精細有機合成單元反應與合成設計第一章詳解演示文稿

精細有機合成單元反應與合成設計第一章詳解演示文稿當前第1頁\共有133頁\編于星期三\10點優(yōu)選精細有機合成單元反應與合成設計第一章當前第2頁\共有133頁\編于星期三\10點精細化工的范疇生產(chǎn)精細化學品的工業(yè)，通稱精細化學工業(yè)，簡稱精細化工。所謂精細化學品，一般指的是批量小、純度或質(zhì)量要求高，而且利潤高的化學品。醫(yī)藥、農(nóng)藥、染料、涂料、顏料、香料、粘合劑、表面活性劑、化妝品、助劑、食品添加劑、功能樹脂和化學促進生命物質(zhì)等。

0前言當前第3頁\共有133頁\編于星期三\10點精細化工的特點（1）高技術(shù)密集度。（2）多品種。（3）綜合生產(chǎn)流程和多用途、多功能生產(chǎn)設備。（4）商品性強。（5）新品種開發(fā)成功率低、時間長、費用高。（6）技術(shù)壟斷性強、銷售利潤高、附加價值高。當前第4頁\共有133頁\編于星期三\10點精細化工在國民經(jīng)濟中的作用

（1）直接用作最終產(chǎn)品或它的主要成分（2）增加或賦予各種材料以特性（3）增進和保障農(nóng)、林、牧、漁業(yè)的豐產(chǎn)豐收（4）豐富人民生活（5）促進技術(shù)進步（6）高經(jīng)濟效益當前第5頁\共有133頁\編于星期三\10點本課程所討論內(nèi)容

從分子結(jié)構(gòu)來看，它們大多數(shù)是在脂鏈、脂環(huán)、芳環(huán)或雜環(huán)上含有一個或幾個取代基的衍生物。其中最主要的取代基有：（1）-Cl、-Br、-I、-P等。（2）-SO3H、-SO2Cl、-SO2NH2、-SO2NHR等（3）-NO2、-NO。（4）-NH2、-NHR、-NHAr、-NH2OH等（5）-N2+Cl、-N2+HSO4ˉ；（6）-OH、-OR、-OAr,-OAc等；（7）-R。例如-CH3、-C2H5、-CH(CH3)2等；精細有機合成的單元反應當前第6頁\共有133頁\編于星期三\10點為了在有機分子中引入或形成上述取代基，以及為了形成雜環(huán)和新的碳環(huán)，所采用的化學反應叫做單元反應或單元作業(yè)。最重要的單元反應有：磺化、硫酸化反應硝化反應鹵化反應還原反應氨解反應烷基化反應?；磻趸磻u基化反應酯化反應縮合反應當前第7頁\共有133頁\編于星期三\10點上述單元反應可以歸納為三種類型：第一類是有機分子中碳原于上的氫被各種取代基所取代的反應，例如鹵化、磺化、硝化和亞硝化、C-?；?、C-烴化等。第二類是碳原子上的取代基轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N取代基的反應，例如硝基還原為氨基等。第三類是在有機分子中形成雜環(huán)或新的碳環(huán)的反應即環(huán)合反應。當前第8頁\共有133頁\編于星期三\10點上述三類反應之間有密切的聯(lián)系：第一類反應常常為后兩類反應準備條件。進行第二類反應時所形成的取代基的位置常常就是上一步進行第一類反應所引入的取代基的位置。而第三類反應也需要由碳原子上的取代基來提供C、N、O、S等原子來形成雜環(huán)或新的碳環(huán)。當前第9頁\共有133頁\編于星期三\10點例如苯酚的合成路線很多，其中在工業(yè)生產(chǎn)上曾經(jīng)采用過的合成路線至少有以下五個，它們各有優(yōu)缺點。當前第10頁\共有133頁\編于星期三\10點當前第11頁\共有133頁\編于星期三\10點當前第12頁\共有133頁\編于星期三\10點3天然氣的利用

天然氣是埋藏在地下的可燃性氣體，它的主要成分是甲烷。天然氣可直接用來制炭黑、乙炔、氫氰酸（氨氧化法）、各種氯代甲烷、二硫化碳、甲醇、甲醛等產(chǎn)品。另外，天然氣也可先制成合成氣（CO+H2的混合氣體），一氧化碳經(jīng)各種羰基合成反應可制得甲醇、高碳醇、正丁醛、甲酸、乙酸、丙酸、丙烯酸、丙烯酸酯和人造石油等化工產(chǎn)品。當前第13頁\共有133頁\編于星期三\10點4農(nóng)林牧漁副產(chǎn)品的利用

