精细化工反应单元工艺

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,*,化学工艺学,第七章 精细化工反应单元工艺,7.1 概述,7.2 磺化,7.3 硝化,7.4 酯化反应,7.5 重氮化和偶合反应,7.6 胺化反应,7.7 缩合反应,1,简述平衡型氯乙烯生产流程及工艺条件,解释烷基化、烷基化剂及烷基转移反应,简述乙苯的生产方法及各自的操作条件有哪些？,解释羰基合成，甲醇低压羰基化制醋酸的工艺包括哪些流程？,习题,2,7.1 概述,精细化工的定义,“精细化工”即生产精细化学品,(fine chemicals),的工业，精细化学品是化学工业中用来与通用化工产品或大宗化学品相区分的一个专用术语。前者指一些具有特定应用性能的、合成工艺中步骤繁多、反应复杂、产量小、品种多、产品附加值高的商品，例如医药、化学试剂等；后者指一些应用范围广泛，生产中化工技术要求高，产量大的产品，例如石油化工中的合成树脂、合成橡胶及合成纤维等三大合成材料等。,3,精细化学品分类,农药,染料,涂料,颜料,试剂和高纯物,信息用化学品,食品和饲料添加剂,粘合剂,催化剂和各种助剂,化学药品,日用化学品,功能高分子材料,4,国外精细化工概况,从,20,世纪,70,年代以来，一些工业发达国家陆续将化工发展的重点转移到精细化工。目前，世界上比较流行采用精细化率来表征一个国家的精细化工发展水平。精细化率也称精细化工产值率，是指精细化工产值占化工总产值的百分数。精细化率在相当大的程度上反映着一个同家的发达水平、综合技术水平及化学工业集约化的程度。,日本在,1968,年就提出发展精细化工，,80,年代以来，日本采取一系列的措施促进精细化工的发展，其精细化率从,1979,年的,40%,上升到现在的,57%,以上。,德国,20,世纪,80,年代以来大力调整化工产品结构，将重点放在精细化工上，其精细化率一超过,56%,。,美国在,20,世纪,70,年代就开始重视精细化工的技术开发，其精细化率目前已达到,60%,以上。,5,国内精细化工概况,我国目前的精细化工水平比较低，其精细化率在,1990,年仅为,25%,，,2000,年提高到,40-45%,左右。,由于我国精细化工起步比较晚，发展水平仍然比较落后，特别是产品的品种少，欧美已工业化生产的化工产品达,10,万多种，而我国只有,4.5,万种左右，这个数量的差别主要体现在精细化工产品上。,6,精细化工的特点,精细化工品种日益增多,商品化技术水平的日益提高,产品的质量水平不断提高,精细化工生产装置的特点,7,精细化工中的新技术,相转移催化技术,立体定向合成技术,固定化酶技术,电解精细有机合成技术,现代生物技术,8,精细化工的发展趋势,功能膜,导电功能材料,医用高分子材料,有机电子材料,信息转换与信息记录材料,重组DNA技术,生物反应器,9,7.2 磺化,重要性,向有机化合物分子引入磺酸基的反应叫做“磺化”。例如,引入磺酸基的主要目的： 。,(1)使产品具有水溶性、酸性、表面活性，或对纤维素具有亲和力。,(2)将磺酸基转变为其他基团。例如羟基、氨基、氰基、氯基等，从而制得一系列有机中间体或精细化工产品。,(3)利用磺酸基的可水解性。例如，为了某些反应易于进行，先在芳环上引入磺酸基，在完成特定反应后，再将磺酸基水解掉。,10,7.2 磺化,磺化产物中中重要的是阴离子表面活性剂，特别是洗涤剂，例如十二烷基苯磺酸钠。许多芳磺酸衍生物是制备染料、医药、农药等的中间体，在精细有机合成工业中，占有十分重要的地位。,概述,磺化是一类重要的有机合成反应，分直接磺化和间接磺化。,直接磺化,以磺酸基取代化合物中的氢原子，称为直接磺化。几乎所有芳环和杂环化合物，都可以进行直接磺化，少数脂肪族和脂环族化合物，也可以进行这类反应。,间接磺化,以磺酸基取代苯环上的非氢原子，如巯基或重氮基。,11,磺化剂和主要磺化法,磺化反应一般采用浓硫酸或发烟硫酸作为磺化剂，有时也采用三氧化硫、氯磺酸、二氧化硫加氯气、二氧化硫加氧气以及亚硫酸钠等作为磺化剂。