4.卤烷对芳环的C-烷基化;5.醇对芳环的C-烷基化;6.醛烃对芳环的C-烷基化;7.酮烃对芳环的C-烷基化。82020/10/1410-2N-烃化烃化试剂：醇、卤代烷、酯、烯烃、醛和酮、环氧乙烷等。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。本节重点讨论芳胺的N-烷化。92020/10/1410.2.1用醇类的N-烷基化1、用醇类进行液相N-烷基化反应的反应历程常用用浓硫酸等强酸作催化剂ROH+H+R++H2O（7-12）R+H+HR+R+HArN+R+HHArNHArN+H+R+RHArN+R+HArNArNRRRArNR+R+Ar-NR3：：：：：…结论：1、芳香胺类用醇进行的液相N-烷基化是一个亲电取代反应。胺的碱性越强，反应越易进行；2、芳香族胺类，如果环上带有给电基时，则芳胺将容易发生烷基化；而环上带有吸电基时，则烷基化较难进行。3、由强酸催化的用醇进行胺类烷基化反应时，往往得到伯、仲、叔胺和季铵盐的混合物，季铵离子的生成量按化学计量不会超过原来加入的酸量。4、胺类用醇的烷基化是连串反应，又是可逆反应。一、用醇类的液相N-烷基化102020/10/142、用醇类进行液相N-烷基化反应的化学平衡Ar-NH2+ROHArNHR+H2Ok1Ar-NHR+ROHArNR2+H2Ok2k1[ArNHR][H2O][ArNH2][ROH]k2[ArNR2][H2O][ArNHR][ROH]k1k2NH2+CH3OHNHCH3+H2ONHCH3+CH3OHN(CH3)2+H2O以苯胺用甲醇的N-烷化为例：苯胺进行甲基化时，若目的产物是一烷基化的仲胺，则醇的用量仅稍大于理论量；若目的产物是二烷基化的叔胺，则醇用量约为理论量140%～160%。即使如此，在制备仲胺时，得到的仍是伯、仲、叔胺的混合物。用醇烷化时，每摩尔胺用强酸催化剂0.05～0.3mol，反应温度约为200℃左右，不宜过高，否则有利于芳环上的C-烷化反应。苯胺甲基化反应完毕后,物料用氢氧化钠中和，分出N,N-二甲基苯胺油层。再从剩余水层中蒸出过量的甲醇，然后再在170～180℃，压力0.8～1.0MPa下使季胺盐水解转化为叔胺。K2/K1=1000112020/10/14k1k2NH2+C2H5OHNHC2H5+H2ONHC2H5+C2H5OHN(C2H5)2+H2O以苯胺用乙醇的N-烷化为例：注意：胺类化合物在N烷基化反应中也存在烷基的转移现象。例如：NHCH32N(CH3)2H+NH2+K2/K1=1/4122020/10/14•临氢烷化法•均相配位催化催化法•电解N-烷化132020/10/14二、气-固相接触催化烷化法k1k2NH2+CH3OHNHCH3+H2ONHCH3+CH3OHN(CH3)2+H2Ok1k2NH2+CH3OHNHCH3+H2ONHCH3+CH3OHN(CH3)2+H2O催化剂：γ-氧化铝；改性分子筛；新型纳米催化剂142020/10/1410.2.2用卤烷的N-烷基化一、烷化剂当烷基相同时：R-IR-BrR-Cl当烷基不同时：C6H5CH2XR3CXR2CHXRCH2XCH3X。152020/10/14R越长，RX的活性越低卤代烃的活性与C－X键的键能成反比。RIRBrRClRF卤素相同伯卤代烷反应最好，仲卤烷次之，叔卤烷常因发生消除反应而不宜采用。二、反应特点：（1）活泼性162020/10/14（2）反应不可逆，为连串反应ArNH2＋RX→ArNHR＋HXArNHR＋RX→ArNR2＋HXNH2CH2Cl+NHCH2+HCl（3）反应中有HX产生，易与芳胺成盐常用缚酸剂如：NaOH、Na2CO3、MgO、Ca(OH)2等NH2·HCl（4）R－X的沸点较低，反应宜在一定压力下进行如：氯甲烷的沸点：-23.7℃，氯乙烷的沸点13℃172020/10/14三、重要实例（1）N,N－二乙基间氨基苯磺酸钠NH2SO3NaN(C2H5)2SO3Na+CH3CH2ClNH2N(C2H5)2+CH3CH2BrNHCOCH3NHCOCH3（2）N,N－二乙基-3-乙酰氨基苯胺（3）N－乙基-N-苄基苯胺NHC2H5ClCH2NC2H5CH2+100oC水介质+HCl182020/10/1410.2.3用酯类的N-烷基化R-O-S-O-RAr-S-ORHO-P-OROOOOOOH硫酸二烷基酯芳磺酸酯磷酸单酯50～60℃CH3NH2+CH3OSO2OCH3Na2CO3,Na2SO4,少量水CH3N(CH3)2+H2SO43ArNH2+2(RO)3PO3ArNR2+2H3PO4ArNH2+ROSO2Ar'ArNHR+Ar'SO3H192020/10/14用硫酸酯的N-烷化（1）沸点高，故可在常压下进行；但价格比醇和卤代烃高；ArNH2＋ROSO2OR→ArNHR＋ROSO2OH需要碱中和生成的酸ArNH2＋ROSO2ONa→ArNHR＋NaHSO4难于进行（2）可在-NH2的N上烷基化而不影响-OH；（3）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；（4）缺点：毒性大。