精细化学品合成技术-第2章-常见精细有机合成反应

1、1 1、精细化工和精细化学品、精细化工和精细化学品 精细化工：即精细化学工业，是生产精细化工：即精细化学工业，是生产精细化学品精细化学品的工业。的工业。 精细化学品：精细化学品：对基本化学品的初级或次级化学品深加工而制取的对基本化学品的初级或次级化学品深加工而制取的具有特定功能、特定应用功能、合成工艺中步骤多、产量小、产具有特定功能、特定应用功能、合成工艺中步骤多、产量小、产品附加值高等系列产品，例如医药、农药、食品添加剂等。品附加值高等系列产品，例如医药、农药、食品添加剂等。通用化学品通用化学品 通用化学品（大宗化学品）通用化学品（大宗化学品）：指应用范围广泛、生产中技术要求：指应用范围广泛

2、、生产中技术要求高、生产批量大的化学品。如三酸、两碱、化肥、乙烯、苯及合高、生产批量大的化学品。如三酸、两碱、化肥、乙烯、苯及合成树脂、合成橡胶、合成纤维等。成树脂、合成橡胶、合成纤维等。2 2、精细化工的特点、精细化工的特点 多品种，小批量多品种，小批量 大量采用复配技术大量采用复配技术 投资小、附加价值高、利润大投资小、附加价值高、利润大 技术密集度高、产品更新换代快技术密集度高、产品更新换代快 主体结构主体结构精细化学品精细化学品 取代基取代基3 3、精细有机合成的单元反应、精细有机合成的单元反应1) 精细化学品的主要取代基精细化学品的主要取代基 卤素：卤素：-Cl、-Br、-I、-F

3、含氮基团：含氮基团：-NO2、-NO、-NH2、-NHR、-NR1R2 -NHCO-、-NH2OH、-N2+X-、-N=N-、-NHNH2、 -CN 含硫基团：含硫基团：-SO3H、-SO2Cl、-SO2NH2、-SO2NHR 含氧基团：含氧基团：-OH、-OR、-OAc、-COH、-COR、 -COOH、-COOR、-COCl、-CONH2 烷基、酰基烷基、酰基合成工艺路线的选择依据合成工艺路线的选择依据 路线短路线短 总收率最高总收率最高 易于工业化生产易于工业化生产 成本低，经济效益高成本低，经济效益高 原料易得原料易得 卤化反应定义卤化反应定义 氟化（氟化（fluoration） 氯化

4、（氯化（chloration） 溴化（溴化（bromation,bromination） 碘化（碘化（iodation）卤化反应的目的卤化反应的目的 赋予最终产品某些性能赋予最终产品某些性能(1)(1)色光色光NNNNNNNNCuNNNNNNNNCuCl13 15铜酞菁（酞菁蓝）高氯代铜酞菁（酞菁绿）七氟菊酯（2）杀虫、杀菌性CH3FFFFCH3H3CCOOCH2CCF3CCl（3）引入一个或多个卤原子改进性能-阻燃性Cl215,四 氯 化1,2 二 氯 乙 烷 溶 剂CCH3CH3HOOHClClClClCCH3CH3HOOHCCH3CH3HOOHBrBrBrBr（4 4）增加有机物分子的极

5、性，通过卤素转化其他取代基）增加有机物分子的极性，通过卤素转化其他取代基X(Cl) NH2,OH,F,OR,OAr 亲核置换Cl+ 置换卤化置换卤化：亲核反应置换卤化：亲核反应置换卤化取代卤化取代卤化：亲电取代：亲电取代：芳环芳环 游离基取代：游离基取代：脂肪烃脂肪烃及及芳环侧链芳环侧链1.1.芳环上的取代卤化反应芳环上的取代卤化反应反应历程反应历程+Cl2Cl+HClCl+H+Cl+HCl. .+慢快n以金属卤化物为催化剂：FeCl3,AlCl3,ZnCl2 Cl2 FeCl3 Cl+ FeCl4- Cl+FeCl4- 以以硫酸硫酸为催化剂为催化剂 以以碘碘为催化剂为催化剂H2SO4 H+