根据磺化剂的不同可分为以下几种主要磺化法。,硫酸磺化,硫酸在反应体系中起到磺化剂、溶剂、脱水剂的作用。该方法使用范围广，但生产能力较低。,三氧化硫磺化,采用三氧化硫磺化的优点是不生成水，三氧化硫的用量可接近理论量，反应快、三废少。但三氧化硫过于活泼，磺化时易形成砜，因此常用空气或溶剂稀释，如氯仿、二氯乙烷等。,12,习 题,羰基合成，甲醇羰基化制醋酸的原理和工艺流程简图,水解和水合的区别，分别写出工艺实例及化学反应式,气相直接水合法的工艺条件的选择,13,共沸去水磺化,在用苯和氯苯制苯磺酸的过程中，将过量,68,倍的苯蒸汽在,120 180,通入浓硫酸中，利用共沸原理由未反应的苯蒸汽将反应生成的水不断的带出，使硫酸浓度不致下降太多，此法硫酸的利用率。,烘焙磺化,该法用于某些芳伯胺的磺化，特点是将等物质的量的芳伯胺与浓硫酸先制成固态硫酸盐，然后在,180230,烘焙，或是将等物质的量的芳伯胺与硫酸，在三氯苯介质中加热至,180 ,，蒸出反应的水，例如由苯胺制对胺基苯磺酸。,氯磺酸磺化,氯磺化具有反应温度低，同时进行磺化和氯化的优点，但氯磺酸价格较高。,14,加成磺化,某些烯烃、环氧烃、醛基化合物都可以与亚硫酸盐进行加成反应，生成相应的烷基磺酸盐类。,间接磺化,间接磺化是指含有活泼氯原子的有机化合物与亚硫酸盐在高温加压下，氯原子被磺酸盐替代的反应。,15,磺化反应特点及副反应,磺化反应是一种平衡反应,磺化是典型的亲电取代反应，以硫酸为磺化剂，以最常见的芳环的磺化为例，反应历程一般认为如下：,从上式可以看出，是正离子对芳环进行进攻，正离子的浓度和体系中的含水量有重要的关系，因为反应是平衡反应，水量越少正离子越多。,16,磺酸基容易被水解,芳磺酸在含水的酸性介质中，会发生水解使磺酸基脱落，是硫酸磺化历程的逆反应。,对于有吸电子基的芳磺酸，芳环上的电子云密度低，磺酸基难水解。对于有给电子的芳磺酸，芳环上的电子云密度较高，磺酸基容易水解。,磺酸的异构化,磺化时发现，在一定条件下，磺酸基会从原来的位置转移到其他的位置，这种现象称为“磺酸的异构化”，在有水的硫酸中，磺酸的异构化是一个水解再磺化的过程，而在无水溶液中则是分子内的重排过程。,17,副反应,磺化反应最主要的副反应是形成砜，特别是在芳环过剩和磺化剂活性强(如发烟硫酸、三氧化硫、氯磺酸等)的时候。如：,18,磺化反应的影响因素,被磺化物的结构,磺化反应是典型的亲电取代反应，当芳环上有给电子基团时，磺化反应较易进行，如,-Cl, -CH,2, -OH, -NH,2,磺酸基进入该类取代基的对位。磺酸基所占的空间较大，所以邻位的产品较少，特别是当芳环上的取代基所占空间较大时尤为明显。,磺化剂的浓度和用量,磺化动力学研究指出，硫酸浓度稍有变化对磺化速率就有显著影响。在,w(H,2,SO,4,),为,92-99%,的浓硫酸中，磺化速率与硫酸中所含水分浓度的平方成反比。,19,磺化产物的分离方法,磺化产物的后处理有两种情况：一种是磺化后不分离出磺酸，接着进行硝化和氯化等反应。另一种是需要分离出磺酸或磺酸盐，再加以利用。磺化物的分离可以利用磺酸或磺酸盐溶解度的不同来完成，分离方法主要有以下几种。,稀释酸析法,某些芳磺酸在50一80硫酸中的溶解度很小，磺化结束后，将磺化液加入水中适当稀释，磺酸即可析出。例如对硝基氯苯邻磺酸、对硝基甲苯邻磺酸，1，5蒽醌二磺酸等可用此法分离。,20,直接盐析法,利用碳酸盐的不同溶解度向稀释后的磺化物中直接加入食盐、氯化钾或硫酸钠、可以使某些磺酸盐析出，可以分离不同异构磺酸，其反应式如下：,脱硫酸钙法,磺化物在稀释后用氢氧化钙的悬浮液进行中和，生成的磺酸钙能溶于水，用过滤法除去硫酸钙沉淀后，得到不合无机盐的磺酸钙溶液。将此溶液再用碳酸钠溶液处理，使磺酸钙转变为钠盐：,再过滤除去碳酸钙沉淀，就得到不含无机盐的磺酸钠盐溶液。