第章-精细化学品合成中的常见单元反应.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,05 十一月 2026,第章 精细化学品合成中的常见单元反应,2.1 概述,精细有机合成的,单元反应,精细化学品及其中间体品种繁多,从分子结构来看，大多数是：,在,脂链、脂环、芳环或杂环,等骨架结构上,含有,一个或多个取代基,在骨架分子上引入取代基、合成这些化合物的反应即是精细有机合成的单元反应,主要取代基,（1）-Cl、-Br、-I、-F等卤素基团；,（2）-SO,3,H、-SO,2,Cl、-SO,2,NH,2,、-SO,2,NHR等；,（R:烷基或芳基）,（3）-NO,2,，-NO等；,（4）-NH,2,、-NHR、-NR,2,、-NHAc（酰基）、-NH,2,OH等；,（5）-N=NAr、-NHNH,2,等；,（6）-OH、-OAlk、-OAr、-OAc等；,（7）-Alk，如-CH,3,、-C,2,H,5,、-CH(CH,3,),2,等；,（8）,2.1 概述,（9）-CN,2.2 精细有机合成的单元反应,2.2.1 卤化(Halogenation),氟化反应(Fluoration),氯化反应(Chloration),溴化反应(Bromation),碘化反应(Iodoncotion),2.2.1.1 卤化反应定义,向有机化合物分子中碳原子上引入,卤素原子,的反应。,铜酞菁（酞菁蓝）,高氯代铜酞菁（酞菁绿）,2.2.1.2 卤化反应的作用,可赋予产品,极性,、阻燃性、染料与颜料的,色光,、,表面活性剂的,杀菌性,等,2.2.1 卤化,实例1：有机颜料的,色光,实例2：,杀虫剂,“六六六”,（,C,6,H,6,Cl,6,）,七氟菊酯,2.2.1 卤化,2,3,5,6-四氟-4-甲基苄基(Z)-(1R,3R,1S,3S)-3-(2-氯-3,3,3-三氟丙-1-烯基)-2,2-二甲基环丙烷羧酸酯,土壤杀虫剂，防治鞘翅目、鳞翅目和双翅目害虫,杀虫谱广，具有胃毒触杀及微弱的熏蒸活性。六六六是几种立体异构体的混合物，生物活性是取决于丙体的含量。六六六是胆碱酯酶抑 制剂，作用于神经膜上，使昆虫动作失调、痉挛、麻痹至死亡。,六氯苯C,6,Cl,6,选择性的抗真菌剂,实例3：,阻燃剂,2.2.1 卤化,添加型阻燃剂，用于PS、ABS、AS、不饱和聚酯等，稳定性好,四溴双酚A,四氯双酚A,2.2.1.3 卤化反应类型,慢,快,Cl,2,FeCl,3,Cl,+,FeCl,4,-,Cl,+,FeCl,4,-,2.2.1 卤化,取代卤化,游离基取代：,脂肪烃及芳环侧链,亲电取代：,芳环,以,金属卤化物,为催化剂，如,FeCl,3,、,AlCl,3,、,ZnCl,2,等,芳环上亲电取代氯化反应历程如下：,加成卤化,亲电加成：,酸催化下卤素、卤化氢、卤化物对不饱和键的加成,游离基加成：,光照和引发剂作用下卤素、卤化氢对不饱和键的加成,2.2.1 卤化,Cl,2,CH-CCl,3,ClCH=CCl,2,Cl,2,，h,60,70,Cl,2,C=CCl,2,-HCl,实例1：氯乙烯和氯乙烷,实例2：四溴乙烷,实例3：四氯乙烷,2.2.1 卤化,置换卤化,实例1：,卤素置换羟基,：,HX、PCl,3,、PBr,3,、PI,3、,SOCl,2,2.2.1 卤化,置换卤化,2.2.1 卤化,实例2：,卤素置换磺酸基,2.2.2 磺化和硫酸酯化（Sulfonation and Sulfation）,磺化,磺化反应定义,向有机化合物分子中的碳原子上引入,磺酸基,的反应。,硫酸酯化反应定义,醇及烯烃,等有机化合物与硫酸进行的酯化反应。