含糖或淀粉的農(nóng)副產(chǎn)品經(jīng)水解可以得到各種單糖，例如葡萄糖、果糖等。如果用適當?shù)奈⑸锩高M行發(fā)酵，可分別得到乙醇、丙酮/丁醇、丁酸、葡萄糖酸和醋酸等。從含纖維素的農(nóng)副產(chǎn)品經(jīng)水解可以得到己糖和戊糖。己糖經(jīng)發(fā)酵可得到乙醇，戊糖經(jīng)水解可得到糠醛。從含油的動植物可以得到各種動物油和植物油。它們也是有用的化工原料。油脂經(jīng)水解可以得到甘油和各種脂肪酸。另外，從某些動植物還可以提取藥物、香料、食品添加劑以及制備它們的中間體。當前第14頁\共有133頁\編于星期三\10點精細有機合成反應按照進行方式不同，從形式上可以分為取代反應、加成反應、消除反應，以及其他重排反應等。每一種反應又可以分為若干種類。第一章有機合成反應理論當前第15頁\共有133頁\編于星期三\10點取代反應根據(jù)反應試劑性質(zhì)和反應物分子中碳-氫鍵斷裂方式不同，分為親電取代、親核取代和游離基取代反應。加成反應根據(jù)加成的基本途徑不同，可以分為親電加成、親核加成、游離基加成和環(huán)加成。消除反應可以根據(jù)被消除原子或原子團位置不同，分為β-消除和α-消除等。重排反應也可以分為許多類。第一章有機合成反應理論當前第16頁\共有133頁\編于星期三\10點鍵的斷裂——均裂和異裂有機物在發(fā)生化學反應時，總是伴隨著共價鍵的斷裂的生成。共價鍵的斷裂有兩種方式均裂和異裂。一、共價鍵的均裂兩原子間的共用電子對平均分配，兩原子各保留一個電子。共價鍵的這種斷裂方式稱鍵的均裂。均裂生成的單電子原子或原子團叫做自由基或游離基。當前第17頁\共有133頁\編于星期三\10點自由基反應又稱游離基反應，是精細有機合成中一類較重要的反應。常用的產(chǎn)生自由基方法有三種：熱離解法、光離解法和電子轉(zhuǎn)移法。自由基反應當前第18頁\共有133頁\編于星期三\10點1.熱離解法當前第19頁\共有133頁\編于星期三\10點當前第20頁\共有133頁\編于星期三\10點2.光離解法當前第21頁\共有133頁\編于星期三\10點光解生成自由基比起熱解來市兩個主要優(yōu)點：首先是它能在任何溫度下進行，特別適用于在較低濕度下不易裂解或根本不能裂解的強鍵。如偶氮烷類。其次是它能通過調(diào)節(jié)光的照射強度和吸收物種的濃度來控制生成自由基的速度。當前第22頁\共有133頁\編于星期三\10點3電子轉(zhuǎn)移法當前第23頁\共有133頁\編于星期三\10點主要可以分為三類：自由基與飽和健反應，同時奪取一個原子；自由基加成到不飽和鍵上；自由基與其他自由基反應，產(chǎn)生偶聯(lián)或歧化。(A)奪取反應自由基與飽和有機化合物反應時，通常要從碳原子上奪取一個原子，一般是氫。自由基反應的分類當前第24頁\共有133頁\編于星期三\10點(B)加成反應自由基可加成到各種不飽和基團上去。最重要的是加成到c＝c鍵上，這種加成反應的選擇性良好。反應幾乎全部發(fā)生在亞甲基上。(C)偶聯(lián)及歧化兩個白由基的化合導致生成新鍵，成為二聚物。當前第25頁\共有133頁\編于星期三\10點二、共價鍵的異裂兩原子間的共用電子對在斷鍵時，完全轉(zhuǎn)移到其中一個原子上，共價鍵的這種斷裂方式稱鍵的異裂。共價鍵異裂的結(jié)果產(chǎn)生產(chǎn)生了帶正電或負電的離子。當前第26頁\共有133頁\編于星期三\10點當前第27頁\共有133頁\編于星期三\10點1.親核取代反應第一章有機合成反應理論當前第28頁\共有133頁\編于星期三\10點第一章有機合成反應理論1.1脂肪族親核取代反應