,21,中和盐析法,稀释后的磺化物用氢氧化钠、碳酸钠、亚硫酸钠、氨水或氧化镁进行中和，利用中和时生成的硫酸钠、硫酸铵或硫酸镁可使磺酸以钠盐、铵盐或镁盐的形式盐析出来。例如在用磺化,-,碱熔法制,2-,萘酚时，可以利用碱熔过程中生成的亚硫酸钠来中和磺化物。中和时产生的二氧化硫气体又可用于碱熔物的酸化：,从总的物料平衡看，此法可节省大量的酸碱,22,磺化物的分析,中间体磺化物的量，主要是通过分析磺化物中其他取代基的量来确定的，例如，硝基或氨基磺酸可用重氮化法测定，镁基磺酸可用偶合法测定。,在磺化过程控制中，通常需要分析磺化物中磺酸的总量，一般采用滴定法和色层法。滴定法是将磺化物试样用NaOH标准溶液滴定，可测定硫酸和磺酸的总量，将它完全按硫酸总量计算时，称为总酸度。向上述滴定液中加入过量的BaCl,2,标准溶液，使硫酸阴离子转变为硫酸钡沉淀，过量的钡离子用K,2,Cr,2,O,7,标准溶液滴定，可测得硫酸的含量。总酸度和硫酸之差，即可计算出试样中磺酸的总量。,23,色层法主要用于多磺酸的定性和定量测定，纸色谱法主要用于芳磺酸的定性测定，薄层色谱和柱色谱主要用于芳磺酸的定量测定。色谱展开剂多是弱碱溶剂系统，常用的弱碱有碳酸氢盐、氨水和吡啶，有时可加入乙醇、丙醇、丁醇等。酸性展开剂有时也使用，如丁醇-盐酸-水、丁醇-乙酸-水等。高压液相色谱仪配合紫外分光光度计可用于芳磺酸的快速分析。,24,7.3 硝化,概述,硝化,(nitration),系指有机化合物分子中的氢原子或基团被硝基取代的反应，广义的包括氧硝化、氮硝化、碳硝化。,25,碳硝化是其中最主要的硝化反应，包括脂肪族硝化和芳香族硝化，又以芳香族硝化的应用最广，是有机合成中最重要的反应之一。硝基的引入在有机合成中很重要，这主要是因为硝基可还原成氨基，而氨基经由重氮盐可引入羟基、氯素等基团；利用硝基的极性，使芳环上的其他取代基活化，促进亲核取代反应的进行；在染料合成中，利用硝基的极性，加深染料的颜色；有些硝基化合物可作为炸药；某些硝基化合物还具有药理作用，从而成为具有医疗价值的药物，如呋喃西林、呋喃丙胺均是含有硝基的著名药物。,26,硝化剂类型,各个键的键长及键角是：N-O为0.122nm，N-OH为0.141nm，O-N-O角度为135，O-N-OH角度为115，硝酸分子间还存在着氢键。,硝酸,硝酸分子的氮、氧原子都处于同一平面，根据电子衍射研究表明，硝酸分子具有如下结构：,硝化剂主要是硝酸，从无水硝酸到稀硝酸都可以作为硝化剂。由于被硝化物性质和活泼性的不同，硝化剂常常不是单独的硝酸，而是硝酸和各种质子酸(如硫酸)、有机酸、酸酐及各种路易斯酸的混合物。此外还可使用氨的氧化物、有机硝酸酯等作为硝化剂。,27,混酸,它是硝酸与硫酸的混合物，硫酸和硝酸相混合时，硫酸起酸的作用，硝酸起碱的作用，其平衡反应式为：,总的式子为：,因此在硝酸中加入强质子酸(例如硫酸)可以大大提高其硝化能力，混酸是应用最广泛的硝化剂。,28,硝酸与乙酸酐的混合硝化剂,其特点是反应较缓和，适用于易被氧化和易为混酸所分解的硝化反应。它广泛地用于芳烃、杂环化合物、不饱和烃化合物、胺以及醇等的硝化。硝酸和乙酸酐混合硝化剂的硝化优点，有以下四种为人们所研究和讨论：,N,2,O,5,，,CH,3,COONO,2,，,CH,3,COONO,2,H,+,，,NO,2,+,有机硝酸酯,用有机硝酸酯硝化时，可以使,反应在完全无水的介质中进,行。,这种硝化反应可分别在碱性介质中或酸性介质中进行。它可以用来硝化那些通常不能在酸性条件下进行硝化的化合物，如一些酮、腈、酰胺、甲酸酯、磺酰酯以及杂环化合物等。在碱性介质或酸性介质中通常用硝酸乙脂作硝化剂进行硝化。,29,氮的氧化物,氮的氧化物除了,N,2,O,以外，都可以作为硝化剂，如三氧化二氮,(N,2,O,3,),，,四氧化二氮,(N,2,O,4,),及五氧化二氮,(N,2,O,5,),。,这些氮的氧化物在一定条件下都可以和烯烃进行加成反应。,(A),三氧化二氮,它由一氧化氮和氧反应制得，或由一氧化氮与四氧化二氮反应制得。