,2.2.2 磺化和硫酸酯化,2.2.2.1 磺化反应的作用,赋予产品特定的性能，如,水溶性、酸性、表面活性及对纤维的亲和力,等,磺酸盐型阴离子表面活性剂,图1 表面活性剂在溶液表面的定向吸附和胶束的形成,十二烷基苯磺酸钠,2.2.2 磺化和硫酸酯化,酸性染料,酸性红G,染色pH=24,图2 酸性条件下染料与纤维分子的作用,2.2.2 磺化和硫酸酯化,将磺酸基,转变为其他基团,，如-OH、-Cl等,实例1：2-萘酚的制备,实例2：氯代蒽醌的制备（同前）,H,2,SO,4,磺化,160,162,Na,2,SO,3,中和盐析,NaOH,碱熔,SO,2,H,2,O,酸化,2.2.2 磺化和硫酸酯化,利用磺酸基的,可水解性,，辅助某些反应的进行，在反应完成后再将其水解掉,水介质，MgO,170,，0.65MPa,芳氨基化,39,40,H,2,SO,4,120,磺基水解,还原,4-氨基-4-甲氧基二苯胺,（安安蓝B色基）,2.2.2.2 磺化反应试剂,发烟硫酸（,SO,3,H,2,SO,4,）,氯磺酸（,ClSO,3,H,）,浓硫酸（浓,H,2,SO,4,）,九二酸（9293）,九八酸（98）,三氧化硫（,SO,3,）,2025,6065,其它：氨基磺酸（,NH,2,SO,3,H,）、亚硫酸盐（,Na,2,SO,3,）,2.2.2 磺化和硫酸酯化,2.2.2.3 主要磺化方法,过量硫酸,磺化法（液相磺化法，,H,2,SO,4,）,共沸,去水,磺化法（气相磺化法，,H,2,SO,4,）,三氧化硫磺化（,SO,3,无水生成,）,氯磺酸磺化（,ClSO,3,H,用于制备,磺胺化合物,）,芳伯胺,烘焙磺化法,脂肪族,化合物,加成磺化（,NaHSO,3,）,置换磺化,游离基反应,氧磺化（,SO,2,O,2,）,氯磺化（,SO,2,Cl,2,）,芳香族,化合物,置换磺化（亚硫酸盐法）,亲电取代,2.2.2 磺化和硫酸酯化,2.2.3 硝化和亚硝化（Nitration and Nitrosation）,硝化反应定义,向有机物分子的碳原子上引入,硝基,，生成C-NO,2,键的反应。,硝化反应试剂,浓硝酸,（93%,）：亲电反应质点为,NO,2,+,混酸（,H,2,SO,4,-HNO,3,-H,2,O,）：亲电反应质点为,NO,2,+,稀硝酸,（70%,）,亲电反应质点为,NO,+,先生成亚硝基化合物，再氧化为硝基化合物,2.2.3 硝化和亚硝化,2.2.3 硝化和亚硝化,主要硝化方法,稀硝酸硝化：用于易于硝化的芳族化合物，如酚、酚醚和N-酰化芳胺等,浓硝酸硝化：需要过量很多倍的硝酸，使用较少,浓硫酸介质中的均相硝化：以浓硫酸为反应介质,非均相混酸硝化,工业上最常用、最重要的硝化方法,适用于被硝化物或硝化产物在反应温度下呈液态，且难溶或不溶于废酸,非均相反应需要剧烈搅拌强化传质,有机溶剂中硝化：避免使用大量硫酸作溶剂,2.2.3 硝化和亚硝化,硝化反应的主要用途,硝基转化为其他取代基，主要是氨基,赋予产品特定的性能,2,4,6-三硝基甲苯（TNT）,二甲苯麝香（合成麝香）,2.2.3 硝化和亚硝化,（m.p.=254257）,（m.p.=210）,图3 偶氮基邻位硝基在分子内氢键形成中的作用示意图,偶氮颜料,2.2.3 硝化和亚硝化,亚硝化反应,向有机物分子的碳原子上引入,亚硝基,，生成,C-NO,键的反应叫做亚硝化反应,亲电反应质点为,NO,+,，反应活性弱,主要用于在,酚类、芳香仲胺和叔胺、富电子的杂环,以及,具有活泼氢的脂肪族化合物,分子中引入亚硝基,2.2.3 硝化和亚硝化,反应实例,NaNO,2,H,2,SO,4,-26，,NaNO,2,H,2,SO,4,亚硝化,HCl,重排,Na,2,S,2,还原,2.2.4 还原和加氢(Reduction and Hydrogenation),还原反应,定义,广义地讲，在还原剂的参与下，能使某原子,得到电子或电子云密度增加,的反应,狭义地讲，在有机分子中,增加氢或减少氧或兼而有之,的反应,还原剂,2.2.4 