精細有機合成縮合

1、第12章 縮合（Condensation）12.1 概述概述12.2 芳烴芳烴C烷化的烷化劑和反應歷程烷化的烷化劑和反應歷程12.3 芳烴芳烴C烷化的實際應用烷化的實際應用 12.4 芳烴芳烴C?；孽；瘎┖头磻獨v程酰化的?；瘎┖头磻獨v程12.5 芳烴芳烴C酰化反應的實際應用?；磻膶嶋H應用12.6 酚類的酚類的C羧基化羧基化12.7 羰基化合物與含活潑氫化合物的縮合羰基化合物與含活潑氫化合物的縮合 12.1 概述概述 縮合反應就是兩個分子縮合在一起得到大分子的反應，這類反應包括的面很廣，本章討論的范圍是：反應后增加新的C-C鍵的反應，怎樣形成新的C-C鍵？有兩種手段：（1） 在縮合劑存在下

2、向芳環(huán)上引入下列基團：-R,-CH2Cl,-CHO,-COOH,-COR（2） 羰基化合物與一個含活潑氫的化合物發(fā)生縮合反應：RR+ H3C-YRRC-CH2-YOHRRC=OC=CHY脫水縮合反應用途也很廣： 烯或氯烷（洗衣粉） 異丙基、叔丁基化是香料，各種添加劑及農(nóng)藥等多種精細化學品合成中常用的單元反應。C12H25SO3NaOHC12H25SO3NaCH3CH=CH2CH(CH3)2OH+OH+CH3CCH3O C-烷化是在催化劑作用下往芳環(huán)上引入烷基制備側鏈芳烴的過程，即通常Friedel-Crafts反應，這個反應只有活潑的芳烴才能發(fā)生，帶吸電子取代基的不發(fā)生反應，而供電子取代基供電

3、性強弱對反應的影響不是很大。 付-克反應的烷化劑：烯烴（內(nèi)，端）、鹵烷、醇、醛、酮，其中重要的是前二種，烯烴成本低，來源豐富。付-克反應所用的催化劑有三種類型：a. 質(zhì)子酸HF H2SO4 H3PO4b. 路易斯酸AlBr3AlCl3FeCl3.BF3ZnCl2c. 其它：酸性氧化物，有機鋁化物，硅烷等。12.2 芳烴芳烴C烷化的烷化劑和反應歷程烷化的烷化劑和反應歷程 反應歷程：是芳香族親電取代，催化劑的作用是增加C原子親電性。RCH=CH2 + H+RCH-CH3+ 用路易斯酸催化，須有少量HCl存在，三氯化鋁儲存時一定要干燥。若接觸到少量水，則會生成HCl，或者加少量氯代烷，生成一點HCl

4、。 吸附在三氯化鋁上的HCl發(fā)生極化，形成帶部分電荷的質(zhì)點，就可加成到烯烴分子上： HCl + AlCl3H+ AlCl4-.RCH=CH2 + H+ AlCl4-RCH-CH3.AlCl4-.+ （1）烯烴用質(zhì)子酸催化，質(zhì)子先加到烯烴分子上形成活潑親電質(zhì)點：慢快+ RCH-CH3+CHRCH3HCHRCH3+ H+ 動力學實驗表明，該反應沒有動力學同位素效應，即第一步是反應速度控制步驟。（2）用鹵烷烷化，首先催化劑使鹵烷極化。 R Cl + AlCl3R ClAlCl3.+ -極限情況RCl + AlCl3R+ + AlCl4- 從反應歷程不難看出： R3+ C R2C+ H R+ CH2叔

5、碳正離子進行碳烷化反應最容易。 生成的碳正離子與芳烴形成 絡合物，進一步脫去質(zhì)子生成烷化物。 + 碳烷化反應的兩個特點：（1） 連串反應因此要想得到一烷化產(chǎn)物，須控制好反應深度。（2）可逆反應 利用碳烷化可逆反應特點，多烷基苯可脫掉烷基或發(fā)生歧化。 RCH=CH2K1CHRCH3RCH=CH2K2CHRCH3CH RH3CRR+H+R+R+ 歧化反應在用三氯化鋁催化時容易發(fā)生，而用質(zhì)子酸如磷酸催化時，歧化反應不易發(fā)生。12.3 芳烴芳烴C烷化的實際應用烷化的實際應用 12.3.1 長碳鏈烷基苯的合成 長碳鏈烷基苯（12C為主）是合成洗滌劑的重要中間體，烷化劑有鹵烷和烯烴兩種，烷化劑的制備： 長