?1.1.1反應動力學方程

當前第29頁\共有133頁\編于星期三\10點SN2反應r=k2[RX][Nu-]SN1反應r=k1[RX]當前第30頁\共有133頁\編于星期三\10點SN2反應Ex1當前第31頁\共有133頁\編于星期三\10點SN2反應SN2反應能量變化圖能量反應進程當前第32頁\共有133頁\編于星期三\10點SN1反應Ex2當前第33頁\共有133頁\編于星期三\10點SN1反應SN1反應能量變化圖能量反應進程當前第34頁\共有133頁\編于星期三\10點1.1.2影響反應的因素

烷基結(jié)構(gòu)

對于SN2反應：伯→叔v↓103

RX的活性由高到低為：CH3X、伯鹵烷（1o）、仲鹵烷（2o）、叔鹵烷（3o）

對于SN1反應：叔→伯v↓106

RX的活性由高到低為：烯丙基鹵、芐基鹵、叔鹵烷（3o）、仲鹵烷（2o）、伯鹵烷（1o）、CH3X當前第35頁\共有133頁\編于星期三\10點1.1.2影響反應的因素

立體化學和重排

消旋化速度是交換反應速度的兩倍

當前第36頁\共有133頁\編于星期三\10點1.1.2影響反應的因素

當前第37頁\共有133頁\編于星期三\10點1.1.2影響反應的因素

進入基團親核試劑堿性：是對一個質(zhì)子的親和能力親核性：是對一個堿在過渡態(tài)對碳原子的親和能力親核性取決于兩個因素：堿性和可極化性一般來說，第三、第四周期元素的親核性強，第二周期元素的堿性強堿性強弱與溶劑有很大的關(guān)系，所以親核性也受溶劑的影響，但是可極化性很少受溶劑影響。當前第38頁\共有133頁\編于星期三\10點1.1.2影響反應的因素

在質(zhì)子溶劑中，常見的親核試劑的親核性由高到低的順序：RS->ArS->I->CN->OH->N3->Br->ArO->吡啶>AcO->H2O在偶極溶劑中，有些試劑的親核性順序是相反的：F->Cl->Br->I-在SN1反應中，反應速率與親核試劑無關(guān)當前第39頁\共有133頁\編于星期三\10點1.1.2影響反應的因素

離去基團C－X鍵越弱，X-越容易離去C－X鍵的強弱取決與X-的電負性，即X-的堿性，也就是說離去基團的堿性越弱，形成的的負離子愈穩(wěn)定，也就越被親核基團所取代。堿性大?。篒-<Br-<Cl-因此鹵代烷的反應活性為：RI>RBr>RCl當前第40頁\共有133頁\編于星期三\10點除鹵代烷的鹵素外，硫酸酯及磺酸酯的酸根均是好的離去基團，如：1.1.2影響反應的因素

CH3SO3-、PhSO3-、p-Me-PhSO3-OH-、OR-、NH2-、NHR-因為堿性強，是不好的離去基團因此：當前第41頁\共有133頁\編于星期三\10點1.1.2影響反應的因素

溶劑效應

質(zhì)子溶劑有利于SN1反應，而對于SN2反應時，親核試劑被溶劑分子包圍，必須要除掉親核試劑周圍的部分溶劑分子，才能與底物接觸。在偶極溶劑中，親核試劑不受偶極溶劑分子的包圍，負離子很難溶劑化，所以SN2反應在偶極溶劑中進行比在質(zhì)子溶劑中快。增加溶劑的極性有利于SN1反應，而對于SN2反應不利。

當前第42頁\共有133頁\編于星期三\10點1.1.3氧親核試劑的反應

酯的水解

當前第43頁\共有133頁\編于星期三\10點羧酸的酯化

1.1.3氧親核試劑的反應

（1）使某一個反應底物過量，一般是醇；（2）通過蒸餾移出生成的酯或者水；（3）通過共沸蒸餾移除水；（4）通過使用吸水試劑去除水。當前第44頁\共有133頁\編于星期三\10點1.1.3氧親核試劑的反應

