精細有機合成單元反應(yīng)-04烷基化反應(yīng)

第四章烴基化反應(yīng)(fǎnyìng)4.1概述4.2N-烴化4.3O-烴化4.4苯環(huán)(běnhuán)上的C-烷化返回共十八頁烴化指的是在有機分子中的碳、硅、氮、磷、氧或硫原子上引入烴基的反應(yīng)的總稱。引入的烴基可以是烷基、烯基、炔基或芳基，也可以是有取代基的烴基。烴化劑的種類很多，常用的烴化劑主要有以下幾種：(1)鹵烷如氯甲烷、碘甲烷等(2)醇類如甲醇、乙醇、十二碳醇等(3)酯類如硫酸二甲酯、硫酸二乙酯、磷酸(línsuān)三甲酯、磷酸(línsuān)三乙酯等(4)不飽和烴如乙烯、丙烯、丙烯腈等(5)環(huán)氧化合物如環(huán)氧乙烷、和環(huán)氧丙烷等(6)醛類和酮類如甲醛、乙醛、苯甲醛等鹵烷、醇類和酯類是發(fā)生取代反應(yīng)的烴化劑；不飽和烴和環(huán)氧化合物是發(fā)生加成反應(yīng)的烴化劑；醛類和酮類是發(fā)生脫水縮合反應(yīng)的烴化劑。返回(fǎnhuí)4.1概述共十八頁有機分子中氨基(ānjī)上的氫原子被烴基取代的反應(yīng)稱為N-烴化。4.2.1用醇類的N-烷化醇類是弱烷化劑，一般只用于苯胺和各種甲苯胺用甲醇的N-甲基化和用乙醇的N-乙基化。在氮原子上引入多碳烷基時，因產(chǎn)量小，不如改用較活潑的氯代烷或溴化烷更為簡便。用甲醇和乙醇的N-烷化，可以采用液相酸催化高壓烷化法，也可以采用氣-固相接觸催化烷化法。1．液相烷化法用甲醇或乙醇液相N-烷化，最常用的催化劑是硫酸。此外，也可以用鹽酸、三氯化磷等。2．氣-固相接觸催化烷化法液相Ｎ-烷化法需要用到耐腐蝕高壓釜，設(shè)備投資大，改用更先進的氣-固相接觸催化反，其優(yōu)點是反應(yīng)可在接近常壓下進行，連續(xù)化生產(chǎn)，生產(chǎn)能力大，副產(chǎn)物少，收率高，產(chǎn)品純度高，廢水少。返回(fǎnhuí)4.2N-烴化共十八頁4.2.2用鹵烷的N-烷化１．烷化劑當(dāng)鹵烷比相應(yīng)的醇更易獲得時，當(dāng)然(dāngrán)用鹵烷作烷化劑，如氯芐和氯乙酸等。鹵烷是比醇類活潑的烷化劑，對于某些難烷化的芳胺，常常需用鹵烷作烷化劑。如間氨基苯磺酸的N,N-二乙基化，N-?；及返腘-烷化等。當(dāng)烷基相同時，各種鹵烷的活潑性次序是：R—I＞R—Br＞R—Cl當(dāng)烷基不同時，鹵烷的活潑性隨烷基碳鏈的增長而減弱。2．主要影響因素(1)烷化劑用量；(2)縛酸劑；(3)溫度和壓力；(4)相轉(zhuǎn)移催化劑。

返回(fǎnhuí)4.2N-烴化共十八頁4.2.3用酯類的N-烷化硫酸二烷基酯、芳磺酸烷基酯和磷酸三烷基酯等的烷基酯都是活潑的N-烷化劑。這類烷化劑的沸點都很高，N-烷化可以在常壓和不太高的溫度下進行(jìnxíng)。但是酯的價格比相應(yīng)的鹵烷或醇貴得多，因此它們主要用于制備價格高、產(chǎn)量小的N-烷化產(chǎn)物。在酯類中，可以代替鹵烷，最有實用價值的是硫酸二甲酯。使用硫酸二甲酯的N-甲基化，一般是在水介質(zhì)中在縛酸劑存在下進行，或者在無水有機溶劑中進行。反應(yīng)溫度不太高。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。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，選擇地只對一個氮原子進行N-甲基化。如：

