精細(xì)有機(jī)合成縮合

第12章縮合（Condensation）12.1

概述12.2芳烴C－烷化的烷化劑和反應(yīng)歷程12.3芳烴C－烷化的實(shí)際應(yīng)用

12.4芳烴C－酰化的?；瘎┖头磻?yīng)歷程12.5芳烴C－?；磻?yīng)的實(shí)際應(yīng)用12.6酚類的C－羧基化12.7羰基化合物與含活潑氫化合物的縮合

12.1

概述縮合反應(yīng)就是兩個分子縮合在一起得到大分子的反應(yīng)，這類反應(yīng)包括的面很廣，本章討論的范圍是：反應(yīng)后增加新的C-C鍵的反應(yīng)，怎樣形成新的C-C鍵？有兩種手段：（1） 在縮合劑存在下向芳環(huán)上引入下列基團(tuán)：（2） 羰基化合物與一個含活潑氫的化合物發(fā)生縮合反應(yīng)：脫水縮合反應(yīng)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(xì)化學(xué)品合成中常用的單元反應(yīng)。

C-烷化是在催化劑作用下往芳環(huán)上引入烷基制備側(cè)鏈芳烴的過程，即通常Friedel-Crafts反應(yīng)，這個反應(yīng)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(yīng)，而供電子取代基供電性強(qiáng)弱對反應(yīng)的影響不是很大。付-克反應(yīng)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(yīng)所用的催化劑有三種類型：a.

質(zhì)子酸b.

路易斯酸c.其它：酸性氧化物，有機(jī)鋁化物，硅烷等。12.2

芳烴C－烷化的烷化劑和反應(yīng)歷程反應(yīng)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。+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(diǎn)HCl。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(diǎn)，就可加成到烯烴分子上：........+（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(diǎn)：慢快動力學(xué)實(shí)驗(yàn)表明，該反應(yīng)沒有動力學(xué)同位素效應(yīng)，即第一步是反應(yīng)速度控制步驟。（2）用鹵烷烷化，首先催化劑使鹵烷極化。.δ+δ-極限情況從反應(yīng)歷程不難看出：叔碳正離子進(jìn)行碳烷化反應(yīng)最容易。生成的碳正離子與芳烴形成σ

絡(luò)合物，進(jìn)一步脫去質(zhì)子生成烷化物。+碳烷化反應(yīng)的兩個特點(diǎn)：（1）連串反應(yīng)因此要想得到一烷化產(chǎn)物，須控制好反應(yīng)深度。（2）可逆反應(yīng)利用碳烷化可逆反應(yīng)特點(diǎn)，多烷基苯可脫掉烷基或發(fā)生歧化。歧化反應(yīng)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(yīng)不易發(fā)生。12.3芳烴C－烷化的實(shí)際應(yīng)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：①長碳烷烴的氯化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（C10~14）

②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(yīng)：30~40℃0.5~1MPa副產(chǎn)：二烷基苯，烷基茚滿，（）異構(gòu)烷基苯反應(yīng)器是篩板塔，二塔串聯(lián)。圖：氟化氫法生產(chǎn)烷基苯工藝流程1，2－反應(yīng)器；3－HF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，C3~5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(yīng)，容易歧化，收率較高94~95%。氣相法：磷酸作催化劑，230~250℃，2－3MPa,