6、碳烷烴的氯化 C2H2n+2 + Cl2CnH2n+1Cl + HClRR+R2這種方法難以制得純的鹵代化合物。 a.丙烯四聚 b.乙烯齊聚（SHOP法、齊格勒法） c.石蠟裂解 d.煤油脫氫（C1014） 烯烴合成的四條路線： 四條路線中，由a法制得的烯烴，支鏈較多，由它合成的洗滌劑生化降解性不好，一般不用。c法制得的產(chǎn)物較雜，能耗高，一般也不用，主要采用b,d法。 工業(yè)生產(chǎn)中，以烯烴為烷化劑，HF為催化劑合成烷基苯的過程： 主反應：30400.51MPa副產(chǎn)：二烷基苯，烷基茚滿 ，RCH2R（ ）異構烷基苯 反應器是篩板塔，二塔串聯(lián)。+ RCH2CH=CHRHFCHCH2RCH2RCRCH

7、3CH3烷、烯苯烷烴烷基苯HF1234567圖：氟化氫法生產(chǎn)烷基苯工藝流程圖：氟化氫法生產(chǎn)烷基苯工藝流程1，2反應器；3HF蒸餾塔；4脫HF塔；5脫苯塔；6脫烷烴塔；7成品塔12.3.2 芳烴的低C-烷化 低碳烷化是指引入短碳鏈，C35的烷化，其中生產(chǎn)上最重要，有典型意義的是： 這一生產(chǎn)過程，工業(yè)上采用液相烷化和氣相烷化兩種工藝：液相法：三氯化鋁作催化劑，90反應，容易歧化，收率較高9495%。 氣相法：磷酸作催化劑， 230250 ，23MPa, 易發(fā)生多烷化，不容易歧化，故采取苯大大過量，控制好烷化深度，收率90%。CH3CH=CH2CH(CH3)2OH+OH+ CH3CCH3O 無論從能

8、量消耗，還是從收率看，液相法優(yōu)于氣相法。12.3.3 酚類的C-烷化 酚類烷化得烷基酚是非離子表面活性劑的重要中間體，烷基酚特別是叔丁基酚作抗氧化劑，有多種用途。酚類碳烷化與芳烴碳烷化所用催化劑相似質(zhì)子酸路易斯酸 都是用來促成碳正離子生成，但須指出，酚類碳烷化時不能用三氯化鋁催化，因羥基本身與三氯化鋁反應：ArOH + AlCl3ArOAlCl2 + HCl 酚類碳烷化歷程可能有二： +重排 苯酚烷基化時，初始階段受動力學控制，得到的鄰，對位異構體差不多，但隨著溫度升高，時間延長，逐漸轉變?yōu)闊崃W穩(wěn)定的對位異構體。 OHROH Cat+OHRHOH CatOHR+H2OCatOHOROHR 酚

9、類碳烷化的烷化劑，對甲基化來說用甲醇，引入其它烷基時多用烯烴。 如：7080BHT占產(chǎn)物92%CH3OH+ (CH3)2C=CH2CH3SO3HCH3C(CH3)3OH(CH3)3CCH3CHOH(CH3)3C+CH3C2H5+CH3OHC(CH3)312.3.4 用醛、酮進行C-烷化 醛，酮可以和芳環(huán)縮合，制取二芳基甲烷衍生物和三芳基甲烷衍生物，這類化合物可作粘合劑，塑料添加劑及染料等，具有很好的功能性。這類縮合是親電反應，可用質(zhì)子酸作催化劑，反應歷程：C=O + H+RHC=O-HRHRHC-OH+（親電試劑）+C=O + H+RRC=O-HRRRRC-OH+RRC-OH+HCROHR-H