酯的醇解即轉(zhuǎn)酯反應

通過蒸除較低沸點的醇，就可把較低沸點的酯轉(zhuǎn)變成較高沸點的酯。當前第45頁\共有133頁\編于星期三\10點1.1.3氧親核試劑的反應

酰鹵的醇解

R和R`可以時伯、仲、叔烷基或芳基。用酚的鉈鹽可高產(chǎn)率的獲得酚酯。氯甲酸甲酯為農(nóng)藥多菌靈的中間體。

當前第46頁\共有133頁\編于星期三\10點1.1.4硫親核試劑的反應

硫親核試劑反應要比氧親核試劑更為快速和平穩(wěn)。烷基磺酸鹽

陰離子表面活性劑

當前第47頁\共有133頁\編于星期三\10點1.1.4硫親核試劑的反應

當前第48頁\共有133頁\編于星期三\10點1.1.5氮親核試劑的反應

氨或胺的烷基化

氨基酸堿性比氨還弱的伯胺

當前第49頁\共有133頁\編于星期三\10點1.1.5氮親核試劑的反應

當前第50頁\共有133頁\編于星期三\10點1.1.6鹵素親核試劑的反應

常用的鹵素親核試劑：HX、無機酰鹵、SOCl2、PCl3、PCl5、POCl3當前第51頁\共有133頁\編于星期三\10點在磺?；蛏系挠H核取代反應

磺酰氯在無酸的條件下，用水就能水解；磺酸酯易水解，用水或稀堿即可；磺酰胺水解比上兩種難，需要用酸水解。當前第52頁\共有133頁\編于星期三\10點1.2芳香族親電取代反應

1.2.1苯的一元親電取代反應

當前第53頁\共有133頁\編于星期三\10點p-絡合物當前第54頁\共有133頁\編于星期三\10點s-絡合物當前第55頁\共有133頁\編于星期三\10點s-絡合物當前第56頁\共有133頁\編于星期三\10點1.2.1苯的一元親電取代反應

芳香族親電取代反應歷程：12當前第57頁\共有133頁\編于星期三\10點1.2.2苯的二元親電取代反應

定位規(guī)律：取代基的性質(zhì)：活化基：鈍化基：鄰、對位定位間位定位當前第58頁\共有133頁\編于星期三\10點1.2.2苯的二元親電取代反應

當前第59頁\共有133頁\編于星期三\10點1.2.2苯的二元親電取代反應

硝基苯的硝化

當前第60頁\共有133頁\編于星期三\10點1.2.2苯的二元親電取代反應

氯苯的硝化

當前第61頁\共有133頁\編于星期三\10點1.2.2苯的二元親電取代反應

影響苯的二元產(chǎn)物異構(gòu)體比例的因素：

A反應溫度如：反應溫度從0oC升高到100oC，對位異構(gòu)體占優(yōu)勢B空間效應C催化劑如：溴苯溴化時用不同的催化劑D親電試劑E反應的可逆性苯甲醚直接硝化，對位為67％，鄰位為31，如果用硝乙酐做硝化劑，則鄰位產(chǎn)物為71％，對位為28％當前第62頁\共有133頁\編于星期三\10點1.2.4稠環(huán)化合物的親電取代反應

對于萘的親電取代反應在a位比b位更容易

對于萘可逆的親電取代反應，取代基會轉(zhuǎn)移到空間阻礙作用較小的b位，如萘的磺化，當溫度為80oC時，主要生成a位產(chǎn)物，但當溫度升高到160oC時，則產(chǎn)物就轉(zhuǎn)變成b位產(chǎn)物。當前第63頁\共有133頁\編于星期三\10點1.2.4稠環(huán)化合物的親電取代反應

