第4章烷基化反應(yīng)和?；磻?yīng)

1、第第4章章 烷基化反應(yīng)和?；磻?yīng)烷基化反應(yīng)和酰基化反應(yīng) 烷基化反應(yīng)是指在有機(jī)化合物分子中的碳、氮 、氧等原子上引入烴基的反應(yīng)，包括引入烷基、烯基、炔基、芳基等。 在有機(jī)化合物分子中的碳、氮、氧、硫等原子上 引入脂肪族或芳香族?；姆磻?yīng)稱為酰化反應(yīng)。 4.1 常用的烷基化試劑常用的烷基化試劑鹵烷烴鹵烷烴 鹵代烷是一類比較活潑的烷化劑，比醇的活性高許多。 鹵代烷烴中烷基相同時，活性大小順序為： R-IR-BrR-Cl； 鹵代烷中鹵素原子相同，反應(yīng)活性大小順序為：X R3CX R2CHX RCH2X CH3X 各種鹵代烷中，氯代烷是最常用的烷化劑，價廉易得，例如氯甲烷和氯乙烷等。當(dāng)氯代烷不夠活潑時

2、，才使用溴代烷。 4.1.1 鹵代烷用作鹵代烷用作C-烷基化試劑烷基化試劑 鹵代烷的烷基化反應(yīng)一般采用路易斯酸（如AlCl3、ZnCl2）等作為催化劑。 用三氯化鋁進(jìn)行催化，其活潑親電試劑的生成：RCl + AlCl3RCl:AlCl3R+AlCl4-分子配合物離子對或離子配合物-+芳烴的親電烷基化反應(yīng)歷程： +R+AlCl4-+HR AlCl4-R+ HCl + AlCl3慢快 芐基氯分子中的氯比較活潑，在酸性催化劑的存在下，可向芳環(huán)引入芐基。例如，在苯和氯化鋅水溶液滴加芐基氯，可得到醫(yī)藥中間體二苯甲烷： 用氯乙酸的C-烷化反應(yīng)可在芳環(huán)上引入羧甲基，用鋁粉作催化劑。例如，精萘、氯乙酸和鋁粉在

3、185218攪拌5h，即得到農(nóng)藥和醫(yī)藥中間體萘乙酸：CH2Cl+ZnCl2水解液7075CH2+ClCH2COOH185218CH2COOH+HCl C-烷基可發(fā)生重排，反應(yīng)中的烷基正離子可重排成較為穩(wěn)定形式的烷基正離子。例如：+ CH3CH2CH2ClAlCl3CH(CH3)2+CH2CH2CH370%30% 含活潑亞甲基氫的化合物如乙酰乙酸乙酯、丙二酸二乙酯、2,4-戊二酮等與鹵代烷的C-烷化反應(yīng)可用于制備其-H被烴基取代的衍生物。 C2H5ONa +CHHCOOC2H5COOC2H5脫質(zhì)子C-+NaHCOOC2H5COOC2H5親核取代CC4H9HCOOC2H5COOC2H5C4H9Cl

4、4.1.2 鹵代烷烴作為鹵代烷烴作為N-烷基化劑烷基化劑NH3 + R-ZRNH2 + R-ZRNHR + R-ZRNH2 + HZRNHR + HZRNRR + HZR、R、R代表烷基，Z則代表-OH，-Cl、-OSO3H等基團(tuán)。 N-烷基化劑的種類很多，常用的烷基化試劑有鹵代烷、醇、醚、酯、環(huán)氧化合物、烯烴、醛和酮等。鹵代烷烴是N-烷基化常用的烷基化試劑，其反應(yīng)活性較醇強(qiáng)。 鹵代烷進(jìn)行的N-烷基化反應(yīng)是不可逆的。烷化反應(yīng)時生成的鹵化氫會與芳胺成鹽，而芳胺的鹽難于烷化，為了避免這個不利影響，在N-烷化時通常要加入與鹵烷等當(dāng)量的縛酸劑，例如NaOH、Na2CO3, NaHCO3、Fe (OH)