6、HSO4-H+ Cl2 Cl+ HClI2 Cl2 2IClICl I+ Cl-I+ Cl2 Cl+ ICl 以以次卤酸次卤酸为催化剂为催化剂Cl2 H2O HOCl H+ Cl-HOCl H+ H2+OCl慢H2+OCl Cl+ H2O快苯环上有吸电子取代基，反应较难进行，需要加入催化剂；苯环上有供电子取代基，反应容易进行，可以不用催化剂。催化剂的选择催化剂的作用：卤化速率、卤原子进入芳环的位置、 邻对位卤化产物的比例。 苯的一氯化制氯苯 FeCl3 苯的二氯化制二氯苯 Sb2S3,SbCl3, （三氯化锑） 甲苯的氯化制对氯甲苯 复合催化剂 对氯甲苯氯化制2,4-二氯甲苯 SbCl3、Na

7、KL沸石 苯酚氯化催化制邻氯苯酚 胺类碱性催化剂（收率93.5%） 对氯苯酚 AlCl3（二苯硫醚介质） 2,4-二氯苯酚 Fe, ZMF-1反应动力学及氯化深度反应动力学及氯化深度k1k3k2 每摩尔纯苯所消耗的氯气的量（摩尔）叫做氯化深度。芳环取代氯化反应的影响因素芳环取代氯化反应的影响因素 原料纯度原料纯度 （1 1）水份：）水份：0.040.04 （2 2）氢气含量：）氢气含量：4 4 （3 3）噻吩：使催化剂中毒；腐蚀设备）噻吩：使催化剂中毒；腐蚀设备 （4 4）循环使用的苯（苯氯比）循环使用的苯（苯氯比4:14:1）中氯苯的影响）中氯苯的影响 混合作用混合作用 在连续反应时，由于反

8、应器型式选择不当、传质不均匀，使反应生成的产物未能及时离开，又返回反应区域促进连串反应的进行，这种现象叫返混作用。图 氯苯的生产工艺 反应介质反应介质 液态：无需溶剂液态：无需溶剂 固态：水固态：水 浓硫酸、发烟硫酸、氯磺酸等浓硫酸、发烟硫酸、氯磺酸等 有机溶剂有机溶剂O2NNH2HCl+NaClOO2NNH2Cl05,H2O浓H2SO4,90100OOOOClClClClCl2,I2,催 化OHCOOHOHCOOHCl2,110乙 酸 或 氯 苄 介 质Cl芳环取代氯化反应实例芳环取代氯化反应实例 氯苯的生产氯苯的生产 （1 1）直接氯化法直接氯化法Cl2FeCl3Cl图 沸腾氯化塔1-酸水

9、排放口2-苯及氯气入口3-炉条4-填料铁圈或废铁管5-钢壳衬耐酸砖6-氯化液出口7-挡板8-气体出口图 氯苯生产工艺流程图1-流量计,2-氯化塔,3-液封器,4,5-冷凝器,6-酸苯分离器,7-冷却器氯化重要实例（氯化重要实例（2,6-二氯苯酚）二氯苯酚） a 双酚双酚A的氯化脱烃基的氯化脱烃基合成路线：合成路线：HOHOCCH3CH3OHCOH3CCH3缩合氯化，Cl2,151,2-二氯乙烷溶剂HOCHCH3CH3OHClClClCl四氯双酚A，阻燃剂COH3CCH3脱烃基HOClCl收率71.4%73%,成本低2双酚A b环已酮氯化，热解脱氯化氢环已酮氯化，热解脱氯化氢 环已酮的氯化是羰基

10、的环已酮的氯化是羰基的氢的完全氯化，氯氢的完全氯化，氯化收率可达化收率可达99.5%，总收率可达，总收率可达95.8%；O氯化,Cl2,60以下氯苯溶剂，二甲基乙酰胺催化OClCl热解，-2HCl吡啶酸，回流OHClCl2,6-二氯苯酚氯化重要实例（氯化重要实例（2,6-二氯苯酚）二氯苯酚） C 对叔丁基苯酚的氯化，脱叔丁基法对叔丁基苯酚的氯化，脱叔丁基法 此法原料易得，氯化收率此法原料易得，氯化收率98%，脱叔丁基，脱叔丁基收率收率91.5%，成本低。，成本低。OHC(CH3)3OHClClOHClClC(CH3)3脱叔丁基C6H5Cl,AlCl3 130氯化,Cl2CCl4,AlCl3氯化

