1、第2章 精細(xì)化學(xué)品合成中的常用單元反應(yīng),2.1 概述 2.2精細(xì)有機(jī)合成的單元反應(yīng) 2.3合成路線設(shè)計(jì)舉例,2.1 概述,精細(xì)有機(jī)合成的單元反應(yīng) 精細(xì)化學(xué)品及其中間體品種繁多 從分子結(jié)構(gòu)來看，大多數(shù)是： 在脂鏈、脂環(huán)、芳環(huán)或雜環(huán)等骨架結(jié)構(gòu)上 含有一個(gè)或多個(gè)取代基 在骨架分子上引入取代基、合成這些化合物的反應(yīng)即是精細(xì)有機(jī)合成的單元反應(yīng),主要取代基,（1）-Cl、-Br、-I、-F等鹵素基團(tuán)； （2）-SO3H、-SO2Cl、-SO2NH2、-SO2NHR等； （R: 烷基或芳基） （3）-NO2， -NO等； （4）-NH2、 - NHR 、-NR2、-NHAc（?；?、-NH2OH等； （5）

2、-N=NAr、-NHNH2等； （6）-OH、-OAlk、-OAr、-OAc等； （7）-Alk，如-CH3、-C2H5、-CH(CH3)2等； （8）,2.1 概述,（9）-CN,2.2 精細(xì)有機(jī)合成的單元反應(yīng),2.2.1 鹵化(Halogenation),氟化反應(yīng)(Fluoration) 氯化反應(yīng)(Chloration) 溴化反應(yīng)(Bromation) 碘化反應(yīng)(Iodoncotion),2.2.1.1 鹵化反應(yīng)定義 向有機(jī)化合物分子中碳原子上引入鹵素原子的反應(yīng)。,銅酞菁（酞菁藍(lán)）,高氯代銅酞菁（酞菁綠）,2.2.1.2 鹵化反應(yīng)的作用 可賦予產(chǎn)品極性、阻燃性、染料與顏料的色光、表面活性劑

3、的殺菌性等,2.2.1 鹵化,實(shí)例1：有機(jī)顏料的色光,實(shí)例2：殺蟲劑,“六六六” （C6H6Cl6）,七氟菊酯,2.2.1 鹵化,2,3,5,6-四氟-4-甲基芐基 (Z)-(1R,3R,1S,3S)-3-(2-氯-3,3,3-三氟丙-1-烯基)-2,2-二甲基環(huán)丙烷羧酸酯 土壤殺蟲劑，防治鞘翅目、鱗翅目和雙翅目害蟲,殺蟲譜廣，具有胃毒觸殺及微弱的熏蒸活性。六六六是幾種立體異構(gòu)體的混合物，生物活性是取決于丙體的含量。六六六是膽堿酯酶抑 制劑，作用于神經(jīng)膜上，使昆蟲動(dòng)作失調(diào)、痙攣、麻痹至死亡。,六氯苯C6Cl6,選擇性的抗真菌劑,實(shí)例3：阻燃劑,2.2.1 鹵化,添加型阻燃劑，用于PS、ABS、

4、AS 、不飽和聚酯等，穩(wěn)定性好,四溴雙酚A,四氯雙酚A,2.2.1.3 鹵化反應(yīng)類型,Cl2 FeCl3 Cl+ FeCl4- Cl+FeCl4-,2.2.1 鹵化,取代鹵化 游離基取代：脂肪烴及芳環(huán)側(cè)鏈 親電取代：芳環(huán) 以金屬鹵化物為催化劑，如FeCl3、AlCl3、ZnCl2等,芳環(huán)上親電取代氯化反應(yīng)歷程如下：,加成鹵化 親電加成：酸催化下鹵素、鹵化氫、鹵化物對不飽和鍵的加成 游離基加成：光照和引發(fā)劑作用下鹵素、鹵化氫對不飽和鍵的加成,2.2.1 鹵化,實(shí)例1：氯乙烯和氯乙烷,實(shí)例2：四溴乙烷,實(shí)例3：四氯乙烷,2.2.1 鹵化,置換鹵化 實(shí)例1：鹵素置換羥基： HX、PCl3、PBr3、