在浓硫酸中，三氧化二氮的蓝色很快消失，其反应按下式进行：,30,(B)四氧化二氮,四氧化二氮是二氧化氮的聚合体其存在形式完全依赖于温度。,固态时，是以四氧化二氮的形式存在，液态时即部分解聚。,(C)五氧化二氮,五氧化二氮在常温时，一般为无色晶体，离子型结构为NO,2,+,NO,3,-,。在高介电常数的溶剂(例如硫酸)中会离子化，其溶液是很有效的硝化剂：,31,硝酸盐与硫酸,硝酸盐和硫酸作用产生硝酸与硫酸盐。实际上它是无水硝酸和硫酸的混酸：,M为金属。常用的硝酸盐是硝酸钠、硝酸钾，硝酸盐与硫酸的配比通常是(0.1-0.4)：1(质量比)左右：按这种配比，硝酸盐几乎全部生成NO,2,+,离子。所以最适用于如苯甲酸、对氯苯甲酸等难硝化芳烃的硝化。,32,硝化方法,硝化方法很多，主要有以下几种：,稀硝酸硝化法,由于稀硝酸是较弱的硝化剂，且又受到硝化过程中生成水的稀释，使其硝化能力更加降低，所以一般只用于活泼芳香族化合物的硝化。,浓硝酸硝化法,主要应用于芳烃化合物的硝化。由于反应中生成的水使硝酸浓度降低，故往往要用过量很多倍的硝酸，且硝酸浓度降低，不仅减缓硝化反应速度，而且使氧化反应显著增加。目前仅用于少数硝基化合物的制备。,浓硫酸介质中的均相硝化法,当被硝化物或硝化产物在反应温度下是固态时，常常将被硝化物溶解于大量的浓硫酸中，然后加入硫酸和硝酸的混合物进行硝化，这种方法只需要使用过量很少的硝酸，一般产率较高，所以应用范围较广。,33,非均相混酸硝化法,当被硝化物和硝化产物在反应温度下都是液态时，常常采用非均相混酸硝化的方法。通过剧烈的搅拌，有机相被分散到酸相中而完成硝化反应。这种硝化方法有很多优点，是目前工业上最常用、最重要的硝化方法,。,有机溶剂中的硝化法,为了防止被硝化物和硝化产物与硝化混合物发生反应或水解，硝化反应可以采用在有机溶剂中进行，硝化用的有机溶剂有冰醋酸、氯仿、四氯甲烷、二氯甲烷、硝基甲烷、苯等。,气相硝化法,苯与,NO,2,于,80-190,通过分子筛处理便转化为硝基苯。用二氯化钯作催化剂，由氯苯可得到硝基氯苯的异构体。经磷酸和亚磷酸处理过的五氧化二钒催化剂于,200,硝化氯苯，转化率为,35.6,，其中邻位硝基氯苯收率为,10.1,，对位硝基氯苯为,25.0,。,34,硝化反应的影响因素,被硝化物的结构,硝化剂,温度,搅拌,相比与硝酸比,硝化的副反应,35,7.4 酯化反应,概述,ROH,RCOZ RCOO R,HZ,R OH,是醇或酚，其中的,R,可以是脂肪族或芳香族烃基。,RCOZ,为酰化剂，其中的,Z,可以代表,OH,，,X,，,OR,，,OCO R,，,NHR,等基团。生成的羧酸酯分子中的,R,及,R,可以是相同的或者是不同的烃基。,酯化反应通常是指醇或酚和含氧的酸类(包括有机酸和无机酸)作用生成酯和水的过程，其实就是在醇或酚羟基的氧原子上引入酰基的过程，亦可称为O-酰化反应。酯化反应的通式表示如下：,酸和醇或酚直接酯化法,36,酸的衍生物与醇的酯化,酸的衍生物与醇的酯化主要包括醇与酰氯、醇与酸酐，醇与羧酸盐等的反应，方程式如下：,酯交换反应,酯交换反应主要包括酯与醇，酯与酸，酯与酯之间的交换反应，化学反应方程式如下：,37,其他,酯化方法还包括烯酮与醇的酯化，腈的醇解，酰胺的醇解，醚与一氧化碳合成酯的反应。如：,38,几种主要的酯化反应,酸和醇或酚直接酯化法,上述反应的平衡点和酸、醇的性质有关。,直接酯化法的影响因素：,（1）酸的结构 脂肪族羧酸中烃基酯基的影响，除了电子效应会影响羰基碳的亲电能力，空间位阻对反应速率也有很大的影响。,（2）醇或酚结构 醇对酯化反应的影响也主要受空间位阻的影响，伯醇的酯化反应速率最快，仲醇较慢，叔醇最慢，伯醇中又以甲醇最快。,（3）催化剂 催化剂对酯化反应是很重要的，强酸催化剂可以降低反应的活化能从而加速反应的进行。,（4）平衡转化率 水的浓度降低，酯的浓度就会提高。,39,酸的衍生物与醇的酯化,除了酸和醇直接酯化以外，可以将酸转变为它们的衍生物再与醇缩合，这时除了酯外，放出的小分子不是水而是其他化合物。