11、重要实例（氯化重要实例（2,6-二氯苯酚）二氯苯酚）氯化重要实例氯化重要实例 2,6-二氯苯胺二氯苯胺 其是重要的医药中间体，纯度要求其是重要的医药中间体，纯度要求99.5%以上，因此不能用苯胺的直接氯以上，因此不能用苯胺的直接氯化法来制备；其合成路线较多，现已改化法来制备；其合成路线较多，现已改用用二苯脲的磺化二苯脲的磺化 优点：原料低廉，收率高，生产成本低。优点：原料低廉，收率高，生产成本低。 缺点：水蒸汽消耗量大，硫酸废液多缺点：水蒸汽消耗量大，硫酸废液多。氯化重要实例2,6-二氯苯胺二氯苯胺NH2HNNHCO盐酸介质H2NNH2COH2SO4 磺化浓H2SO4HNNHCOSO3HSO3

12、H氯化，Cl2水介质HNNHCOSO3HSO3HClClClCl水解，-CO2稀H2SO470120NH2SO3HClClNH2ClCl水解，-SO3H50%70%H2SO4140170二苯脲氯化重要实例氯化重要实例 较有前途的是环已酮的氯化、胺化、热解脱氯较有前途的是环已酮的氯化、胺化、热解脱氯化氢法化氢法： 总收率总收率71%、此法不产生、此法不产生H2SO4废液。废液。 例如：例如：OOCl2Cl299.5%NHCl2Cl282%NHClCl87%氯化，Cl2氨解，NH3甲苯，TiCl4 Cat 520热解，-HCl氯苯，100,5h产量最大的实例是产量最大的实例是芳香族溴系阻燃剂芳香族

13、溴系阻燃剂，都是高熔，都是高熔点固体。点固体。 （1） 十溴二苯醚的制备十溴二苯醚的制备 纯品含溴纯品含溴83.3%（质量分数），熔点最高可达（质量分数），熔点最高可达306310在大多数溶剂中溶解度很小。在大多数溶剂中溶解度很小。O十溴化OBrBrBrBrBrBrBrBrBrBr 四溴双酚四溴双酚A的制备的制备 HOHOCCH3CH3OHCOH3CCH3缩合HOCHCH3CH3OHBrBrBrBr四溴化含水甲醇（乙醇），氯苯双酚A2此溴化反应是在含水甲醇、乙醇或氯苯介质中，在常温用溴素进行的，溴化后可加入H2O2使副产的HBr氧化成溴，其溶剂可回收。 （3） 四溴苯酐的制备四溴苯酐的制备。

14、纯品溴（质量分数）纯品溴（质量分数）68.9，熔点，熔点279-280，不溶于水和脂烃，微溶烃类溶剂。不溶于水和脂烃，微溶烃类溶剂。 邻苯二甲酸酐在发烟邻苯二甲酸酐在发烟H2SO4中用溴溴化，用碘催化，中用溴溴化，用碘催化，副产的副产的HBr被发烟被发烟H2SO4氧化成溴，循环利用。氧化成溴，循环利用。CCOOOCCOOO四溴化碘CatBrBrBrBr邻苯二甲酸酐碘化重要实例碘化重要实例 （1）2,6-二碘二碘-4-氰基苯酚的制备氰基苯酚的制备OHCN+ I2+ Cl2甲醇溶剂2025OHCNII+2HCl对氰基苯酚2,6-二碘-4-氰基苯酚 （2） 2-碘苯氧乙酸OCH2COOH+I2+ H

15、2O2甲醇溶剂2025OCH2COOHI+ 2H2O苯氧乙酸植物生长调节剂22在乙酸和CCl4溶剂中，在少量H2SO4中存在下用碘和H2O2碘化而得 碘化重要实例碘化重要实例 （3） 3-乙酰氨基乙酰氨基-2,4,6-三碘苯甲酸钠三碘苯甲酸钠（人（人体体X-射线造影用药剂）药名射线造影用药剂）药名“乌洛康钠乌洛康钠”NH2HClNH2HClI间氨基苯甲酸盐酸盐COOHIICOOHNHCOCH3IIICOONa3ICl;碘化 甲苯甲苯 苯苯 蒽醌蒽醌饱和烃类饱和烃类当芳环上存在吸电子基：当芳环上存在吸电子基：-NO2、-SO3H、-COOH时，磺化变难时，磺化变难当存在供电子基当存在供电子基-C