萘的二元親電取代反應

當萘環(huán)上已有的a位取代基為活化基時：當前第64頁\共有133頁\編于星期三\10點萘的二元親電取代反應

當萘環(huán)上已有的a位取代基為鈍化基時：當前第65頁\共有133頁\編于星期三\10點萘的二元親電取代反應

萘的磺化還出現(xiàn)一些例外情況

當前第66頁\共有133頁\編于星期三\10點萘的多元親電取代反應

萘的多元親電取代反應基本上與苯的多元取代類似當前第67頁\共有133頁\編于星期三\10點1.3芳香族親核取代反應

芳香族親核取代是親核試劑對芳環(huán)進攻的反應，這類取代按反應類型可以分為：芳環(huán)上氫的親核取代；芳環(huán)上已有取代基的親核取代和通過苯炔中間體的親核取代。按反應歷程可以分為：雙分子反應，單分子反應和苯炔中間體等歷程。當前第68頁\共有133頁\編于星期三\10點1.3.1反應動力學與歷程(1)雙分子反應大多數(shù)親核取代反應是雙分子反應，在動力學上屬二級反應；最常見的芳香族親核取代反應是從被吸電子基活化的鹵代物中對鹵素的置換，例如對硝基鹵苯與親核試劑的反應。當前第69頁\共有133頁\編于星期三\10點(2)單分子反應非常普遍的例子是芳香重氮鹽的親核置換：反應的速率只與[ArN2+]有關(guān)，而與[Nu-]無關(guān)。該反應分兩步進行：第一步第二步當前第70頁\共有133頁\編于星期三\10點（3）用氨基堿氨解當前第71頁\共有133頁\編于星期三\10點當前第72頁\共有133頁\編于星期三\10點二.消除反應消除反應同取代反應相同的是也分單分子和雙分子兩種反應機理。1.單分子消除反應（E1）E1反應與SN1反應的機理相似，也是分二步進行，同樣有正碳離子中間體生成。影響反應速率的因素僅與鹵烷有關(guān)。反應機理如下：當前第73頁\共有133頁\編于星期三\10點有利于SN1反應的因素，同樣也有利于E1反應，這兩種反應是競爭反應。生成正碳離子中間體后，OH－進攻正碳離子，則是SN1反應，若進攻H，則是E1反應。在E1反應中生成的正碳離子也會重成更穩(wěn)定的正碳離子，消除H后得到的也是重排后的產(chǎn)物。當前第74頁\共有133頁\編于星期三\10點過渡態(tài)雙分子消除反應（E2）與SN2反應類似，整個反應一步完成。當前第75頁\共有133頁\編于星期三\10點堿進攻不同的位置，發(fā)生不同的反應，對同一個鹵烷在某條件下是發(fā)生SN反應還是E反應？此反應反應速率與鹵烷及進攻試劑（堿）的濃度都有關(guān)，所以是雙分子消除反應（E2）。E2反應與SN2反應的關(guān)系與E1與SN1反應的關(guān)系相同，也是互為競爭反應。有利于E2反應的反應因素同樣有利于SN2反應。當前第76頁\共有133頁\編于星期三\10點影響SN和E反應的因素

經(jīng)研究，影響SN反應和E反應主要有以下三個方面：⑴、鹵烷的結(jié)構(gòu)⑵、進攻試劑⑶、反應溫度。⑴、鹵烷結(jié)構(gòu)對反應的影響①鹵原子所連C上支鏈越多，空間阻礙越大，發(fā)生SN2反應越困難、E2反應則較易發(fā)生。②鹵原子所連C上支鏈越少，空間阻礙越小，發(fā)生SN2反應越容易、E2反應則較困難（H）。

當前第77頁\共有133頁\編于星期三\10點③叔鹵烷易生成穩(wěn)定的C＋離子，在一般條件下（非強堿性條件）SN1、E1同時發(fā)生，當叔鹵烷H多（含較多支鏈），則E1反應容易發(fā)生。當前第78頁\共有133頁\編于星期三\10點⑵、試劑的堿性和濃度一般來說，試劑堿性強，較易發(fā)生E反應；試劑堿性弱、濃度低，易發(fā)生SN2反應。試劑堿性的強弱：RONa(NaOH/醇)＞NaOH/H2OE反應用KOH或NaOH/醇溶液，SN反應用NaOH/H2O當前第79頁\共有133頁\編于星期三\10點⑶、反應溫度一般來講，溫度較高時總是有利于E反應，不利于SN反應，溫度較低時則正相反。⑷、消除反應方向