这里的酸的衍生物主要是指酸酐、酰氯、羧酸的盐。,（1）酸酐与醇或酚的反应,酸酐为较强的酰化剂，适用于直接酯化法难以反应的酚羟基或空间位阻较大的羟基化合物，反应生成的羧酸不会使酯发生水解，所以这种酯化反应可以进行完全。常用的酸酐是乙酸酐，反应常加入少量酸性或碱性催化剂来加速反应。如硫酸、高氯酸、氯化锌、三氯化铁、吡啶、无水乙醇钠、对甲苯磺酸或叔胺等。,（2）酰氯与醇或酚的反应,酰氯与醇或酚的反应得到酯和氯化氢，是常用的酯化反应。,这是一个不可逆反应，酰氯的酯化极易进行，其酰化能力大于酸酐，反应生成的氯化氢较易除去。,40,（3）羧酸盐与卤化物酯化法,羧酸盐(一般指钠盐或钾盐)可与活泼的氯化物(或苄卤)反应生成酯。,该反应可进行完全，操作及后处理都较简单，反应通常在乙醇、丙酮等有机溶剂中进行，为了使羧酸盐溶解，宜使用含水溶剂，有时也使用相转移催化剂，例如叔胺或季铵盐等。,酯交换反应,酯交换反应包括醇解、酸解、酯交换三种,这三种类型都是可逆反应，其中酯交换反应并不常用，而醇解是应用最多的。,41,酯化反应的分析,酯化反应的分折方法是较为成熟的，下面从定性和定量两种方法进行阐述,定性分析,定性分析主要有两种：,（1）皂化反应,酯类经碱性水解生成羧酸盐及醇(或酚)，再分别检验此二产物就可以推知原来酯的结构：,（2）异羟肟酸铁试验,酯基与羟胺作用生成羟肟酸，后者经酸化后与FeCl,3,作用生成红色或紫色的可溶性络盐，例如：,羧酸、酸酐、酰卤、酰胺均有干扰。此法一般可用作检验R-CO基之用。,42,定量分析,定量分析主要有化学分析法和仪器分析法。,化学分析法是指皂化当量的测定，此法用过量的0.1molL,-1,或0.5molL,-1,的KOH(或NaOH)溶液与样品0.5-1.5g作用(回流约0.5h)，再在酚酞作用下，以标准酸滴定过剩的碱，从而可求出皂化当量。,仪器分析主要是气相色谱和高效液相色谱，已广泛用于测定酯的含量和酯化反应的控制。,43,7.5重氮化和偶合反应,重氮化和偶合反应是重要的有机合成反应，在精细化工中有很重要的地位。该类反应在染料合成中应用很广，是两个主要的工序，可以合成酸性、冰染、直接、分散、活性、阳离子等类型的染料，还可合成各类黄色或红色偶氮型有机颜料。,重氮化和重氮化合物,重氮化反应及影响因素,芳香族伯胺和亚硝酸(或亚硝酸盐)作用生成重氮盐的反应称为重氮化。,影响因素：,（1）酸的影响 酸的影响主要考虑酸的种类、用量及浓度,（2）不同的反应物及浓度的影响 对不同的反应物，重氮化的难易程度亦不同,（3）芳胺的碱性 碱性强的芳胺易反应,（4）温度 由于重氮化反应是放热反应，而重氮盐的热稳性很差，重氮化反应大多在低温下进行。重氮化反应的温度主要决定于芳胺的碱性和重氮盐的稳定性。,44,重氨化反应的分析,重氮化反应的分析主要是采用化学法来控制反应进程，由于重氮化反应必,须有少量亚硝酸的存在，检验亚硝酸的方法是碘化钾-淀粉法：在无机酸存在,下，亚硝酸和碘化钾反应，析出的碘使淀粉变蓝。,实验结果显蓝色为好，若为褐色，说明亚硝酸的量太多；实验要在加完最后一次亚硝酸钠10-15min后进行。,重氮化合物,重氮化合物具有以下性质：,（1）水溶性和电离性 重氮盐多半溶于水，只有少量杂酸盐和复盐不溶，溶于水的重氮盐电离出ArN=N,+,正离子和酸根负离子。,（2）稳定性 重氮盐的稳定性与芳环中的取代基团有关，未取代的或有烷,基取代的重氮盐很不稳定，遇热或摩擦、冲撞，都能引起爆炸，只可用它们的水溶液在0左右进行合成。,（3）化学活泼性 重氮盐的化学性质很活泼，可与多种试剂反应，最主要的是发生亲核取代反应。,45,偶合和偶氮化合物,偶合反应概述,偶合反应是指重氮盐与含活泼氢原子的化合物发生的以偶氮基取代氢原子的反,应。如,这一反应是重氮正离子的亲电取代反应，不论Ar-H是芳香族或脂肪族化合物，只要Ar有足够的电子云，都可发生亲电取代反应。反应时重氮盐正离子进攻偶合组分核上电子云较高的碳原子，形成中间产物，这是一步可逆反应。