10、+C-OHRRH+CRR+HC-RR-H+CRR（若用芳醛烷化得三芳甲烷衍生物）例1（MDI粘合劑）NH22+HCHOH2NCH2NH2COCl2OCNCH2NCO例25060（雙酚A）例3。（三芳甲烷染料）2OH+ CH3CCH3OH+CHOCH3CH3OH2N(CH3)2+CHOHCN(CH3)2N(CH3)212.4 芳烴芳烴C?；孽；瘎┖头磻獨v程?；孽；瘎┖头磻獨v程 芳烴碳?；磻苽浞纪惢衔铮彩怯H電取代反應。 ?；瘎乎｛u、酸酐、酸、酯等羧酸衍生物。 反應活性：RCOX(RCO)2ORCOOHRCOOR其中最常用的是酰氯和酸酐。 常用的催化劑是三氯化鋁，有時也可用氯化鋅，硫

11、酸。 OCl+ AlCl3OClAlCl3OClAlCl3RC=O +RCRCRCAlCl4-+上述質(zhì)點都具有親電性，能與芳烴形成絡合物。如： OClAlCl3+k1+HC-ROAlCl4-RCk2C-RO-AlCl3+ HClCRO+ 以酰氯為代表討論其反應歷程： 碳烷化與碳?；泄残裕憾际褂萌然X催化，但也有不同： 碳烷化三氯化鋁用量少，僅作催化， 碳?；然X用量至少1mol（酰氯） 2mol（酸酐） 碳烷化是可逆反應，能發(fā)生歧化， 碳?；遣豢赡娣磻?，引入一個?；?，使芳環(huán)鈍化， 不易發(fā)生多?；?。 碳?；倪x擇性好，已有取代基對反應速度影響明顯。 碳烷化沒有同位素效應，即成鍵一步是

12、控制步驟 碳酰化有小的同位素效應，即斷鍵一步部分控制反 應速度。 另外碳酰化一般都要有溶劑，以改進反應物料的流動性，若被?；锉旧硎且后w，可用過量烷烴兼作溶劑，若被?；镌诜磻獪囟认率枪腆w，則要另加溶劑，常用的有： 硝基苯，二硫化碳，二氯乙烷，有時溶劑有改變定位的作用。 +CH3COClCS2NO2COCH3COCH312.5 芳烴芳烴C?；磻膶嶋H應用?；磻膶嶋H應用 C-?；仨毷腔顫姷姆紵N，在溶劑中與酰氯（或酸酐）在三氯化鋁存在下完成，反應物中一定要無水。（1）以鄰苯二甲酸酐為?；瘎?，與苯系衍生物作用得蒽醌系衍生物在工業(yè)上很有意義，如： 1 ： 67 ： 2.2 （鄰苯甲酰基苯甲酸）

13、 將苯酐，三氯化鋁慢慢加到過量芳烴中，在6070反應，直到不再放出HCl為止，將反應物加到水和稀硫酸中水解： COCOO+2AlCl3AlCl3CCOOAlCl2O+HClAlCl3 得到的鄰苯甲?；郊姿岣稍锖笤跐饬蛩嶂?30140脫水閉環(huán)得蒽醌。這是制取蒽醌的兩條路線之一。COOAlCl2COAlCl3H2OCOOCO3AlH2SO4COOHCOOO濃H2SO4用這種方法可制得一系列蒽醌衍生物，如： （2）香料酮麝香的合成 CH3ClOOOOCH3ClCOCOOCH3CH3CH3CH3C(CH3)3(CH3CO)2OAlCl3(CH3)2C=CH2（3）米氏酮的合成 20100， 光氣是很

14、強的?；瘎?，N,N-二甲基苯胺在緩和條件下，不用催化劑完成第一個?；?。 CH3CH3C(CH3)3H3COCHNO3CH3CH3C(CH3)3H3COCNO2NO2N(CH3)2+COCl2(CH3)2NCOClN(CH3)2ZnCl2(CH3)2NCON(CH3)212.6 酚類的酚類的C羧基化羧基化工業(yè)上兩個主要產(chǎn)品：水楊酸（藥物）2,3-酸（冰染色酚的中間體）（色酚AS） 二氧化碳是非常弱的親電試劑，極性小，活性差，與一般的芳烴不發(fā)生反應，只有對苯酚類的活潑芳烴，形成金屬鹽后才能完成C羧基化反應。其反應機理不很清楚，可能是：OHCOOHOHCONHArOHCOOHNaOH脫H2O（無水，

