序號(hào)10序號(hào)10周次授課形式講授授課章節(jié)名稱4化工中間體2,4-二硝基苯酚的合成〔三〕教學(xué)目的1．了解：硝化反響的硝化試劑種類；工業(yè)化硝化反響的方法及流程；常見羥基化反響的形式23．把握〔或應(yīng)用代定位規(guī)律；1．混酸的配制方法；苯環(huán)上的取代基及其親電取代定位規(guī)律；教學(xué)重點(diǎn)2苯環(huán)上的取代基及其親電取代定位規(guī)律；教學(xué)難1．2,4-二硝基苯酚的產(chǎn)品合成任務(wù)書及相關(guān)信息內(nèi)容點(diǎn)22,4-二硝基苯酚的合成方案使用教具多媒體教室課外作業(yè)查閱資料課后體會(huì)授課主要內(nèi)容授課主要內(nèi)容【復(fù)習(xí)】硝化反響機(jī)理；羥基化反響【講授課】情境4 化工中間體2,4-二硝基苯酚的合成〔三〕學(xué)問拓展關(guān)于硝化反響1．混酸配制〔1〕配酸計(jì)算用幾種不同的原料酸配制混酸時(shí)，可依據(jù)物料平衡的原理，即各例4-1 由硝基苯制備間二硝基苯時(shí)需配制組成為H2SO472％，HNO326％，H2O2％6000kg2023煙硫酸，8598％的硝酸各多少公斤。解：設(shè)發(fā)煙硫酸、廢酸與硝酸的需要量分別為、y、g。三種酸總重：十y十＝6000①硝酸的平衡：＝6000×②硫酸的平衡：十×98／80十＝6000×③解①、②、③聯(lián)立方程式，得＝2938.6kg，y＝1469.6kg，＝1591.8kg。例4-2 萘二硝化的＝，相比＝，試計(jì)算應(yīng)承受的混酸的組成?；旖?；以lmol分子純萘為計(jì)算基準(zhǔn)。萘的千摩爾質(zhì)量為128kg/mol，于是混酸重：G ＝128×＝832g＝GHNO3十GH2SO4十GH2O ①混3硝酸重：GHNO＝63×＝g34 硫酸重：GH2SO4＝十2×18＝3GH2O十l08 ②僻①、②得GH2SO＝547kg，GHO＝146.4kg4 4 2 故混酸組成為：H2SO％＝GHSO×100／4 2 混＝％，H2O％＝GH2O×100／G ＝％。混

＝％，HNO％＝GHNO×100／G3 3 〔2〕配酸工藝配制混酸時(shí)，應(yīng)考慮設(shè)備的防腐力量；有效的混合裝置；準(zhǔn)時(shí)導(dǎo)出混合熱和烯釋熱的冷卻方法；嚴(yán)格掌握原料酸的加料挨次和加料速度；配酸溫度在40℃以下等平安措施，以削減硝酸的分解和揮發(fā)以及防止意外事故的發(fā)生。混酸的配制有間歇和連續(xù)兩種方式。在間歇式配酸時(shí)，在無良好混合的條件下，嚴(yán)禁將水突然參與大量濃酸中，因易引起局部瞬間猛烈放熱而造成噴酸或爆炸事故。通常應(yīng)在有效地混合與冷卻下，將濃硫酸先緩慢后漸快地參與水或廢稀酸中，在40℃以下，最終先慢后快地參與硝酸，這種配酸方法是比較平安的。在連續(xù)式配酸時(shí)也應(yīng)遵循這一。但間歇式配酸的生產(chǎn)效率較低，適于多品種小批量的生產(chǎn)；連續(xù)式的生產(chǎn)力量大，適用于大噸位的生產(chǎn)品種。配制的混酸假設(shè)分析不合格，應(yīng)補(bǔ)加相應(yīng)的酸以調(diào)整組成達(dá)合格為止。