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%。無論從能量消耗，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(yīng)：酚類碳烷化歷程可能有二：①δ+②重排苯酚烷基化時，初始階段受動力學(xué)控制，得到的鄰，對位異構(gòu)體差不多，但隨著溫度升高，時間延長，逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)闊崃W(xué)穩(wěn)定的對位異構(gòu)體。酚類碳烷化的烷化劑，對甲基化來說用甲醇，引入其它烷基時多用烯烴。如：70~80℃BHT占產(chǎn)物92%12.3.4用醛、酮進(jìn)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(yīng)，可用質(zhì)子酸作催化劑，反應(yīng)歷程：++（親電試劑）+++++（若用芳醛烷化得三芳甲烷衍生物）例1（MDI粘合劑）例250~60℃（雙酚A）例3。（三芳甲烷染料）12.4芳烴C－酰化的?；瘎┖头磻?yīng)歷程芳烴碳酰化反應(yīng)制備芳酮類化合物，也是親電取代反應(yīng)。酰化劑：酰鹵、酸酐、酸、酯等羧酸衍生物。反應(yīng)活性：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，硫酸。+++上述質(zhì)點(diǎn)都具有親電性，能與芳烴形成б絡(luò)合物。如：+以酰氯為代表討論其反應(yīng)歷程：碳烷化與碳?；泄残裕憾际褂萌然X催化，但也有不同：①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）②碳烷化是可逆反應(yīng)，能發(fā)生歧化，碳酰化是不可逆反應(yīng)，引入一個?；螅狗辑h(huán)鈍化，不易發(fā)生多?；?。③碳酰化的選擇性好，已有取代基對反應(yīng)速度影響明顯。④碳烷化沒有同位素效應(yīng)，即成鍵一步是控制步驟碳酰化有小的同位素效應(yīng)，即斷鍵一步部分控制反應(yīng)速度。另外碳?；话愣家腥軇愿倪M(jìn)反應(yīng)物料的流動性，若被?；锉旧硎且后w，可用過量烷烴兼作溶劑，若被酰化物在反應(yīng)溫度下是固體，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。12.5芳烴C－酰化反應(yīng)的實(shí)際應(yīng)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(yīng)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：1：6~7：2.2（鄰苯甲?；郊姿幔⒈紧然X慢慢加到過量芳烴中，在60~70℃反應(yīng)，直到不再放出HCl為止，將反應(yīng)物加到水和稀硫酸中水解：

得到的鄰苯甲?；郊姿岣稍锖笤跐饬蛩嶂?30~140℃脫水閉環(huán)得蒽醌。這是制取蒽醌的兩條路線之一。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（3）米氏酮的合成20℃100℃，光氣是很強(qiáng)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酰化。12.6酚類的C－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(yīng)，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(yīng)。其反應(yīng)機(jī)理不很清楚，可能是：脫（無水，不解離）+用不同的金屬鹽，羧基在定位上有差異如用氫氧化鉀則得280~290℃2不同的金屬鹽在一定條件下能引起羧基重排：由苯酚制水楊酸的過程:這是一個可逆反應(yīng)，反應(yīng)不可能進(jìn)行完全,苯酚m.p40℃，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(yīng)，因此反應(yīng)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。150~160℃0.4~0.45MPa壓力下有利于氣-固反應(yīng)，反應(yīng)一段時間后蒸出不具有反應(yīng)活性的苯酚，再在180~190℃下二次通入二氧化碳，停止通氣而反應(yīng)器內(nèi)壓力不再下降時即為終點(diǎn)。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。圖

11-6羧基化反應(yīng)器由β-萘酚制2，3-酸的過程與水楊酸類似:260℃若用KOH，產(chǎn)物230~240℃130℃

C－羧基化生產(chǎn)過程缺點(diǎn)：動力，電能消耗大，設(shè)備笨重，近年改進(jìn)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(yīng)為氣-液反應(yīng)，但不難看出溶劑的成本較高，涉及到溶劑回收利用問題。1-甲基-3-苯基茚滿：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縮合反應(yīng)的面較廣，可以合成很多化合物，這類反應(yīng)多用堿催化，也少有酸催化的，這兩種催化劑的反應(yīng)歷程不同。以為例：堿催化：第一步親核催化劑進(jìn)攻含活潑氫的分子，奪取活潑氫形成親核質(zhì)點(diǎn)。（1）第二步，親核加成，形成羥基加成物：+（2）動力學(xué)研究表明：不同反應(yīng)物，反應(yīng)控制階段不同，大多情況下，反應(yīng)速度由第二步控制，如：（丙二酸酯）少數(shù)情況下，反應(yīng)速度由第一步控制，如上面甲醛與乙醛作用，堿催化劑｛無機(jī)：有機(jī)：｛二乙胺，三乙胺，吡啶（堿性弱用于活性高的）等，（強(qiáng)堿用于活性低的）OH-CH2CH(COOC2H5)2OH然后親電加成脫去質(zhì)子：+第二步是反應(yīng)速度控制步驟。酸催化機(jī)理：質(zhì)子首先進(jìn)攻羰基上的氧形成碳正離子：++（1）醛-醛縮合20~25℃循環(huán)縮合CH3(CH2)2CH-CH-CHOOHC2H5CH3(CH2)3CHCH2OHC2H5CH3(CH2)2CH=CCHOC2H5OH-CH3CHCH2CHOOH2CH3CHO（2）醛、酮與丙二酸衍生物的縮合——制不飽和羧酸吡啶（壬烯酸)CH3(CH2)5CHCH(COO