5、PI3、 SOCl2,2.2.1 鹵化,置換鹵化,2.2.1 鹵化,實(shí)例2：鹵素置換磺酸基,2.2.2 磺化和硫酸酯化（Sulfonation and Sulfation）,磺化,磺化反應(yīng)定義 向有機(jī)化合物分子中的碳原子上引入磺酸基的反應(yīng)。,硫酸酯化反應(yīng)定義 醇及烯烴等有機(jī)化合物與硫酸進(jìn)行的酯化反應(yīng)。,2.2.2 磺化和硫酸酯化,2.2.2.1 磺化反應(yīng)的作用,賦予產(chǎn)品特定的性能，如水溶性、酸性、表面活性及對纖維的親和力等 磺酸鹽型陰離子表面活性劑,圖1 表面活性劑在溶液表面的定向吸附和膠束的形成,十二烷基苯磺酸鈉,2.2.2 磺化和硫酸酯化,酸性染料,酸性紅G 染色pH=24,圖2 酸性條件

6、下染料與纖維分子的作用,2.2.2 磺化和硫酸酯化,將磺酸基轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌鶊F(tuán)，如-OH、-Cl等 實(shí)例1：2-萘酚的制備,實(shí)例2：氯代蒽醌的制備（同前）,2.2.2 磺化和硫酸酯化,利用磺酸基的可水解性，輔助某些反應(yīng)的進(jìn)行，在反應(yīng)完成后再將其水解掉,還原,4-氨基-4-甲氧基二苯胺 （安安藍(lán)B色基）,2.2.2.2 磺化反應(yīng)試劑,2.2.2 磺化和硫酸酯化,2.2.2.3 主要磺化方法,過量硫酸磺化法（液相磺化法，H2SO4） 共沸去水磺化法（氣相磺化法， H2SO4） 三氧化硫磺化（SO3,無水生成） 氯磺酸磺化（ClSO3H,用于制備磺胺化合物） 芳伯胺烘焙磺化法,2.2.2 磺化和硫酸酯化

7、,2.2.3 硝化和亞硝化（Nitration and Nitrosation）,硝化反應(yīng)定義 向有機(jī)物分子的碳原子上引入硝基，生成C-NO2鍵的反應(yīng)。,硝化反應(yīng)試劑,濃硝酸（93%）：親電反應(yīng)質(zhì)點(diǎn)為NO2+ 混酸（H2SO4-HNO3-H2O）：親電反應(yīng)質(zhì)點(diǎn)為NO2+ 稀硝酸（70%） 親電反應(yīng)質(zhì)點(diǎn)為NO+ 先生成亞硝基化合物，再氧化為硝基化合物,2.2.3 硝化和亞硝化,2.2.3 硝化和亞硝化,主要硝化方法 稀硝酸硝化：用于易于硝化的芳族化合物，如酚、酚醚和N-?；及返?濃硝酸硝化：需要過量很多倍的硝酸，使用較少 濃硫酸介質(zhì)中的均相硝化：以濃硫酸為反應(yīng)介質(zhì) 非均相混酸硝化 工業(yè)上最常用

8、、最重要的硝化方法 適用于被硝化物或硝化產(chǎn)物在反應(yīng)溫度下呈液態(tài)，且難溶或不溶于廢酸 非均相反應(yīng)需要?jiǎng)×覕嚢鑿?qiáng)化傳質(zhì) 有機(jī)溶劑中硝化：避免使用大量硫酸作溶劑,2.2.3 硝化和亞硝化,硝化反應(yīng)的主要用途 硝基轉(zhuǎn)化為其他取代基，主要是氨基 賦予產(chǎn)品特定的性能,2,4,6-三硝基甲苯（TNT）,二甲苯麝香（合成麝香）,2.2.3 硝化和亞硝化,（m.p.=254257）,（m.p.=210）,圖3 偶氮基鄰位硝基在分子內(nèi)氫鍵形成中的作用示意圖,偶氮顏料,2.2.3 硝化和亞硝化,亞硝化反應(yīng) 向有機(jī)物分子的碳原子上引入亞硝基，生成C-NO鍵的反應(yīng)叫做亞硝化反應(yīng) 親電反應(yīng)質(zhì)點(diǎn)為NO+，反應(yīng)活性弱 主要用