16、l、-CH3、-OH、-NH2时，磺化反应变易。时，磺化反应变易。磺化反应是磺化反应是亲电亲电取代反应取代反应（1）取代基的影响）取代基的影响（2）空间效应的影响）空间效应的影响表表 一磺化异构产物的比例（一磺化异构产物的比例（2525，89.1%89.1%H2SO4) )R RCH3C2H5CH(CH3)2C(CH3)3o/po/p0.880.880.390.390.0570.0570 0R不同磺化剂对反应的影响不同磺化剂对反应的影响 产物与磺化剂的种类、浓度和反应温度有关。产物与磺化剂的种类、浓度和反应温度有关。6060+H2SO4SO3HSO3H160160+SO3HSO3HHO3SSO

17、3HSO3HSO3HSO3HH H2 2SOSO4 4SOSO3 3H H2 2SOSO4 41601601701708 80 0 多磺化产物的制备往往需要进行多步磺化。多磺化产物的制备往往需要进行多步磺化。SO3HSO3HSO3HSO3HSO3HSO3HSO3HSO3HSO3HHO3S6060H H2 2SOSO4 4SOSO3 3H H2 2SOSO4 435355555SOSO3 3H H2 2SOSO4 450509090SOSO3 3H H2 2SOSO4 4150150250250 磺化速率与硫酸中所含水浓度的平方成反比例，当硫酸浓度降磺化速率与硫酸中所含水浓度的平方成反比例，当硫

18、酸浓度降低一定值，磺化反应停止，此时剩余的酸称为低一定值，磺化反应停止，此时剩余的酸称为废废酸酸(w)(w)，习惯上把习惯上把这种废酸折算成三氧化硫的质量分数表示，称为这种废酸折算成三氧化硫的质量分数表示，称为“ ”值。值。不同物质磺化不同物质磺化 是不同的，如苯单磺化废酸浓度是不同的，如苯单磺化废酸浓度78.4% ( =64)单磺化的硫酸浓度单磺化的硫酸浓度(a)一定要大于废酸浓度一定要大于废酸浓度(w)aw根据磺化根据磺化 值，选定磺化剂值，选定磺化剂 =80 w98X=80（100-）a- a：磺化剂初始浓度，折算以：磺化剂初始浓度，折算以SO3的质量分数。的质量分数。每摩尔被磺化物在单

19、磺化时所需的磺化剂用量每摩尔被磺化物在单磺化时所需的磺化剂用量X X为：为：磺化剂初始浓度磺化剂初始浓度a降低磺化剂用量增大，降低磺化剂用量增大，当当a降到降到，磺化剂用量增到无穷大。磺化剂用量增到无穷大。磺化反应磺化反应: a磺化反应磺化反应: a808098%981%98)(6 .818098%1001%100)(1008080%1001%100(4242424233aSOHSOHaSOHSOHaSOSO常用磺化剂的常用磺化剂的a值值98%酸只能磺化小于80的反应！改变定位改变定位-汞、钯、铊和铑等在蒽醌磺化中的汞、钯、铊和铑等在蒽醌磺化中的 - -位定位作用。位定位作用。抑制副反应抑制副

20、反应-磺化反应中加入无水硫酸钠。磺化反应中加入无水硫酸钠。影响反应速度：影响反应速度：影响磺酸进入的位置。影响磺酸进入的位置。 避免磺化剂浓度局部过高使反应混合均匀。避免磺化剂浓度局部过高使反应混合均匀。避免发生局部过热现象而导致副反应发生，并有利于热量导出。避免发生局部过热现象而导致副反应发生，并有利于热量导出。 苯与浓硫酸在加热下或与发烟硫酸作用，生成苯磺酸。苯与浓硫酸在加热下或与发烟硫酸作用，生成苯磺酸。H2S2O770SO3HSO3HSO3H 若在较高温度下反应，则苯磺酸可进一步生成苯二磺酸，且若在较高温度下反应，则苯磺酸可进一步生成苯二磺酸，且主要生成间位产物。主要生成间位产物。SO