用Saytzeff規(guī)則判斷。當前第80頁\共有133頁\編于星期三\10點三、加成

加成反應可分為兩種：一種是親電加成；另一種是親核加成。1．親電加成當前第81頁\共有133頁\編于星期三\10點當前第82頁\共有133頁\編于星期三\10點2．親核加成氧負離子中間體羥基腈（1）與HCN的反應當前第83頁\共有133頁\編于星期三\10點(2)與胺作用生成希夫堿（Schiffbase）希夫堿只有伯胺可發(fā)生此反應。(3)與羥胺（H2N-OH）作用生成肟當前第84頁\共有133頁\編于星期三\10點(4)與肼、苯肼、2,4－二硝基苯肼反應當前第85頁\共有133頁\編于星期三\10點(5)與氨基脲的反應生成的縮氨脲多為白色結(jié)晶，有固定的熔點。當前第86頁\共有133頁\編于星期三\10點四、縮合反應縮合一般系指兩個或兩個以上分子間通過生成新的碳－碳、碳－雜原子或雜原子－雜原子鍵，從而形成較大的單一分子的反應，縮合反應通常伴隨脫去某一種簡單分子。當前第87頁\共有133頁\編于星期三\10點含有活潑α-氫的醛或酮在堿或酸的催化作用下生成β-羥基醛或β-羥基酮的反應統(tǒng)稱為Aldol縮合反應。1羥醛縮合反應當前第88頁\共有133頁\編于星期三\10點當前第89頁\共有133頁\編于星期三\10點在酸催化下縮合首先形成正碳離子，然后與另一分子發(fā)生親電加成。當前第90頁\共有133頁\編于星期三\10點當前第91頁\共有133頁\編于星期三\10點增塑劑2-乙基己醇當前第92頁\共有133頁\編于星期三\10點2酯縮合反應酯縮合反應系指以羧酸酯為親電試劑，在堿性催化劑作用下，與含活潑甲基或亞甲基羰基化合物的負碳離子縮合而生成β-羰基類化合物的反應，總稱為克萊森縮合反應。當前第93頁\共有133頁\編于星期三\10點典型實例是兩分子乙酸乙酯在無水乙醇鈉的催化作用下縮合，生成乙酰乙酸乙酯。酯酯縮合可分為同酯自身縮合和異酯交叉縮合兩類。（1）同酯自身縮合當前第94頁\共有133頁\編于星期三\10點反應機理當前第95頁\共有133頁\編于星期三\10點（2）異酯交叉縮合

兩種不同的酯，其中一個不含-H。當前第96頁\共有133頁\編于星期三\10點五環(huán)加成反應Diels-Alder反應（雙烯合成）當前第97頁\共有133頁\編于星期三\10點反應物活性：電子從丁二烯流向乙烯，因此帶有吸電子基團的親雙烯體的活性高。如：當前第98頁\共有133頁\編于星期三\10點當前第99頁\共有133頁\編于星期三\10點相轉(zhuǎn)移催化（phasetransfercatalyzedreaction,PTC)，它是有機合成中最引人矚目的新技術(shù)。第三節(jié)相轉(zhuǎn)移催化在有機合成中常遇到非均相有機反應，這類反應的速度很慢，效果差。如：當前第100頁\共有133頁\編于星期三\10點要使它們發(fā)生反應，傳統(tǒng)的最好方法就是用能使兩種反應物都能溶解的溶劑，例如DMSO、DMF或HMPA.但這些溶劑的缺點首先是價格高、不易回收，同時一旦混入一點水，對反應很不利。

應用相轉(zhuǎn)移催化作用，即在兩相體系中加入少量的相轉(zhuǎn)移催化劑，它可穿過兩相之間的界面，把反應實體（-CN）從水相轉(zhuǎn)移到有機相中，使它與底物（RX）反應，并把反應中的另一種負離子帶入水相中，而相轉(zhuǎn)移催化劑沒有損耗，只是重復地起“轉(zhuǎn)送”負離子的作用。當前第101頁\共有133頁\編于星期三\10點相轉(zhuǎn)移催化劑及催化原理：相轉(zhuǎn)移催化是指：一種催化劑能加速，或者能使分別處于兩種互不相溶的溶劑中的物質(zhì)發(fā)生反應，反應時，催化劑把一種實際參加反應的實體，從一相轉(zhuǎn)移到另一相中，以便使它于底物相遇而發(fā)生反應。