15、不解離）ONa+ COO+ONaOCOH+ONaOCOHOHCOONaOHONa 用不同的金屬鹽，羧基在定位上有差異如用氫氧化鉀則得280290OHCOOKOHCOONaOHCOONa+CO2OH2不同的金屬鹽在一定條件下能引起羧基重排：OH+NaOHONa+H2O由苯酚制水楊酸的過程: 這是一個可逆反應，反應不可能進行完全, 苯酚 m.p 40，在真空下脫水，使平衡右移。脫水后的酚鈉與二氧化碳是氣-固反應，因此反應器比較特殊，采用剪切刮刀式攪拌，在攪拌軸上安裝多層漿式攪拌葉片，在攪拌漿的間隙有多層固定在釜壁上的擋板，這樣使固體物料容易被粉碎。1501600.40.45MPa 壓力下有利于氣-

16、固反應，反應一段時間后蒸出不具有反應活性的苯酚，再在180190下二次通入二氧化碳，停止通氣而反應器內(nèi)壓力不再下降時即為終點。蒸出游離苯酚，產(chǎn)物水楊酸二鈉鹽溶解于水，脫色，過濾，濾液酸化析出水楊酸。ONa2+CO2ONa+COONaOH圖 11-6 羧基化反應器由-萘酚制2，3-酸的過程與水楊酸類似:260若用KOH， 產(chǎn)物230240130 OH+NaOHONaCO2OHCOOHCOOKOHOHKOOC+OHCOOK C羧基化生產(chǎn)過程缺點：動力，電能消耗大，設備笨重，近年改進方向是采用溶劑法，對2，3-酸來說目前最好的溶劑是1-甲基-3-苯基茚滿 ，它既能溶 又能溶解 。這樣變氣-固反應為氣

17、-液反應，但不難看出溶劑的成本較高，涉及到溶劑回收利用問題。OHCOONaONa1-甲基-3-苯基茚滿：CH3HHHH12.7 羰基化合物與含活潑氫化合物的縮合羰基化合物與含活潑氫化合物的縮合 羰基化合物與含活潑氫化合物縮合反應的面較廣，可以合成很多化合物，這類反應多用堿催化，也少有酸催化的，這兩種催化劑的反應歷程不同。HCHO + CH3CHOCH2-CH2CHOOH以 為例：堿催化：第一步親核催化劑進攻含活潑氫的分子，奪取活潑氫形成親核質(zhì)點。 CH3COH+ OH-CH2COH+ H2O（1）第二步，親核加成，形成羥基加成物：HH+ CH2-CHOC-CH2CHOHO-HC=O+H2OCH

18、2CH2CHOOH（2） 動力學研究表明：不同反應物，反應控制階段不同，大多情況下，反應速度由第二步控制，如： HCHO + CH2COOC2H5COOC2H5（丙二酸酯）V=KHCHOCH2(COOC2H5)2OH- 少數(shù)情況下，反應速度由第一步控制，如上面甲醛與乙醛作用，V=KCH3CHOOH-堿催化劑 無機：NaOH,Na2CO3,Ca(OH)2有機： 二乙胺，三乙胺，吡啶（堿性弱用于活性高的） RONa,ROK等，（強堿用于活性低的）OH-CH2CH(COOC2H5)2OH 然后親電加成脫去質(zhì)子：CH2C -H + CH2OHHOCH2CH2CHO + H+OH+ 第二步是反應速度控制步驟。酸催化機理：質(zhì)子首先進攻羰基上的氧形成碳正離子：HCOH+ H+C-OH ( CH2OH)HH+（1）醛-醛縮合2025CH3COOH-H2OCH3CH=CHCHOH22CH3CH2CH2CHO循環(huán)縮合OH-H2OH2CH3(CH2)2CH-CH-CHOOH C2H5CH3(CH2)3CHCH2OHC2H5CH3(CH2)2CH=CCHOC2H5OH-CH3CHCH2CHOOH2CH3CHO（2）醛、酮與丙二酸衍生物的縮合制不飽和羧酸CH3(CH2)5CHO + CH2(COOH)2吡啶CH3(CH2)5CH=C(