21、3H+浓H2SO480H2OH2SO4，3050SO3+SO3H 反应可逆，生成的水使 变稀，磺化速度变慢，水解速度加快，故常用发烟硫酸进行磺化，以减少可逆反应的发生。H2SO4 烷基苯磺化产物是邻位和对位取代物的混合物。烷基苯磺化产物是邻位和对位取代物的混合物。萘的磺化时磺酸基进入的位置和反应温度有关。SO3HSO3HH2SO4100%H2SO495%160CH3CH3CH3SO3HSO3H+ H2SO4邻甲基苯磺酸对甲基苯磺酸反应温度不同025100产物比例不同43%32%13%53%62%79% 十二烷基苯磺酸钠是合成洗涤剂工业中产量最大，用途最广的阴十二烷基苯磺酸钠是合成洗涤剂工业中产

22、量最大，用途最广的阴离子表面活性剂离子表面活性剂 反应原理反应原理C12H25SO3空气C12H25SO3H 该反应属于气液非均相反应，化学反应速度很快，几乎在瞬间完成，该反应属于气液非均相反应，化学反应速度很快，几乎在瞬间完成，且放出大量的热，因此，工业上用干燥的空气将三氧化硫稀释至浓度且放出大量的热，因此，工业上用干燥的空气将三氧化硫稀释至浓度为为4-7%。 磺化反应器磺化反应器 磺化工艺磺化工艺1、定义：向有机物分子碳原子上引入硝基，生成、定义：向有机物分子碳原子上引入硝基，生成C-NO2键的反应叫做键的反应叫做硝化。硝化。ArH HNO3 ArNO2 H2O2、硝化的目的、硝化的目的

23、将硝基转化为其它基团（将硝基转化为其它基团（-NH2） 提高亲核置换反应活性提高亲核置换反应活性 满足产品性能要求满足产品性能要求一、一、硝化反应概述硝化反应概述 将硝基转化为其它基团将硝基转化为其它基团Na3AsO3Fe + NaOHZn + NaOH 提高亲核置换反应活性提高亲核置换反应活性Cl2NaOH+ONaNaClH2O+10% NaOH350-400,20-30MPaClNO22NaOH+ONaNO2NaClH2O+10% NaOH160,0.6MPaClNO2NO22NaOH+ONaNO2NO2NaClH2O+10% NaOH100,常压常压活性增强活性增强 扑热息痛扑热息痛(

24、(对乙酰氨基酚对乙酰氨基酚) )NO2OHNH2OHOHNHCOCH3ClNO2ClFeCl3Cl2混酸硝化混酸硝化水解水解还原还原乙酰化乙酰化 满足产品的性能要求满足产品的性能要求NO2CH3NO3NO3O3NNO2NO2O2NCH3(CH3)3CCH3COCH3NO2O2NCH3(CH3)3CCH3NO2O2NCH3C(CH3)3OCH3二甲苯麝香葵子麝香酮麝香硝化甘油、硝化甘油、硝酸异山梨酯、硝酸异山梨酯、新戊四硝酸酯。新戊四硝酸酯。3、硝化剂、硝化剂硝化试剂：在硝化反应中能提供硝基（硝化试剂：在硝化反应中能提供硝基（-NO2）的化学物质）的化学物质 硝酸（硝酸（HNO3） 混合酸：（混

25、合酸：（HNO3-H2SO4-H2O） 硝酸与乙酸酐混合物（硝酸与乙酸酐混合物（HNO3-(CH3CO)2O） 有机硝酸酯（有机硝酸酯（C2H5CO-ONO2） 含氮氧化物（含氮氧化物（N2O5） 硝化剂主要是硝化剂主要是。由于被硝化物性质和活泼性的不同，硝。由于被硝化物性质和活泼性的不同，硝化剂常常不是单独的硝酸，而是各种质子酸，有机酸，酸酐及化剂常常不是单独的硝酸，而是各种质子酸，有机酸，酸酐及各种各种Lewis酸的混合物。酸的混合物。4 4、硝化反应的特点、硝化反应的特点 反应不可逆反应不可逆 反应速度快，无需高温反应速度快，无需高温 放热量大，需要及时移除反应热放热量大，需要及时移除反