這種現(xiàn)象和過程叫相轉(zhuǎn)移催化（作用），這種催化劑叫相轉(zhuǎn)移催化劑。如：季銨鹽、冠醚等。

當前第102頁\共有133頁\編于星期三\10點當前第103頁\共有133頁\編于星期三\10點常用的相轉(zhuǎn)移催化劑可分為季銨鹽類、冠醚類及陰離子表面活性劑三大類。相轉(zhuǎn)移催化劑的種類一類使用范圍廣、催化效果好、價格也便宜的催化劑。應用范圍廣的有氯化三正辛基甲基銨、氯化四正丁基銨、溴化三正辛基乙基鏻、溴化正十六烷基三正丁基鏻等。一般要求四個烷基的碳原子數(shù)總和大于12，其中含15～25個碳原于的季銨鹽和季鏻鹽都可產(chǎn)生較好的催化作用。(1)季銨鹽當前第104頁\共有133頁\編于星期三\10點（2）冠醚類冠醚類也稱非離子型相轉(zhuǎn)移催化劑。它們具有特殊的絡和功能，它的化學結(jié)構(gòu)特點是分子中具有（Y－CH2CH2—）n重復單位；式中Y為氧、氮或其它雜原子，由于它們的形狀似皇冠，故稱冠醚。冠醚能與堿金屬形成絡合物，這是由于冠醚的氧原子上的未共享電子對向著環(huán)的內(nèi)側(cè)，當適合于環(huán)的大小正離子進入環(huán)內(nèi)，則由于偶極形成電負性的碳氧鍵和金屬正離子借靜電吸引而形成絡合物。同時，又有疏水性的亞甲基均勻排列在環(huán)的外側(cè)，是形成的金屬絡合物仍能溶于非極性有機介質(zhì)中。當前第105頁\共有133頁\編于星期三\10點另外，在有些反應中，冠醚與金屬正離子形成配價鍵后，可以增加其負離子的反應性能。當前第106頁\共有133頁\編于星期三\10點對季銨鹽類和冠醚類催化劑進行比較，認為季銨鹽能適用于液－液和液－固體系，并克服了冠醚的一些缺點，例如季銨鹽（Q+）能適用于所有正離子，而冠醚則有明顯地選擇性。季銨鹽價廉，無毒。季銨鹽在所有有機溶劑中可以各種比例溶解，故人們通常喜歡選用季銨鹽作為相轉(zhuǎn)移催化劑。當前第107頁\共有133頁\編于星期三\10點(3)陰離子表面活性劑表面活性劑同時具有親水性與憎水性雙重性質(zhì)，因而在一定條件下具有相轉(zhuǎn)移催化劑的作用。陰離子表面活性劑具有攜帶正離子進入有機相的作用，從而促進兩相反應的進行。(4)相轉(zhuǎn)移催化樹脂：它是將季銨鹽或聚醚、冠醚等鍵連在高分子聚合物的骨架上，成為不溶性固體催化劑。當前第108頁\共有133頁\編于星期三\10點1)分子量比較大的季銨鹽比分子量小的季銨鹽具有較好的催化效果。2)具有一個長碳鏈的季銨鹽，其碳鏈愈長，效果愈好。3)對稱的季銨離子比具有一個碳鏈的季銨離子的催化效果好，例如四丁基銨離子比三甲基十六烷基銨離子的催化效果好。相轉(zhuǎn)移催化劑的影響因素（1）結(jié)構(gòu)當前第109頁\共有133頁\編于星期三\10點4)季鏻鹽的催化性能稍高于季銨鹽，季鏻鹽的熱穩(wěn)定性也比相應的銨鹽高。5)含有芳基地銨鹽不如烷基銨鹽的催化效果好。常用的有TEBAC三乙基卞基氯化銨TOMAC三辛基甲基氯化銨當前第110頁\共有133頁\編于星期三\10點催化劑的用量與反應類型有關(guān)。多數(shù)反應催化劑用量為反應物的1％～5％。對于酯類水解反應來說，水解速率隨催化劑用量的增加而加快、但催化劑用量是否存在最佳值，還有待于進一步研究。就醚的合成而言，催化劑的最佳用量為反應物醇或酚質(zhì)量分數(shù)的1％～10％。(2)催化劑用量的影響當前第111頁\共有133頁\編于星期三\10點（3）溶劑相轉(zhuǎn)移催化反應選用的溶劑首先應滿足的要求是：該溶劑對相轉(zhuǎn)移活性離子對的提取率要高，而對離子對中的負離子的溶劑化程度要小。在固液相轉(zhuǎn)移催化過程中，最常用的溶劑是苯、二氯甲烷、氯仿以及乙腈等。當前第112頁\共有133頁\編于星期三\10點(4)攪拌速度的影響一般情況下，反應速度隨攪拌速度的增加而加快，但是，當攪拌速度達到一定數(shù)值之后反應速度的變化不再明顯。(5)加水量的影響