9、于在酚類、芳香仲胺和叔胺、富電子的雜環(huán)以及具有活潑氫的脂肪族化合物分子中引入亞硝基,2.2.3 硝化和亞硝化,反應(yīng)實(shí)例,2.2.4 還原和加氫 (Reduction and Hydrogenation),還原反應(yīng)定義 廣義地講，在還原劑的參與下，能使某原子得到電子或電子云密度增加的反應(yīng) 狹義地講，在有機(jī)分子中增加氫或減少氧或兼而有之的反應(yīng),還原劑,2.2.4 還原和加氫,還原方法,2.2.4 還原和加氫,2.2.4.1 催化加氫（催化氫化）,定義：含有不飽和鍵的有機(jī)物分子，在催化劑的存在下，與氫分子反應(yīng)，使不飽和鍵全部或部分加氫的反應(yīng),芳雜環(huán),2.2.4 還原和加氫,催化劑 一般金屬系列：Ni

10、、Cu、Mo、Cr、Fe、Pb 貴金屬系列：Pt、Pd、Rh、Ir、Os、Ru、Re 還原型純金屬粉： Pt、Pd、Ni等，如骨架鎳、骨架銅 化合物型：氫氧化物、氧化物、硫化物如PtO2、MoS 載體型：如Pt/C、Pd/C,2.2.4 還原和加氫,2.2.4 還原和加氫,實(shí)例,2.2.4 還原和加氫,反應(yīng)的特點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn) 反應(yīng)易于控制 產(chǎn)品純度較高 收率較高 三廢少 應(yīng)用廣泛 缺點(diǎn) 需要使用帶壓設(shè)備，安全措施要求高 催化劑選擇要求嚴(yán)格,2.2.4.2 化學(xué)還原,電解質(zhì)溶液中的鐵屑還原,2.2.4 還原和加氫,以金屬鐵為還原劑，反應(yīng)在電解質(zhì)溶液中進(jìn)行 選擇性好（硝基或其它含氮的基團(tuán)） 工藝成熟、簡

11、單，適用范圍廣 副反應(yīng)少 對設(shè)備要求低 產(chǎn)生大量的含胺鐵泥和廢水,硫化堿還原 Na2S、 Na2S2 、 Na2Sx 、 NaHS 、 NH4HS 鋅粉還原：在堿性介質(zhì)中硝基化合物的雙分子還原,2.2.4 還原和加氫,2.2.4 還原和加氫,其它化學(xué)還原方法 金屬復(fù)氫化合物 NaBH4、KBH4、LiAlH4、LiBH4 反應(yīng)速度快、副反應(yīng)少、產(chǎn)品收率高、反應(yīng)條件溫和、選擇性好 可使羧酸及其衍生物還原成醇、羰基還原成羥基 不能還原碳碳不飽和鍵,2.2.4 還原和加氫,醇鋁 作用溫和、選擇性高、反應(yīng)速度快、副反應(yīng)少、收率高 使羰基還原為羥基 不能還原碳碳不飽和鍵、-NO2等 硼烷 可在-NO2

12、、-Cl、-CN、酯基、羰基存在下將羧酸還原成相應(yīng)的醇,2.2.5 重氮化和重氮基的轉(zhuǎn)化,2.2.5.1 重氮化反應(yīng)（Diazotization） 定義：氨基化合物轉(zhuǎn)變成重氮化合物的反應(yīng),HXHCl、HBr、濃H2SO4、稀H2SO4 、HNO3等,反應(yīng)的特點(diǎn) 無機(jī)酸過量：芳胺與無機(jī)酸的物質(zhì)的量比為1:2.254 反應(yīng)中要保持亞硝酸微過量，以防止副產(chǎn)物（重氮氨基化合物）的生成,重氮氨基化合物,ArN2+ + ArNH2 Ar-N=N-NHAr,低溫反應(yīng)：一般為010,2.2.5 重氮化和重氮基的轉(zhuǎn)化,2.2.5.2 重氮基的轉(zhuǎn)化反應(yīng),2.2.5 重氮化和重氮基的轉(zhuǎn)化,（1）偶合反應(yīng) 定義：重氮

13、鹽與芳環(huán)、雜環(huán)或具有活潑亞甲基的化合物反應(yīng)，生成偶氮化合物的反應(yīng)叫做偶合反應(yīng) 是制備偶氮化合物（染料、顏料）的重要方法,2.2.5 重氮化和重氮基的轉(zhuǎn)化,（2）重氮鹽還原為芳肼,中性至弱酸性,苯基吡唑酮,2.2.5 重氮化和重氮基的轉(zhuǎn)化,（3）脫氨基反應(yīng)：在適當(dāng)還原劑做一些失去重氮基,（4）置換為含氧基（羥基、烷氧基）,2.2.5 重氮化和重氮基的轉(zhuǎn)化,（5）置換為鹵基等（Sandmeyer反應(yīng)）：芳胺重氮鹽在亞銅鹽催化下，置換成-Cl、-Br、 -I、 -CN等,Na2Cu(CN)4NH3,2.2.5 重氮化和重氮基的轉(zhuǎn)化,2.2.6 烴化（Hydrocarbylation）,定義 是在有機(jī)