26、应热 多数为非均相反应，需要加强传质多数为非均相反应，需要加强传质二、硝化反应基本原理二、硝化反应基本原理+ NO2+HNO2NO2-H+慢NO2+ HNO3H2SO450oC, 98%NO2+ H2O 芳环上的硝化反应是典型的亲电取代反应芳环上的硝化反应是典型的亲电取代反应 一般认为硝化剂是以一般认为硝化剂是以NO2+(硝酰正离子硝酰正离子)形式参与反应的。形式参与反应的。 硝硝 酸酸要产生高浓要产生高浓度度NO2+,减减少水量少水量 硝酸主要使用活性较高的酚、酚醚、芳胺及稠环芳烃的硝化。硝酸主要使用活性较高的酚、酚醚、芳胺及稠环芳烃的硝化。 硝化反应速度不断下降，氧化反应显著增强。（硝酸浓

27、度减小）硝化反应速度不断下降，氧化反应显著增强。（硝酸浓度减小） 浓硝酸、浓硝酸、发烟硝酸发烟硝酸主要以分子状态存在，仅有少部分硝酸经分子主要以分子状态存在，仅有少部分硝酸经分子间质子的转移而离解成间质子的转移而离解成NO2+，硝化能力不强。，硝化能力不强。(3%)HNO3+HNO3H2NO3+NO3-H2NO3+OH2+NO2+ 混酸（混酸（H2SO4-HNO3-H2O）H2SO4+HNO3HSO4-+H2NO3+H2SO4+H2NO3+H3O+NO2+HSO4- 混酸中硫酸的加入可以大大提高硝酸的硝化能力。混酸中硫酸的加入可以大大提高硝酸的硝化能力。 质子酸质子酸 混酸中硫酸增大，有利于混

28、酸中硫酸增大，有利于NONO2 2+ +离解，提高硝化能力，减少氧化作用。离解，提高硝化能力，减少氧化作用。 混酸中混酸中HNO3%510152040608090100HNO3转化转化NO2+转化率转化率/%1001008062.528.816.79.85.91.0D.V.S.废酸中水的质量废酸中水的质量废酸中硫酸的质量废酸中硫酸的质量混酸中硫酸的质量混酸中硫酸的质量混酸中水的质量反应生成水的质量混酸中水的质量反应生成水的质量G(H2SO4)100G(H2SO4)G(HNO3)2G(HNO3)/7 硫酸脱水值（硫酸脱水值（D.V.S. ）：硝化终了时废酸中硫酸和水的质量比）：硝化终了时废酸中硫

29、酸和水的质量比 混酸的硝化能力混酸的硝化能力废酸计算含量（废酸计算含量（F.N.A. ）：）： 硝化终了时硝化终了时废酸中硫酸的质量百分数废酸中硫酸的质量百分数叫做废酸计算含量叫做废酸计算含量（质量分数），也叫做硝化活性因数。（质量分数），也叫做硝化活性因数。F.N.A.废酸的总质量废酸的总质量废酸中硫酸的质量废酸中硫酸的质量100G(H2SO4)1005G(HNO3)/7100硝酸与乙酸酐的混合硝化剂硝酸与乙酸酐的混合硝化剂 这是仅次于硝酸和混酸的常用的重要硝化剂。这是仅次于硝酸和混酸的常用的重要硝化剂。 特点：反应较温和，使用于被氧化和易被混和酸所分解的硝化特点：反应较温和，使用于被氧化和

30、易被混和酸所分解的硝化反应。反应。 反应机理：以反应机理：以NO2+为主，使用于芳烃、杂环化合物、不饱和烃、为主，使用于芳烃、杂环化合物、不饱和烃、胺、醇、以及肟等的硝化。胺、醇、以及肟等的硝化。 其它的硝化剂有：有机硝酸酯、氮的氧化物（其它的硝化剂有：有机硝酸酯、氮的氧化物（N2O5为重为重要）、硝酸盐和硫酸混和溶液。要）、硝酸盐和硫酸混和溶液。三、硝化反应的影响因素三、硝化反应的影响因素被硝化物的性质被硝化物的性质硝化剂硝化剂反应介质反应介质温度温度搅拌搅拌相比和硝酸比相比和硝酸比加料方式加料方式硝化副反应硝化副反应u被硝化物的性质被硝化物的性质 苯系苯系R表表 取代基取代基(R)对硝化反