硫酸、硝酸均為強(qiáng)腐蝕性物質(zhì)，其蒸氣對(duì)人體的呼吸器官具有猛烈的刺激作用，操作時(shí)不能與皮膚直接接觸。如不慎濺到皮膚或眼睛上，應(yīng)馬上用大量水或弱堿沖洗，必要時(shí)去醫(yī)院就醫(yī)，如有酸噴出，必需用消防沙子填蓋，不行用水沖洗。2．其他硝化反響試劑硝化劑通常是能夠生成NO2的試劑。除常用的混酸硝化劑外，還有硝酸〔從無水硝酸到稀硝酸都可以作為硝化劑〕以及硝酸和其他質(zhì)子酸、有機(jī)酸、酸酐及各種路易斯酸的混合物。此外還可使用氮的氧化物、有機(jī)硝酸酯等作為硝化劑?！?〕硝酸硝酸分子的氮、氧原子都處于同一平面，依據(jù)電子衍射爭(zhēng)論說明，硝酸分子具有如下構(gòu)造：396HNO分子狀態(tài)，僅約％的硝酸經(jīng)分子間質(zhì)子轉(zhuǎn)移離解成硝酰正離子：3十 十HNO HNO HNO NO－十 十3 3 2 3 32 生成的HNO2 十HNO HO NO十2 3 2 2依據(jù)酸堿質(zhì)子理論，硝酸具有兩性的特征，它既是酸〔能給出HH的作用時(shí)，硝化力量就增加；反之，假設(shè)起酸的作用時(shí)，硝化力量就減弱。但在稀硝酸硝化過程中，親電質(zhì)點(diǎn)是亞硝基正離子NO。NO是由硝酸中存在的微量亞硝酸離解產(chǎn)生的。亞硝酸硝化的反響式如下：2Ar-H＋HNO2 Ar-NO＋HO22Ar-NO＋HNO3 2

＋NO＋HO22和NO相比，NO的親電性要弱得多，所以稀硝酸只適用于反響活性較高的芳香族化合物〔即芳環(huán)上帶強(qiáng)供電子基〕的硝化。22〔2〕硝酸與乙酸酐〔俗稱醋酐〕的混合硝化劑2這是僅次于硝酸和混酸常用的重要硝化劑，因硝酸帶入的水及硝化反響生成的水與乙酸酐反響生成乙酸，使硝酸保持較高的濃度，增大了硝酸離解為NO的程度，因此硝化力量較強(qiáng)；同時(shí)由于硝酸沒有被稀釋，因此能有效防止氧化副反響〔稀硝酸比濃硝酸防止磺化副反響。硝酸與乙酸酐的混合硝化劑適用于易被氧化和易被濃硫酸磺化的硝化反響。它廣泛地用于芳烴、雜環(huán)化合物、不飽和烴化合物、胺、醇以及肟等的硝化。2硝酸在乙酸酐中可以任意比例混溶，常用的是含硝酸10％～30％的乙酸酐溶液，其配制應(yīng)在使用前進(jìn)展，以防止放置過久產(chǎn)生四硝基甲烷而導(dǎo)致爆炸。4CH3CO2O＋4HNO3→CNO24＋7CH3COOH＋CO2↑〔3〕有機(jī)硝酸酯用有機(jī)硝酸酯硝化時(shí)，可以使硝化反響在完全無水的介質(zhì)中進(jìn)展。這種硝化反響可分別在堿性介質(zhì)中或酸性介質(zhì)中進(jìn)展，但極少承受這種硝化方法?！?〕氮的氧化物2 2 氮的氧化物除了N O以外，都可以作為硝化劑，如三氧化二氮NO2 2 2 4 2 NO及五氧化二氮NO2 4 2 〔5〕硝酸鹽與硫酸硝酸鹽和濃硫酸作用產(chǎn)生硝酸與硫酸氫鹽。實(shí)際上它是無水硝酸與硫酸的混酸：十 十HSO MNO MHSO HNO十 十2 4 3 4 3M為金屬。常用的硝酸鹽是硝酸鈉、硝酸鉀，硝酸鹽與硫酸的配比通常是～：1質(zhì)量比左右。按這種配比，硝酸鹽幾乎全部生成NO2離子，所以最適用于如苯甲酸、對(duì)氯苯甲酸等難硝化芳烴的硝化。