14、化合物分子中的碳、硅、氮、磷、氧或硫原子上引入烴基的反應(yīng)的總稱。,2.2.6 烴化,引入的烴基 烷基（-R） 烯基（-C=C-） 炔基（-CC-） 芳基（-Ar） 取代烴基 羧甲基（-CH2COOH） 羥乙基（-CH2CH2OH） 氰乙基（-CH2CH2CN）,（1）鹵烷：CH3Cl, CH3I, C2H5Cl, C2H5Br, ClCH2COOH,Ph-CH2Cl; （2）酯類：(RO)2SO2, PhSO2OR, CH3-Ph-SO2OR, (RO)3PO （3）醇類和醚類：CH3OH, C2H5OH, n-C4H9OH,C12H25OH, CH3OCH3, C2H5OC2H5; （4）環(huán)

15、氧化合物： , ； （5）烯烴和炔烴：CH2=CH2, CH3CH=CH2, R-CH=CH2, CH2=CHCN, CH2=CHCOOCH3, CHCH; （6）羰基化合物：HCHO, CH3CHO, C3H7CHO, Ph-CHO, CH3COCH3,烴化試劑,2.2.6 烴化,2.2.7 ?；ˋcidylation, Acylation）,?；磻?yīng)定義 有機(jī)化合物分子中與C原子、N原子、O原子或S原子相連的H原子被?；〈姆磻?yīng),表1 基質(zhì)上不同原子酰化反應(yīng)產(chǎn)物,硫酸,硫?；?砜基,羰基,碳?；?（羧基）,碳酸,甲?；ㄈ┗?甲酸,乙?；?乙酸,苯磺?；?苯甲?；?2.2.7 ?；?/p>

16、,?；?是指從含氧的無機(jī)酸或有機(jī)酸的分子中除去一個(gè)或幾個(gè)羥基后所剩余的基團(tuán)。,2.2.7 ?；??；噭乎Ｂ?、酸酐、羧酸等 反應(yīng)實(shí)例,2.2.8 氧化（Oxidation）,氧化反應(yīng)定義 指在氧化劑存在下，有機(jī)物分子中增加氧或減少氫的反應(yīng)。 氧化劑：氧氣或化學(xué)氧化劑等 反應(yīng)的目的：主要用來制備醇、醛、酮、羧酸、醌、酚、環(huán)氧化合物和過氧化物等,2.2.9 水解（ Hydrolysis ）,水解反應(yīng)定義 指有機(jī)化合物X-Y與水的復(fù)分解反應(yīng)。,（2）芳磺酸鹽的堿性水解（堿熔）,水解反應(yīng)方式 （1）芳磺酸的酸性水解,（6）酰胺的水解,（4）芳香族重氮鹽的水解,（5）酯的水解,（3）鹵素化合物的水解,

17、（7）芳伯胺的水解 （8）碳水化合物水解,2.2.9 水解,2.2.10 環(huán)合反應(yīng)（ Cyclization ）,環(huán)合反應(yīng)定義 又稱“閉環(huán)” 或“成環(huán)縮合”反應(yīng)，指在有機(jī)化合物分子中形成新的碳環(huán)或雜環(huán)的反應(yīng),2.2.11 縮合反應(yīng)（ Condensation ）,凡是兩個(gè)分子通過反應(yīng)失去一個(gè)小分子，生成一個(gè)較大分子的反應(yīng)，以及兩個(gè)分子通過加成反應(yīng)生成一個(gè)較大分子的反應(yīng)都可稱為“縮合反應(yīng)”。,2.2.12 聚合反應(yīng)（ Polymerization ）,聚合反應(yīng)用于制備高分子齊聚物或聚合物，高分子齊聚物分子量一般都為幾百到幾千，高分子聚合物分子量一般都大于10000。,2.3 合成路線設(shè)計(jì)舉例,苯酚的合成,2-萘酚的生產(chǎn)過程,（1）磺化,（2）鹽析,2.3 合成路線設(shè)