返回(fǎnhuí)4.2N-烴化共十八頁4.2.4用環(huán)氧化合物的N-烷化最重要的環(huán)氧化合物是環(huán)氧乙烷（沸點10.73℃），其次是環(huán)氧丙烷（沸點33.9℃）。它們都容易與氨基氮原子發(fā)生親電加成N-烷基化反應(yīng)。環(huán)氧乙烷與芳伯胺的反應(yīng)式如下：某些(mǒuxiē)叔胺與環(huán)氧乙烷作用可以制得季胺鹽，例如：

ArNH2ArNHCH2CH2OHArN(CH2CH2OH)2返回(fǎnhuí)4.2N-烴化共十八頁用環(huán)氧丙烷進行N-烷化的實例可以舉出抗滴蟲藥“塞克哨唑”的制備：4.2.5用烯烴的N-烷化當(dāng)烯烴分子中烯雙鍵(shuānɡjiàn)的α位沒有吸電子基時，氨基氮原子的N-烷化很難進行，而芳環(huán)上的C-烷化則較易進行。但當(dāng)烯烴雙鍵的α位有吸電子基，如氰基、羰基、羧基、羧酸酯基時，則較易發(fā)生N-烷化反應(yīng)。最常用的烯烴類N-烷化劑是丙烯腈和丙烯酸甲酯。丙烯腈（沸點77.3℃）是較弱的N-烷化劑，通常需要加入酸性催化劑或堿性催化劑。最常用的酸催化劑是乙酸、鹽酸、硫酸、硫酸銅、氯化鋅和三氯化鐵等。最常用的堿催化劑是三甲胺或三乙胺。丙烯腈容易發(fā)生自身聚合副反應(yīng)，有進需要加入對苯二酚等自由基聚合阻聚劑。（塞克哨唑）返回(fǎnhuí)4.2N-烴化共十八頁4.2.6用醛或酮的N-烷化醛或酮可與伯胺或仲胺發(fā)生胺化氫化反應(yīng)(fǎnyìng)，不過以胺為主體來考慮，通常把這類反應(yīng)(fǎnyìng)稱作還原N-烷化。其反應(yīng)(fǎnyìng)通式可簡單表示如下：返回(fǎnhuí)4.2N-烴化共十八頁4.2.7N-芳基化芳伯胺ArNH2與含有反應(yīng)性基團的芳香族化合物相作用，生成二芳基促胺的反應(yīng)稱為N-芳基仲胺的反應(yīng)稱為N-芳基化或芳氨基化。1．鹵素化合物的芳氨基化鹵素化合物的芳氨基化反應(yīng)通式可表示如下：一般地，在鹵基的鄰位或?qū)ξ挥邢趸?、磺酸基或羰基等吸電子基時，鹵基較活潑(huópo)，反應(yīng)較易進行。常用的鹵素化合物主要有：(1)硝基氯苯的衍生物；(2)苯系溴衍生物；(3)四氯苯醌；(4)蒽醌系和稠環(huán)系的氯衍生物和溴衍生物