该中间产物迅速失去一个氢质子，不可逆地转化为偶氮化合物。,芳胺和酚的偶合反应,芳胺和酚的对位(和邻位)电子云密度较大，易发生偶合反应。但一般仅进攻对位，这是因为重氮正离子受羟基或氨基的位阻影响，不易对邻位进攻。若对位被其他基团占据，则视该基团的性质，或进入其邻位，或是芳偶氮基取代该基团,(-SO,3,H，-COOH)，生成对羟基偶氮化合物。若对位和两个邻位均被占据，则不发生偶合。,46,萘系化合物的偶合反应,（1） -萘胺(酚)作偶合组分时，偶氮产物主要在4-位。若4-位被占据则进入2-位：,（2） -萘酚(胺)作偶合组分时，芳偶氮基进入 -位。若 -位被占据，一般不发生偶合或在个别情况下发生偶合时， -位原基团脱掉。,（3） -萘酚(胺)磺酸作偶合组分时，芳偶氮其进入的位置和磺酸基所在位置有关。当磺酸基在羟基(氨基)的3，4或5-位时，芳偶氮基总是进入羟基(氨基）的邻位。,47,（4）氨基萘酚磺酸在酸性或碱性介质中偶合时，芳偶氮基分别进入氨基和羟基的邻位。可见，芳偶氮基进入的位置决定于介质的pH值。,氨基萘酚磺酸中H-酸是最重要的偶合组分，偶合产物与偶合方式有关。,48,脂肪族化合物重氮盐的偶合反应,重氮盐的偶合反应，不仅芳胺和酚可以发生，许多脂肪族化合物中含有活泼氢原子的，也可以和重氮正离子起偶合反应，生成偶氮化合物或是异构体腙。,以硝基甲烷为例，在弱碱性溶液中，苯基重氮盐可以同它偶合，生成偶氮化合物A，A随即异构化成B。B中仍含有活泼氢原子，还可再和苯基重氮盐偶合成C。,从A偶氮式到B腙式的异构化，趋向比较强烈。有时,-碳原于上没有氢原子，由于这种趋向，使分子产生断裂(水解)，以取得氢原子，再从偶氮式A异构化为腙B式。,49,偶合反应的影响因素,（1）芳环上的取代基,（2）介质的pH值 实验证明，偶合反应速率与重氮离子和酚氧离子或游离胺的浓度成正比，而它们的浓度与介质的酸度有关。,（3）反应温度 偶合反应温度随反应物的活性、重氮组分的稳定性和介质的酸度不同而异，从0-40不等或者更高，一般为0-15 。,（4）盐效应 反应介质中电介质对反应速率的影响称为盐效应。,（5）催化剂的影响 当因空间位阻使偶合反应不易进行时。加入催化剂吡啶，常有加速反应的效果，如对氯苯胺重氮盐和2-羟基-6，8-二萘磺酸的偶合反应，而对4-羟基萘磺酸，则反应速率正常，不受吡啶的影响。前者由于空间位阻，生成的活化中间物因空间位阻很不稳定，容易分解成原来的反应物质。由于活化中间物的浓度小，在反应过程中其浓度可以当作不变，催化剂吡啶的存在，有利于帮助活化中间物脱去氢质子转化为反应产物，加速了整个反应。催化剂一般为碱性物质如吡啶，有时溶剂水分子也有催化作用。,50,偶合反应的分析控制,偶合反应的控制主要是通过测定重氮盐和偶合组分来实现，一般要求在反应终点重氮盐消失，偶合组分只有微量。以苯胺重氮盐和G盐的偶合为例：用玻璃棒蘸反应液滴于滤纸上，染料沉淀的周围生成无色润圈，其中溶有重氮盐或是偶合组分。以对硝基苯胺重氮盐溶液在润圈旁点一滴，也生成润圈。若有G盐存在，两润圈相交处生成橙色。同样以H酸试液检查，若生成红色，则表示有苯胺重氮盐存在。,51,7.6 胺化反应,制备胺类的化学反应称为胺化(amination)，通过胺化反应，在有机化合物中引入氨基是很重要的，有机化合物中的氨基通过重氮化可引入其他许多基团，由胺可以制成农药、医药、橡胶助剂、染料和颜料、合成树脂、纺织助剂、表面活性剂、感光材料等多种有机及精细化工的原料及中间体。,制备胺类方法主要有还原胺化及氨解胺化两种方法。,还原胺化,还原胺化主要有一般化合物的还原法及直接的还原胺化法。,C-N,化合物的胺化还原法,硝基化合物、亚硝基化合物、腈、酰胺、偶氮化合物、氧化偶氮化合物、氢化偶氮化合物等均可经还原得到胺类。,52,氨解胺化,氨解胺化利用胺化剂将已有的取代基置换成氨基(或芳胺基)的反应，主要包括卤素的氨解、羟基化合物的氨解、羰基化合物的氨解、磺基及硝基的氨解及直接氨解。