在兩相反應中，為使反應物溶解或離子化，一般加少量水是需要的。但加水過多會使反應物濃度和催化劑的濃度明顯減少，反而使反應速度變慢。當前第113頁\共有133頁\編于星期三\10點常用的PTC及其制備方法(1)芐基三乙基氯化銨(BTEAC)芐氯、三乙胺及適量無水乙醇一起加熱回流1h。冷卻析出晶體，抽濾洗滌，真空干燥即得產(chǎn)品。經(jīng)乙醇重結(jié)晶，可得純品。當前第114頁\共有133頁\編于星期三\10點(2)四正丁基碘化銨(TBAI)(3)四正丁基硫酸氫銨(TBAS)(4)三辛基甲基氯化銨(TOMAC)(5)十六烷基三丁基溴化鏻(HTBPB)當前第115頁\共有133頁\編于星期三\10點1.烷基化反應應用相轉(zhuǎn)移催化進行C－烷基化反應已很廣泛。具有活潑氫的化合物的C－烷基化反應，經(jīng)典方法是在強堿如NaH，NaNH2，t－C4H9OK，RONa等催化下，消除一個質(zhì)子而形成碳負離子，再與鹵代烴進行烷基化反應。這類反應常常須在無水條件下進行，不僅操作條件苛刻，且試劑昂貴；而相轉(zhuǎn)移催化方法可使這類反應在濃氫氧化鈉水溶液和有機溶劑兩相體系中，于較溫和條件下進行，可有較好的選擇性和較高的收率。應用當前第116頁\共有133頁\編于星期三\10點由氰乙酸甲酯合成丙戊酸類抗癲癇藥中間體時形成的碳－碳鍵，也可用固液相轉(zhuǎn)移催化合成反應；收率可達96%。當前第117頁\共有133頁\編于星期三\10點丙二酸酯、－酮酯和氰基等化合物在反應過程中所含酯基容易水解，可用當量的四丁基溴化銨（TBAB）為催化劑，能得到較好的收率。當前第118頁\共有133頁\編于星期三\10點2置換反應當前第119頁\共有133頁\編于星期三\10點3氧化反應和還原反應相轉(zhuǎn)移催化應用于高錳酸鉀氧化反應特別成功，這是由于這個方法使得高錳酸鉀負離子和被氧化的化合物置于非極性溶劑的同一相中。例如，葵－1-烯和中性高錳酸鉀水溶液在室溫下激烈攪拌數(shù)小時仍不能發(fā)生反應，但是當加入少量季銨鹽則能使氧化順利進行，是葵－1-烯氧化成壬酸。TOMAC的催化作用在于季銨正離子與高錳酸鉀負離子形成離子對而進入有機相，在有機相中與烯烴發(fā)生氧化反應。當前第120頁\共有133頁\編于星期三\10點若反應物與催化劑不在同一相，在它們之間存在著相界面，這時反應在相界面上進行，稱為多相催化。多相催化可分為氣-液相、氣-固相和氣-液-固相多種反應類型。主要介紹氣-固相催化反應，即反應物是氣體、催化劑是固體的反應，這類反應在化學工業(yè)中占重要位置，也是多相催化中最重要的一類。二、多相催化當前第121頁\共有133頁\編于星期三\10點(1)反應物A由氣相主體擴散到顆粒外表面(2)A由外表面向孔內(nèi)擴散，到達吸附反應活動中心(3)(4)(5)依次進行A吸附，A在表面上反應生成B，產(chǎn)物B自表面解吸(6)B由內(nèi)表面擴散到外表面(7)B由顆粒外表面擴散到氣相主體氣-固催化反應包括七個步驟：當前第122頁\共有133頁\編于星期三\10點

步驟(1)、(3)屬于外擴散過程,(2)、(6)屬于內(nèi)擴散過程,而(3)-(5)屬于表面反應過程。多相催化反應過程步驟