31、应速度的影响对硝化反应速度的影响ROHOCH3HCNNO2N+(CH3)3v v相对相对1000100024.524.51 11010-4-41010-5-5-7-71010-7-7亲电取代，苯环电荷亲电取代，苯环电荷密度大，反应速度快密度大，反应速度快+ HNO3H2SO450oC, 98%NO2+ H2ONO2+ HNO3H2SO4100oCNO2NO2+ H2O+ HNO330oCCH3NO2+ H2OCH3CH3NO2+HNO3/H2SO450oCCH3NO2O2NCH3NO2NO2+HNO3/H2SO4100oCCH3NO2O2NNO22,4,6-三硝基甲苯三硝基甲苯硝化剂硝化剂o,

32、%m,%p,%o/p80HNO340.7059.30.6990HNO323.5076.50.31HNO3- H2SO419.42.178.50.25HNO3- (CH3CO)2O67.82.529.72.28NHCOCH3NHCOCH3NO2NHCOCH3NO2硝化硝化+ 对硝化产物异构体比例的影响对硝化产物异构体比例的影响u硝化剂对消化反应影响硝化剂对消化反应影响 消化剂消化能力取决离解形成消化剂消化能力取决离解形成NO2+的难易程度的难易程度 硝酸乙酯硝酸乙酯 硝酸硝酸 硝酸硝酸-醋酐醋酐 五氧化氮五氧化氮 氯硝酰氯硝酰 硝酸硝酸-硫酸硫酸 硝酰硼氟酸硝酰硼氟酸 特殊硝化剂特殊硝化剂（1）

33、HNO3-H2SO4(H3PO4):增加增加p-位异构体收率。位异构体收率。（2）NaNO3(KNO3)-H2SO4:可良好控制硝化剂量，减少水可良好控制硝化剂量，减少水的积累，用于苯甲醛、苯甲酸等的硝化。的积累，用于苯甲醛、苯甲酸等的硝化。（3）HNO3-(CH3CO)2O:无氧化性，与酚醚或无氧化性，与酚醚或N-酰芳胺反应，酰芳胺反应，可提高可提高o/p。（4）RONO2：碱性条件的硝化剂。：碱性条件的硝化剂。u反应介质反应介质SO3HSO3HSO3HSO3HSO3HSO3HNO2NO2硝化浓硫酸硝化烟酸1,5-萘二磺酸1-硝基萘-4,8-二磺酸2-硝基萘-4,8-二磺酸表表 反应介质对硝

34、化产物异构体比例的影响反应介质对硝化产物异构体比例的影响被硝化物被硝化物硝化剂硝化剂- -介质介质温度温度,o,%o,%m,%m,%p,%p,%o/po/p苯甲醚苯甲醚HNO3-H2SO4454531312 267670.460.46HNO3(d d. 1.42)454540402 258580.690.6925%HNO3-CH3COOH656544442 254540.800.80O2NBF4环丁砜环丁砜69690 031312.232.23HNO3-(CH3CO)2O101071711 128282.542.54苄甲醚苄甲醚HNO3-H2SO425252929181853530.550.5

35、5HNO3-(CH3CO)2O252551517 742421.211.21苯乙基甲醚苯乙基甲醚HNO3-H2SO4252532329 959590.540.54HNO3-(CH3CO)2O252562624 434341.821.82甲苯甲苯HNO3(d d. 1.47)303057573 340401.431.43HNO3-(CH3CO)2O252556563 341411.371.37u温度温度 反应温度升高，硝化反应速度加快。反应温度升高，硝化反应速度加快。硝化产物硝化产物k k2525k k3535k k3535/ /k k25250.180.180.470.472.612.610.