,胺化剂可以用液氨、氨水、溶解在有机溶剂中的氨、气态胺或者由固体化合物如尿素或铵盐中放出的氨以及各种芳胺。,卤素的氨解,卤素的氨解包括脂肪族卤素化合物的氨解和芳香族卤素化合物的氨解。脂肪族化合物的氨解一般得到的是伯、仲、叔胺和少量季铵化合物的混合物：,53,芳香族卤素化合物的氨解依据卤素衍生物的活性可分为非催化氨解和催化氨解，非催化氨解是指对于活泼的卤素衍生物发生的氨解，例如芳环上含有硝基时，通常用氨水处理，可使卤素被氨基置换。由于芳胺的碱性不及氨，因而芳香族卤素化合物的氨解生成仲胺的比例甚小。例如邻或对硝基氯苯与氨水溶液加热时，氯被氨基置换：,硝基的影响与其在芳环上的位置有关，硝基在氯原子的邻对位时，氨解反应具有较好的活性，而间位则影响不大：,54,羟基化合物的氨解,对于某些胺类，如果通过硝基的还原或其他方法来制备并不经济，而相应的跄基化合物却有充分的供应时，则羟基化合物的氨解过程就具有很大的意义。胺类转变成羟基化合物以及羟基化合物转变成胺类是一个可逆过程：,羟基化合物的氨解主要分为醇类的氨解和酚类的氨解：,醇类的氨解是目前制备低级胺类最常用的方法，但生成的伯胺能与原料醇进一步反应，生成仲胺，以至最终生成叔胺。,酚类氨解一般分为气相氨解法和液相氨解法。,55,磺基及硝基的氨解,（1）磺基的氨解 磺基被氨基的置换只限于蒽醌系列。将蒽醌磺酸或其盐在压力釜中与氨水共热至高温，则磺基被氨基取代。反应如下式所示：,（2）硝基的氨解 硝基的氨解这里主要是对硝基蒽醌经氨解成为氨基蒽醌。蒽醌分子中的硝基，由于醌阴性基的作用而呈显著活性，所以它能与苯酚盐进行苯氧基化反应，与亚硫酸盐进行磺化反应引入磺基，或与氨反应引入氨基。当蒽醌环上有第二类定位基存在时，能促进反应进行。,1-氨基蒽醌是由1-硝基蒽醌采用硫化碱还原法或加氢还原法制得的。最近提出了1-硝基蒽醌在氨水中氨解制取1-氨基蒽醌的合成路线，反应式如下：,56,胺类的分析方法,脂肪族伯、仲、叔胺可采用加入亚硝酸(NaNO,2,+HCl)的方法进行鉴别。伯胺放出氮气；仲胺得到黄色的液体或固体；叔胺不放出气体，通常得到复杂的混合产物。,胺含量的分析可采用酸滴定法，也可全部采用色谱法。,高级脂肪胺是碱性化合物，因此可采用酸滴定法来确定胺含量。一般采用异丙醇作溶剂，终点采用比色法或电位滴定法。工业混合高级脂肪胺含有效成分高达90以上，采用分段滴定以确定其伯、仲、叔三种胺的含量。首先确定总含量，然后用水杨醛除去伯胺，用苯基异硫氰酸酯或醋酸除去伯胺和仲胺，再用酸滴定即为叔胺的含量。,二胺或多胺及环胺也都用酸滴定的方法测定总胺含量。,57,7.7 缩合反应,缩合是精细有机合成中的一类重要单元反应，它包括的反应非常广泛。缩合一般系指两个或两个以上分子间通过生成新的碳-碳键、碳-杂原子键或杂-杂原子键，从而形成较大的单一分子的反应。缩合反应一般往往伴随有脱去一个简单分子，如H,2,O，HX，ROH等。缩合反应的类型繁多，有下列分类方法：依参与缩合反应的分子异同；依缩合反应发生在分子内或分子间；依缩合反应产物是否成环；依缩合反应的历程；依缩合反应中脱去的小分子。,羰,-,羰缩合,它包括醛-醛缩合、醛-酮缩合、酮-酮缩合、二醛自缩合、醛酮自缩合和二酮自缩合等。,58,醛,-,醛缩合,醛类在 -位有两个氢原子的可以进行自缩合，如：,只有一个氢原子的不能进行这种反应，但如果 不饱和醛的 -位有两个氢原子，就能在 -位进行缩合。,两个不同的醛进行缩合时，可能产生两种产物，如：,59,酮,-,酮缩合,酮的羰基，由于位阻关系，缩合不如醛基方便，因此酮-酮缩合较醛-醛缩合困难，要用较活泼的催化剂或较强烈的反应条件。甲基酮缩合总是在甲基处进行，两种酮缩合，至少要有一种是甲基酮或脂环酮才能进行。在脂环酮自缩合或甲基酮与脂环酮缩合时，往往用酸性催化剂时得单缩合产物，用碱催化剂得双缩合产物，配料比也能影响二者的比例。