5、2、Ca (OH)2和MgO等。 一般不直接采用叔鹵代烷進(jìn)行反應(yīng)，因叔鹵代烷常常會發(fā)生嚴(yán)重的消除反應(yīng)，生成大量的烯烴。 芳香族鹵代烷反應(yīng)活性較差，較難進(jìn)行烷基化反應(yīng)，往往要在強(qiáng)烈的反應(yīng)條件下或芳環(huán)上有其他活化取代基存在時，才能進(jìn)行。 如：用苯胺和氯乙烷置于裝有氫氧化鈉溶液的高壓釜中，升溫至120，壓力為1.2MPa時，靠反應(yīng)熱可自行升溫至210230，壓力4.55.5MPa，反應(yīng)3h，即可完成烷基化反應(yīng)。NH2+ C2H5ClNaOH120220N(C2H5)2+ HCl N,N-二甲基十八胺的芐基化產(chǎn)物是重要的陽離子表面活性劑，制備的反應(yīng)式如下：NCH3C18H37CH3+ ClCH2C6H

6、5N+CH3C18H37CH3CH2C6H5Cl-4.1.3 鹵代烷作為鹵代烷作為O-烷基化試劑烷基化試劑 O-烷基化反應(yīng)是制備醚的方法之一。許多芳醚的制備不宜采用烷氧基化的合成路線，而需要采用酚羥基化(即O-烷基化)的合成路線。 對于被烷基化的醇或酚來說，它們的負(fù)離子R-O-的反應(yīng)活性遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于醇或酚本身的活性。因此，通常都是先將醇或酚與氫氧化鈉、氫氧化鉀或金屬鈉相作用生成醇鈉或酚鈉，然后再與鹵代烷反應(yīng)。ROH + NaOHRO-Na+ + XAlkRO-Na+ + H2OROAlk + NaX 在氫氧化鉀和相轉(zhuǎn)移催化劑聚乙二醇-400存在下，酚類與鹵代烷的反應(yīng)非常順利，如： 用氯乙酸做烷基化

7、劑可用于制備苯氧乙酸類的化合物。 OH+ CH3I + KOH聚乙二醇-CH2Cl2,H2OOCH3+ KI + H2OOH+ ClCH2COOH + 2NaOH甲苯_水，PTC85，6hOCH2COONa4.2 常用的烷基化試劑常用的烷基化試劑硫酸酯和磺酸酯硫酸酯和磺酸酯4.2.1 硫酸酯和磺酸酯用作硫酸酯和磺酸酯用作N-烷基化試劑烷基化試劑 硫酸二烷基酯、芳磺酸烷基酯和磷酸三烷基酯等強(qiáng)酸的烷基酯都是活潑的N-烷化劑，主要用于制備價格貴、產(chǎn)量小的N-烷化產(chǎn)物。RNH2 +CH3OSO2OCH3 RNH CH3 + CH3OSO2OHRNH2 +CH3OSO2ONa R NHCH3 + NaH

8、SO4 硫酸的中性酯很容易釋放出第一個烷基，而要釋放出第二個烷基則比較困難。當(dāng)分子中有多個氮原子時，可以根據(jù)各氮原子的堿性不同，選擇性地只對一個氮原子進(jìn)行N-烷基化。 使用硫酸二甲酯的N-甲基化，一般是在水介質(zhì)中縛酸劑存在下進(jìn)行，或者在無水有機(jī)溶劑中進(jìn)行。硫酸二甲酯的優(yōu)點是它可以只讓氨基烷化而不影響芳環(huán)中的羥基。 例如：對甲苯胺與硫酸二甲酯于5060時，在碳酸鈉、硫酸鈉和少量水存在的條件下，烷基化生成N,N-二甲基對甲苯胺，收率可達(dá)95%。 NH2H3C+ CH3OSO2OCH3Na2CO3, Na2SO4, H2O(少量)5060NH3CCH3CH34.2.2 硫酸酯和磺酸酯用作硫酸酯和磺酸

9、酯用作O-烷基化試劑烷基化試劑 在堿性催化劑存在下，硫酸酯與酚、醇在室溫下即可順利反應(yīng)，得到收率良好的醚類化合物。 OH+ (CH3)2SO4NaOH10OCH34.3 其他烷基化試劑其他烷基化試劑4.3.1 烯、炔烯、炔（1） 烯、炔用作C-烷基化試劑 烯烴也是常用的烷基化試劑，如乙烯、丙烯、異丁烯等，催化劑一般選用三氯化鋁，也有用三氟化硼、氟化氫作催化劑。HCl(氣) + AlCl3(固)HClAlCl3(溶液）RCH=CH2 + HClAlCl3RCHCH3AlCl4-+-+-+ RCHCH3AlCl4-慢+ HClAlCl3CHH3CR+-快（2） 烯、炔用作烯、炔用作N-烷基化試劑烷