还原和加氢,氢气（,H,2,）,活泼金属及其合金：,Fe、Zn、Na、Zn-Hg、Na-Hg,低价元素化合物,金属复氢化合物：,NaBH,4,、KBH,4,、LiBH,4,、LiAlH,4,金属：,FeCl,2,，SnCl,2,非金属：,Na,2,S，Na,2,S,2,，Na,2,S,x,，Na,2,S,2,O,4,还原方法,加氢还原（催化氢化）,化学还原法：以化学物质为还原剂,电解还原法：在电极上进行电子转移,均相催化氢化：催化剂溶于反应介质,非均相催化氢化,液相催化氢化,气固相催化氢化,2.2.4 还原和加氢,2.2.4.1 催化加氢（催化氢化）,定义：含有不饱和键的有机物分子，在催化剂的存在下，与氢分子反应，使,不饱和键全部或部分加氢,的反应,芳杂环,2.2.4 还原和加氢,催化剂,一般金属系列：,Ni,、Cu、Mo、Cr、Fe、Pb,贵金属系列：,Pt、Pd,、Rh、Ir、Os、Ru、Re,还原型纯金属粉：Pt、Pd、Ni等，如,骨架镍,、骨架铜,化合物型：氢氧化物、氧化物、硫化物如PtO,2,、MoS,载体型：如,Pt/C、Pd/C,2.2.4 还原和加氢,H,2,Raney Ni,乙醇,80,120,液相催化氢化,流化床,气固相催化氢化,Cu/SiO,2,250,270,2.2.4 还原和加氢,实例,2.2.4 还原和加氢,反应的特点,优点,反应易于,控制,产品,纯度,较高,收率,较高,三废,少,应用,广泛,缺点,需要使用,带压设备,，安全措施要求高,催化剂选择,要求严格,2.2.4.2 化学还原,电解质溶液中的铁屑还原,2.2.4 还原和加氢,FeCl,2,4ArNO,2,+9Fe+4H,2,O 4ArNH,2,+3Fe,3,O,4,以金属,铁,为还原剂，反应在,电解质,溶液中进行,选择性好（,硝基或其它含氮的基团,）,工艺成熟、简单，适用范围广,副反应少,对设备要求低,产生大量的,含胺铁泥和废水,2ArNO,2,+5Zn+H,2,O Ar-NH-NH-Ar+5ZnO,Ar-NH-NH-Ar H,2,N-Ar-Ar-NH,2,OH,-,H,+,硫化碱还原,Na,2,S、Na,2,S,2,、Na,2,S,x,、NaHS、NH,4,HS,锌粉还原：,在碱性介质中硝基化合物的双分子还原,2.2.4 还原和加氢,2.2.4 还原和加氢,其它化学还原方法,金属复氢化合物,NaBH,4,、KBH,4,、LiAlH,4,、LiBH,4,反应速度快、副反应少、产品收率高、反应条件温和、选择性好,可使,羧酸,及其衍生物还原成醇、,羰基,还原成羟基,不能还原碳碳不饱和键,2.2.4 还原和加氢,醇铝,作用温和、选择性高、反应速度快、副反应少、收率高,使,羰基,还原为羟基,不能还原碳碳不饱和键、-NO,2,等,硼烷,可在-NO,2,、-Cl、-CN、酯基、羰基存在下将,羧酸,还原成相应的醇,2.2.5 重氮化和重氮基的转化,2.2.5.1 重氮化反应（,Diazotization）,定义,：氨基化合物转变成重氮化合物的反应,HX,HCl,、HBr、,浓,H,2,SO,4,、,稀,H,2,SO,4,、HNO,3,等,反应的,特点,无机酸过量：芳胺与无机酸的物质的量比为1:2.25,4,反应中要保持亚硝酸微过量，以防止副产物（重氮氨基化合物）的生成,重氮氨基化合物,ArN,2,+,+ArNH,2,Ar-N=N-NHAr,低温反应：一般为0,10,2.2.5 重氮化和重氮基的转化,2.2.5.2 重氮基的转化反应,2.2.5 重氮化和重氮基的转化,（1）偶合反应,定义：重氮盐与,芳环、杂环或具有活泼亚甲基的化合物,反应，生成,偶氮化合物,的反应叫做偶合反应,是制备偶氮化合物（染料、颜料）的重要方法,2.2.5 重氮化和重氮基的转化,（2）重氮盐还原为芳肼,中性至弱酸性,苯基吡唑酮,2.2.5 重氮化和重氮基的转化,（3）,脱氨基,反应：在适当还原剂做一些失去重氮基,（4）置换为,含氧基,（羟基、烷氧基）,2.2.5 重氮化和重氮基的转化,（5）置换为,卤基等,（Sandmeyer反应）：芳胺重氮盐在亚铜盐催化下，置换成-Cl、-Br、-I、-CN等,Na,2,Cu(CN),4,NH,3,ArN,2,+,2.2.5 重氮化和重氮基的转化,2.2.6 烃化（,Hydrocarbylation）,定义,是在有机化合物分子中的碳、硅、氮、磷、氧或硫原子上引入烃基的反应的总称。