,-二酮持别活泼，能自缩合成苯醌类化合物；能与许多酮缩合形成环戊二烯酮类化合物，1，4-，1，5-和1，6-二酮都可以环化成烯环酮，这个反应，广泛地用在天然产物的合成方面。,60,醛,-,酮缩合,醛和酮的缩合反应在羰-羰缩合中，研究和应用得最多，由于醛比酮活泼，如果所用醛具有活泼的 -氢原子，则产物中会杂有醛-醛缩合的 -不饱和醛；甚至这将成为产物中的主要成分，而所需的 -不饱和酮，产量倒很少，必须设法避免。酮的羰基，在一般酸或碱的催化下，不能和醛的 -氢原子缩合成 -不饱和醛，如果要实现这种缩合需要经过下列步骤：,61,羰,-,酯缩合,羰-酯缩合即醛或酮与酯的缩合，可以分为两类：一是醛或酮与带有活性基团的酯进行脱水反应，这类反应，常称为瑙埃乃哥缩合。另一是酯的烷氧基与醛或酮 -位的氢原子，进行脱醇反应，这类反应，常称位克来森缩合。,瑙埃乃哥缩合所指的带有活性基团的酯，是指酯的 -位的氢原子原来不够活泼，如果 -碳原子上带有另一个吸电子基团，如： ,则 -位的氢原子就被活化，能够和醛或酮的羰基缩合脱水：,所用催化剂，和前面的缩合反应相同。,克来森缩合，反应如下：,克来森缩合所用的催化剂多为强碱，如乙醇钠、叔丁醇钾、氨基钠、氢化钠等,62,瑙埃乃哥缩合,（1）醛、酮与 -酮酸酯缩合 -酮酸酯，如乙酰乙酸乙酯，在仲胺催化下,能按反应温度和配料比的不同，得A或B：,63,（2）醛、酮与丙二酸酯的缩合 丙二酸二酯与羰基化合物的缩合反应，主要是用醛，用酮的只有丙酮和一些脂环酮；而用三氯化钛和吡啶来催化酮与丙二酸二乙酯的反应效果较好。,丙二酸二酯与醛的反应，可能生成两种产物，视反应条件的不同而定：,64,（3）醛、酮与氰乙酸酯的缩合 羰基化合物与氰乙酸酯的缩合产物，看配料比的不同而不同，如：,一般来说，氰乙酸酯比丙二酸酯活性较大，许多酮可以与氰乙酸酯缩合，但空间位阻影响很大。,在催化剂方面，醛类和氰乙酸酯的缩合，一般都用仲胺，特别是六氢吡啶。但是对酮类的缩合，要看空间位阻影响的大小，空间位阻小的，可用仲胺为催化剂；空间位阻大的要用醋酸铵在沸苯中回流才能缩合。,用氨或胺为催化剂，要注意有时羰基没有同氰乙酸酯缩合，而是同氨或胺缩合，氰乙酸酯未参加反应。,65,（4）醛、酮与丁二酸酯的缩合 羰基化合物和丁二酸二酯缩合成亚烃基丁二酸单酯，称为希妥贝缩合(Stobbe condensahon)：,可用的羰基化合物，除一般的醛、酮外，还包括二酮、酮酸酯和氰基酮。丁二酸二酯包括甲酯、乙酯和叔丁酯：单取代的丁二酸二酯也可进行该反应。,66,克来森缩合,羧酸酯以它的烷氧基，在碱性催化剂作用下，与酮(醛)的 -氢原子相结合，缩去一分子醇，形成二酮，这类反应称为克来森缩合。所用碱性催化剂，是像,乙醇钠、叔丁醇钾、氨化钠、氢化钠等的强碱，也有用金属钠的。,酮的结构对克来森缩合的影响是甲基酮最活泼，取代甲基酮比较不活泼，这,主要是有两方而的原因，一是烷基是给电子基团，使 -碳原子较难受亲核试剂,进攻，另一是位阻效应，但如取代基团是吸电子的芳基，虽然有位阻，仍使 -,位活泼。酯结构的影响，也存在这两个方面的影响。酯进入反应的是羧基的碳,原于受酮负离子的亲核进攻，因此醋酸酯比丙酸酯活泼：,而草酸酯、苯甲酸酯比醋酸酯活泼，吡啶甲酸酯则更为活泼。酯中的烷基也有影响，如：,67,酯,-,酯缩合,两个羧酸酯分子，在碱性催化剂的影响下，可以进行克来森缩合，失去一分,子醇，形成 -酮酸酯，或丙二酸酯，这两个酯分子可以相同也可以不同，以相同的酯缩合为例，反应如下；,第个分子的RO-和第二个分子 -碳原子上的氢失去R-OH。反应历程是：,68,反应历程中，反应B、C、D均为可逆反应，只有E是单向反应。囚此、反应中所形成的酮酸酯，必须能形成负离子，即 -位上有氢原子，才能使反应B、C、D的平衡右移，使反应顺利进行，得到较高的产率。但如所用的是强碱，如三苯甲基钠Ph,3,CNa,+,，则反应B不是平衡反应，而是向右方的完全反应，也使整个过程趋向右方；强碱还可攻击酮酸酯的 -位碳原子，夺取上面的氢原子。使之成为负离子，因而使反应趋向完全。,69,