返回(fǎnhuí)4.2N-烴化共十八頁2．芳伯胺的芳氨基化反應(yīng)通式如下：反應(yīng)通常在酸性(suānxìnɡ)催化劑存在下進行，常用的酸性(suānxìnɡ)催化劑有：鹽酸、硫酸、磷酸、對氨基苯磺酸、三氯化鋁、三氟化硼及其配合物、氟硼酸銨、三氯化磷和亞硫酸氫鈉等。(1)N-苯基-1-萘胺-8-磺酸（苯基周位酸）(3)N-苯基-2-氨基-5-萘酚-7-磺酸（N-苯基J酸）返回(fǎnhuí)4.2N-烴化共十八頁3．酚類的芳氨基化通式如下：常用(chánɡyònɡ)的酚類有：苯酚、間苯二酚、對苯二酚、2-萘酚和1,4-二羥基蒽酯等。反應(yīng)在酸性催化劑存在下進行，在高溫下完成。其實例如下：(1)2-甲基-3′-羥基二苯胺(2)2-氯-4′-羥基二苯胺（收率(shōulǜ)97%）返回4.2N-烴化共十八頁醇羥基或酚羥基的氫被烴基取代生成二烷基醚、烷基芳基醚或二芳基醚的反應(yīng)稱作(chēnɡzuò)O-烴化，其中包括O-烷化（亦稱為烷氧基化）和O-芳基化（亦稱芳氧基化）。4.3.1用醇類的O-烷化兩個分子相同的醇脫水可以制得對稱二烷基醚，如，甲醚、乙醚等。甲醇和乙醇能對活潑的酚進行O-烷化。返回(fǎnhuí)4.3O-烴化共十八頁4.3.2用鹵烷的O-烷化返回(fǎnhuí)4.3O-烴化共十八頁4.3.3用酯類的O-烷化硫酸酯和芳磺酸酯雖然價格較貴，但是它們都是高沸點的活潑(huópo)烷化劑?？梢栽诟邷睾统合率褂茫瑢τ诋a(chǎn)量小，產(chǎn)值高的產(chǎn)品，常常使用這類烷化劑，特別是硫酸二甲酯使用最多。如4.3.4用環(huán)氧烷類的O-烷化（1）反應(yīng)歷程醇或酚用環(huán)氧乙烷O-烷化是在醇羥基或酚羥的氧原子上引入羥乙基。這類反應(yīng)是在堿或酸催化作用下完成的。最常用的酸性催化劑是三氟化硼和它的乙醚溶液、烷基鋁、磷鎢酸、硅膠等，酸催化是單分子親核取代反應(yīng)。堿催化是雙分子親核加成反應(yīng)，常用的堿催化劑是氫氧化鈉和氫氧化鉀。返回(fǎnhuí)4.3O-烴化共十八頁2．主要影響因素三氟化硼-乙醚配合物的催化作用較強，醇類的羥乙基化可在25~75℃、常壓或微壓下進行，但為了安全，盡可能不用。其他酸、堿催化劑的催化活性較弱。羥乙基化要在較高的溫度和壓力(yālì)下進行。C1~C4低碳醇的單羥乙基化和二羥乙基化也可以采用氣-固相接觸催化法，催化劑可以是硅膠、三氧化二鋁等。酚羥基的羥乙基化只采用堿催化法。醇或酚在羥乙基化時，生成的一乙二醇單醚中的醇羥基還可以與環(huán)氧乙烷作用生成二乙二醇單醚、三乙二醇單醚等混合物。返回(fǎnhuí)4.3O-烴化共十八頁4.3.5用醛類的O-烷化醛與醇在酸的催化作用下，可以發(fā)生脫水O-烷化，生成醛縮二醇。5.3.6用烯烴和炔烷的O-烷化（1）醇羥基用烯烴的O-烷化；（2）醇羥基用乙炔的O-烷化；4.3.7O-芳基化O-芳基化指的是醇羥基或酚羥基與芳香族鹵素化合物等相互作用生成烷基(wánjī)芳基醚或二芳基醚的反應(yīng)：返回(fǎnhuí)4.3O-烴化共十八頁4.4.1烯烴(xītīng)對芳烴的C-烷化4.4.2烯烴對芳胺的C-烷化4.4.3烯烴對酚的C-烷化4.4.4鹵烷對芳烴的C-烷化4.4.5醇對芳烴的C-烷化4.4.6醛對芳烴的C-烷化在硫酸、磺酸、乙酸等催化劑的存在下，醛類與芳烴發(fā)生脫水反應(yīng)生成二芳基甲烷衍生物：返回(fǎnhuí)4.4C-烴化共十八頁內(nèi)容(nèiróng)總結(jié)第四章烴基化反應(yīng)。有機分子中氨