硝酸鹽〔含微量亞硝酸鹽〕與稀硫酸作用產(chǎn)生稀硝酸〔含微量亞硝酸〕和硫酸氫鹽，用其作硝化劑時(shí)實(shí)質(zhì)就是稀硝酸硝化，適合于含有強(qiáng)供電子基的芳香族化合物的硝化，如苯酚硝化制鄰硝基苯酚。但由于硝化過程中會(huì)帶入硫酸氫鹽，對(duì)硝化產(chǎn)物的別離和提純不利，所以這種硝化劑應(yīng)用較少。2 事實(shí)上，具有X—NO通式的化合物，都可以產(chǎn)生NO2 — ＋XNO X－NO— ＋2 222X—NOX的吸電子力量，X的吸電子力量愈大，形成NO離子的傾向亦愈大，硝化力量也愈強(qiáng)。X的吸電子力量的大小，可由X的共軛4-4。224-4按硝化強(qiáng)度次序排列的硝化劑由表可見，硝酸乙酯的硝化力量最弱，硝酰硼氟酸的硝化力量最強(qiáng)。一般說來，易于硝化的物質(zhì)可選用活性較低的硝化劑，以防止過度硝化和抑制副反響的發(fā)生，例如對(duì)于酚、芳胺一類的物質(zhì)宜選用弱硝化劑進(jìn)展硝化；而難于硝化的物質(zhì)就需選用具有較高NOBF、2 42 NOPF2 3．不同溶劑中的硝化在不同溶劑中進(jìn)展硝化，常能轉(zhuǎn)變產(chǎn)物異構(gòu)體的比例。帶強(qiáng)給電子基的化合物如苯甲醚、乙酰苯胺等，在非質(zhì)子極性溶劑中硝化，得到較多的鄰位異構(gòu)體；在質(zhì)子極性溶劑中硝化，對(duì)位異構(gòu)體較多。各種硝化方法適用的溶劑有：a混酸硝化：二氯甲烷、—氯乙烷b稀硝酸硝化：氯苯、鄰二氯苯；c均相硝化：濃硫酸、醋酸、過量濃硝酸。由于鹵代烴能破壞大氣中的臭氧層，所以有機(jī)物硝化時(shí)要盡可能少用鹵代烴作有機(jī)溶劑。5．工業(yè)上硝化的方法和混酸硝化的流程工業(yè)上硝化方法主要有以下幾種：非均相混酸硝化法、稀硝酸硝化法、濃硝酸硝化法、濃硫酸介質(zhì)中的均相硝化法、有機(jī)溶劑中的硝化法、氣相硝化法等。脂肪族化合物硝化時(shí)有氧化副反響,工業(yè)上很少承受。硝基甲烷、硝基乙烷、1-和2-硝基丙烷四種硝基烷烴氣相法生產(chǎn)過程，是30年月美國商品溶劑公司開發(fā)的。迄今該法仍是制取硝基烷烴的主要工業(yè)方法。工業(yè)上應(yīng)用較多的是芳烴的硝化，利用硝化反響1，4-二甲基-2-硝基苯等。另外，向芳環(huán)上引入硝基的最主要的作用是作為制備氨基化合物的一條重要途徑，進(jìn)而制備酚、氟化物等化合物。工業(yè)上承受混酸硝化的流程如下。4-5工業(yè)上混酸硝化的流程示意圖關(guān)于羥基化反響羥基化反響在有機(jī)化合物分子引入羥基〔—OH〕制取醇、酚、烯醇體的化學(xué)反響稱為羥基化反響。工業(yè)生產(chǎn)中向有機(jī)物分子中引入羥基的方法主要有：芳磺酸鹽的堿熔、鹵素化合物的水解、芳伯胺的水解、重氮鹽的水解、硝基化合物的水解，另外還有烷基芳烴過氧化氫物的酸解、環(huán)烷的氧化——脫氫、芳羧酸的氧化——脫羧、芳環(huán)上直接引入羥基以及其他的一些方法等。工業(yè)生產(chǎn)中利用羥基化可制得各種酚、醇及烯醇體等，產(chǎn)品大量用于生產(chǎn)染料、塑料、合成樹脂、農(nóng)藥、醫(yī)藥、各種助劑、香料和食品添加劑等。另外，通過酚類可以進(jìn)一步合成烷基酚醚、二芳醚、芳伯胺和二芳基仲胺等中間體。