,2.2.6 烃化,引入的烃基,烷基,（,-R,）,烯基,（,-C=C-,）,炔基,（,-CC-,）,芳基,（,-Ar,）,取代烃基,羧甲基（,-CH,2,COOH,）,羟乙基（,-CH,2,CH,2,OH,）,氰乙基（,-CH,2,CH,2,CN,）,（1）卤烷：,CH,3,Cl,CH,3,I,C,2,H,5,Cl,C,2,H,5,Br,ClCH,2,COOH,Ph-CH,2,Cl;,（2）酯类：,(RO),2,SO,2,PhSO,2,OR,CH,3,-Ph-SO,2,OR,(RO),3,PO,（3）醇类和醚类：,CH,3,OH,C,2,H,5,OH,n-C,4,H,9,OH,C,12,H,25,OH,CH,3,OCH,3,C,2,H,5,OC,2,H,5,;,（4）环氧化合物：,；,（5）烯烃和炔烃：,CH,2,=CH,2,CH,3,CH=CH,2,R-CH=CH,2,CH,2,=CHCN,CH,2,=CHCOOCH,3,CHCH;,（6）羰基化合物：,HCHO,CH,3,CHO,C,3,H,7,CHO,Ph-CHO,CH,3,COCH,3,烃化试剂,2.2.6 烃化,基质反应原子,反应名称,反应产物,碳原子,C酰化,醛、酮或羧酸,氨基氮原子,N-酰化,酰胺,羟基氧原子,O-酰化（酯化）,酯,2.2.7 酰化（,Acidylation,Acylation）,酰化反应定义,有机化合物分子中与,C原子、N原子、O原子或S原子,相连的,H原子,被酰基所取代的反应,表1 基质上不同原子酰化反应产物,硫酸,硫酰基,砜基,羰基,碳酰基,（羧基）,碳酸,甲酰基（醛基）,甲酸,乙酰基,乙酸,苯磺酰基,苯甲酰基,2.2.7 酰化,酰基,是指从含氧的无机酸或有机酸的分子中,除去一个或几个羟基,后所剩余的基团。,2.2.7 酰化,酰化试剂：酰氯、酸酐、羧酸等,反应实例,2.2.8 氧化（,Oxidation）,氧化反应定义,指在氧化剂存在下，有机物分子中增加氧或减少氢的反应。,氧化剂：,氧气或化学氧化剂等,反应的目的：主要用来制备醇、醛、酮、羧酸、醌、酚、环氧化合物和过氧化物等,2.2.9 水解（,Hydrolysis,）,水解反应定义,指有机化合物X-Y与水的复分解反应。,（2）芳磺酸盐的碱性水解（碱熔）,水解反应方式,（1）,芳磺酸的酸性水解,（6）酰胺的水解,（4）芳香族重氮盐的水解,（5）酯的水解,（3）卤素化合物的水解,（7）芳伯胺的水解,（8）碳水化合物水解,2.2.9 水解,2.2.10 环合反应（,Cyclization,）,环合反应定义,又称,“,闭环,”,或,“,成环缩合,”反应，,指在有机化合物分子中,形成新的碳环或杂环,的反应,2.2.11 缩合反应（,Condensation,）,凡是两个分子通过反应失去一个小分子，生成一个较大分子的反应，以及两个分子通过加成反应生成一个较大分子的反应都可称为,“,缩合反应,”。,2.2.12 聚合反应（,Polymerization,）,聚合反应用于制备高分子齐聚物或聚合物，高分子齐聚物分子量一般都为几百到几千，高分子聚合物分子量一般都大于10000。,2.3 合成路线设计举例,苯酚的合成,2-萘酚的生产过程,（1）磺化,（2）盐析,2.3 合成路线设计举例,（3）碱熔,（4）中和,2.3 合成路线设计举例,参考书目,参考书目,精细有机合成化学与工艺学（第二版）,，唐培堃、冯亚青主编，化学工业出版社，北京，2010年,精细有机合成化学及工艺学（第二版）,，唐培堃主编，天津大学出版社，天津，2002年,精细有机合成工艺学（简明版）,，唐培堃、冯亚青、王世荣主编，化学工业出版社，北京，2011年,