10、基化試劑 脂肪族或芳香族類化合物都能與烯烴發(fā)生N-烷基化反應(yīng)，反應(yīng)是通過烯烴的雙鍵與氨基上的氫加成而完成的。 RNH2 + CH2=CHCN RNHCH2CH2CNRNHCH2CH2CN + CH2=CHCN RN(CH2CH2CN)2C6H5NH2 + 2CH2=CHCOOCH3CH3COOHHOOH 將苯胺與丙烯酸甲酯以1:34的物質(zhì)的量比混合，并加入乙酸和對苯二酚，在120150時可進(jìn)行烷基化反應(yīng)：C6H5N(CH2CH2COOCH3)24.3.2 醇、醛和酮醇、醛和酮 醇、醛和酮均是反應(yīng)能力較弱的烷基化試劑，只適用于活潑芳香族衍生物的烷基化，如苯、萘、酚和芳胺類化合物。 （1）醇用作烷

11、基化試劑 酸性催化劑作用下，用醇對芳胺進(jìn)行烷基化，溫度不太高（200250）時，烷基首先取代氮原子上的氫，發(fā)生N-烷基化。NH2+ C4H9OH 210, 0.8MPaZnCl2NHC4H9+ H2O（2）醛和酮用作烷基化試劑 醛或酮只適用于活潑芳香族衍生物的烷基化反應(yīng)，常用于合成二芳基或二芳基甲烷衍生物。 例如：過量的苯胺與甲醛在鹽酸中反應(yīng)，可以制備4, 4-二氨基二苯甲烷： H2NCH2NH2H2N+ CH2O濃HCl100CHONH2+2HCNH2H2N+ H2O4.3.3 環(huán)氧乙烷環(huán)氧乙烷 環(huán)氧乙烷的分子具有三元環(huán)結(jié)構(gòu)，易開環(huán)與含有活潑氫的化合物（如水、醇、氨、胺、羧酸及酚等）發(fā)生加成

12、反應(yīng)，環(huán)氧乙烷是一種有較強(qiáng)活性的烷基化試劑。 ArNH2 + ArNHCH2CH2OHArNHCH2CH2OH + ArN(CH2CH2OH)2H2COCH2H2COCH2K1K2環(huán)氧化合物與醇發(fā)生開環(huán)反應(yīng)，生成羥基醚。 開環(huán)反應(yīng)可用酸或堿催化，但往往生成不同的產(chǎn)品。 RHCOCH2RCHCH2OHRCHCH2OH + H+ORH+ROHRHCOCH2RCHCH2ORRCHCH2OR + RO-OHROHO-RO- 高級脂肪醇能加成環(huán)氧乙烷生成高級脂肪醇聚氧乙烯醚型非離子表面活性劑：ROH + nH2COCH2(CH2CH2O )nROH 高級脂肪酸也能加成環(huán)氧乙烷生成酯類聚氧乙烯型非離子表面

13、活性劑，是一種性能優(yōu)良的乳化劑：H2COCH2NaOHRCOORCOOH + n( CH2CH2O )n H 需要特別注意的是，環(huán)氧乙烷的沸點較低（10.7），其蒸氣與空氣的混合物的爆炸范圍很寬，空氣含量為3%98%時都可爆炸，因此在使用環(huán)氧乙烷前后，務(wù)必要用氮氣轉(zhuǎn)換容器內(nèi)的氣體。4.4 N-酰化?；?N-?；菍奉惢衔锱c?；瘎┓磻?yīng)，在氨基的氮原子上引入酰基而成為酰胺化合物的反應(yīng)。 胺類化合物可以是脂肪族或芳香族胺類。常用的?；瘎┯恤人帷Ⅳ人狒?、酰氯以及酯等。 ArNHHCZRO+:ArNHHCZRO-+ArNHCOR-HZ胺類化合物的?；钚裕湟话阋?guī)律為： 伯胺仲胺；脂肪族胺芳香族胺無空間阻礙的胺有空間阻礙的胺酰化反應(yīng)活性的大小次序為：RCOHORCClORCOCROO 對于同一類型的酰氯，當(dāng)R為芳環(huán)時，由于芳環(huán)的共軛效應(yīng)，使羰基碳原子上的部分正電荷降低，因此芳香族酰氯的反應(yīng)活性低于脂肪族酰氯（如乙酰氯）。如：CClOH3CCClO酸酐羧酸含有不同鹵素的酰鹵的反應(yīng)活性順序為： RCOIRCOBrRCOClRCOF+AlCl3回流，1.5hOCCOOH2CH2CCCH2OCH2COOHZn-Hg/HClCH2CH2CH2COOHHFOCCOOHO