2．常見羥基化反響的形式〔1〕鹵化物的水解鹵化物中羥基置換鹵素原子的反響簡(jiǎn)稱水解。鹵化物可以是脂肪族鹵化物或芳香族鹵化物。鹵化物水解的通式可以簡(jiǎn)潔表示為：RX＋H2OROH＋HXArX＋H2O→ArOH＋HX水解反響的方法很多．最常用的方法是堿性水解，其次是酸性水解，另外還有氣固相接觸催化水解和酶催化水解等方法。鹵化物的水解是親核置換反響。脂肪族鹵代烴水解的活潑次序是RI＞RBr＞RCl，這是由于碳鹵鍵鍵能C-I＜C-Br＜C-Cl易受親核試劑H2ORFC-F那么相當(dāng)活潑，水解可得相應(yīng)的醇或環(huán)醚；由于氯比溴價(jià)廉易得，所以工業(yè)上主要承受氯基水解引入羥基，僅在個(gè)別狀況下使用溴基水解。氯化物常用的水解試劑是氫氧化鈉及碳酸鈉的水溶液或石灰乳。鹵代烷烴水解時(shí)，可能發(fā)生堿性脫氯化氫生成烯烴的副反響。＋ ＋ ＋CH Cl NaOH CH NaCl HO＋ ＋ ＋n 2n1 n 2n 2水解反響中OH－攻擊位置不是α-碳原子上的氫〔即α-Hβ-碳原子上的氫〔即β-Hβ-H的酸性增加而增加。水解反響的結(jié)果是鹵代烷烴的鹵原子〔鹵原子用Xβ-HHX代烷烴變成烯烴。假設(shè)鹵代烷烴分子中含有多個(gè)β-H原子，那么消退反響遵循查依采夫β碳原子上消退β-H，生成雙鍵碳原子上連有烷基比較多的烯烴?！?〕羥基化反響的其他形式對(duì)于芳磺酸鹽，可以承受堿熔的方式進(jìn)展羥基化。馬上芳磺酸鹽在高溫下與熔融的苛性堿或苛性堿溶液作用制得酚鈉鹽，再將酚鈉鹽用無機(jī)酸酸化，從而引入羥基。雖然芳磺酸鹽堿熔法具有工藝簡(jiǎn)潔成熟，對(duì)設(shè)備要求不高等優(yōu)點(diǎn)，但該方法屬于將要淘汰的工業(yè)生產(chǎn)方法。對(duì)于多環(huán)芳基伯胺，水解一般需要在較高的溫度下進(jìn)展，多數(shù)可以用酸〔如硫酸〕作為催化劑，少數(shù)也可以用堿催化。少數(shù)芳胺磺酸在亞硫酸氫鈉水溶液中可以被水解，使氨基置換為羥基。重氮鹽在酸性介質(zhì)中水解可以制得酚，這是在芳環(huán)上引入羥基的方法之一。常用的重氮鹽是重氮硫酸氫鹽，水解在硫酸溶液中進(jìn)展。重氮鹽水解不宜使用鹽酸及重氮鹽酸鹽，由于氯離子的存在，會(huì)導(dǎo)致重氮基被氯離子置換的副反響的發(fā)生；亦不宜使用重氮硝酸鹽，因其水解時(shí)除生成酚外，還有硝基取代重氮基的副反響發(fā)生。苯環(huán)上的取代基及其定位規(guī)律有機(jī)合成技巧的爭(zhēng)論〔2〕二元取代苯的定位規(guī)那么假設(shè)苯環(huán)上已有兩個(gè)取代基存在時(shí)，第三個(gè)取代基進(jìn)入的位置，由原來兩個(gè)取代基的位置和定位效能的大小來打算。一般有以下狀況：兩個(gè)取代基的定位效應(yīng)全都時(shí)，第三個(gè)取代基進(jìn)入的位置〔用箭頭表示〕按定位規(guī)律定位。例如：〔1〕 〔2〕 〔3〕 〔4〕有時(shí)也受到其他因素的影響，例如〔4〕式所示，由于空間位阻效應(yīng)的影響，兩個(gè)甲基之間的位置就很難進(jìn)入取代基。兩個(gè)取代基的定位效應(yīng)不全都時(shí)，有兩種狀況：①兩個(gè)取代基屬于同一類時(shí)，第三