202020/10/1410.2.4用环氧化合物的N-烷基化CH2CH2O（）环氧乙烷的沸点较低(10.7℃)，其蒸气与空气的混合物的爆炸范围很宽，空气含量为3％一98％时都在爆炸范围内，所以在通环氧乙烷前后，务必用氮气置换容器内的气体。212020/10/14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NH2NHC2H5NC2H5CH2CH2OHC2H5OHCH2CH2O当环氧乙烷过量时，ArN(CH2CH2OH)2+2nCH2CH2OArN[(CH2CH2O)nCH2CH2OH]2222020/10/14232020/10/1410.2.5用烯烃的N-烷基化酸: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CH2CHCNδδβα+-OCCH2CHδδ+-OCH3242020/10/14NH2NH(CH2CH2CN)N(CH2CH2CN)2+CH2=CH-CNHClH2O,回流7hHCl130-150oC11.612.4NH2NHCOCH3N(CH2CH2COOCH3)2NHCOCH3+2CH2=CH-C-OCH3CH3COOH,100oC20h3-乙酰氨基-N，N-二（β-甲氧基羰基乙基）苯胺252020/10/1410.2.6用醛或酮的N-烷基化（自学）10.2.7N-芳基化（芳氨基化）（自学）262020/10/1410.3O-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：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)272020/10/1410.3.1用醇类的O-烷基化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'282020/10/14•甲醇和乙醇对活泼的酚进行O-烷化。OHOCH3+CH3OHCH3CH3OHOCH3+CH3OHOHOHOH+CH3OHOCH3292020/10/14反应特点（1）用卤烷的O-烷化是亲核取代反应，卤烷是亲核试剂；（2）对于被烷化的醇或酚而言，他们的负离子的反应活性远高于其本身，因此通常是先将醇或酚与NaOH、KOH或金属钠相作用，然后再与卤烷反应；（3）当酚和卤烷都比较活泼时，O-烷化可以在水介质中进行，必要时加入相转移催化剂；（4）当酚和卤烷都不活泼时，要先将醇或酚制成醇钠或醇钾，再与卤烷反应，可以避免卤烷的水解副反应；（5）工业上一般用氯烷，当氯烷不够活泼时则需要用溴烷。10.3.2用卤烷的O-烷基化302020/10/14OHOH+NaOH35℃水介质ONaONa+2H2OONaONa+2CH3Cl70℃～120℃，1.5MPaNaOHOCH3OCH3+2NaCl•生产实例1、用氯甲烷的-O烷化312020/10/14OCH3OCH3OCH3NO2CH3ClClClClClOC2H5OC2H5OCH2COOHOCH2COOHNHOCH3用卤烷作烷基化剂可制以下重要的芳醚:OCH3OCH3OCH3NO2CH3ClClClClClOC2H5OC2H5OCH2COOHOCH2COOHNHOCH3322020/10/14+CH3I+KOH+C8H17Br+KOH相转移催化剂：聚乙二醇-400332020/10/142、用氯乙酸的-O烷化OHOCH2COONa+ClCH2COOH+2NaOH+H2O+NaCl甲苯-水介质，相转移催化剂85℃，6hOCH3OCH3OCH3NO2CH3ClClClClClOC2H5OC2H5OCH2COOHOCH2COOHNHOCH3342020/10/143、用3-氯丙烯的-O烷化OHOCH2CH=CH2+ClC