36、390.391.231.233.153.15ClNO2NO2Cl 反应温度升高，硝酸分解和氧化副反应速度加快。反应温度升高，硝酸分解和氧化副反应速度加快。 反应温度升高，反应选择性下降。反应温度升高，反应选择性下降。温度，温度，o,%o,%m,%m,%p,%p,%303057.257.23.53.539.339.3606057.657.67.17.135.335.3容易进行的硝化反应：容易进行的硝化反应：1090较难进行的硝化反应：较难进行的硝化反应：30130u搅拌搅拌 促进传热：及时移除反应热促进传热：及时移除反应热 促进传质：增加反应界面，加快反应速度促进传质：增加反应界面，加快反应速度

37、在硝化反应中停止搅拌或导致搅拌失在硝化反应中停止搅拌或导致搅拌失效时，大量活泼的硝化剂在酸相中积效时，大量活泼的硝化剂在酸相中积累，一旦搅拌再次开动，就会突然发累，一旦搅拌再次开动，就会突然发生激烈反应，在瞬间放出大量的热，生激烈反应，在瞬间放出大量的热，使温度失去控制，而导致发生事故。使温度失去控制，而导致发生事故。u相比和硝酸比相比和硝酸比 相比相比 混酸与被硝化物的混酸与被硝化物的质量比质量比叫做叫做相比相比，也叫酸油比。，也叫酸油比。提高相比有利于：被硝化物的溶解和分散；提高相比有利于：被硝化物的溶解和分散； 增加反应界面，加快反应；增加反应界面，加快反应； 控制反应温度，使反应平稳。

38、控制反应温度，使反应平稳。 硝酸比（硝酸比（）硝酸与被硝化物的硝酸与被硝化物的摩尔比摩尔比叫做叫做硝酸比硝酸比。容易进行的硝化反应：过量容易进行的硝化反应：过量15较难进行的硝化反应：过量较难进行的硝化反应：过量1020硝化生产方式硝化生产方式间歇过程：间歇过程：连续过程：连续过程：设备小、效率高、便于自动化，适于大规模生产；设备小、效率高、便于自动化，适于大规模生产；灵活性和适应性强、使用小批量、多品种生产；灵活性和适应性强、使用小批量、多品种生产；硝化加料顺序硝化加料顺序并加法并加法 ：将被硝化物和混酸按一定比例同时流入反应锅中的方法，这种：将被硝化物和混酸按一定比例同时流入反应锅中的方法

39、，这种加料方式常用在连续硝化中。加料方式常用在连续硝化中。 正加法正加法 ：将混酸逐渐加入到被硝化物中的方法，这种方式常用于被硝化：将混酸逐渐加入到被硝化物中的方法，这种方式常用于被硝化物容易硝化的过程。物容易硝化的过程。 反加法反加法 ：将被硝化物逐渐加到混酸中的方法，这种加料方式适于制备：将被硝化物逐渐加到混酸中的方法，这种加料方式适于制备多硝基化合物，或被硝化物难于硝化的过程。多硝基化合物，或被硝化物难于硝化的过程。u加料方式加料方式u硝化副反应硝化副反应 硝酸分解硝酸分解 氧化：生成硝基酚类氧化：生成硝基酚类 多硝化多硝化 形成黑色络合物形成黑色络合物（C6H5CH32ONOSO3H3

40、H2SO3）四、典型硝化反应四、典型硝化反应 苯与混酸的混合物于苯与混酸的混合物于50-60反应，生成硝基苯。反应，生成硝基苯。+HNO3H2SO4浓50-60NO2+ H2O 硝基苯不容易继续硝化，要在更高的温度或用硝化能力更强的硝化硝基苯不容易继续硝化，要在更高的温度或用硝化能力更强的硝化剂才能发生反应，且主要生成间二硝基苯。剂才能发生反应，且主要生成间二硝基苯。+HNO3H2SO495NO2+ H2O(发烟)发烟NO2NO2 烷基苯较苯容易发生硝化反应，在混酸作用下，得到邻位和对位烷基苯较苯容易发生硝化反应，在混酸作用下，得到邻位和对位硝基苯。硝基苯。+HNO3H2SO4NO2+ NO2

41、CH3浓CH3CH3 萘的硝化较苯容易进行，萘用混酸硝化时，在常温下即可进行，且萘的硝化较苯容易进行，萘用混酸硝化时，在常温下即可进行，且主要生成是主要生成是 -硝基萘。硝基萘。+HNO3H2SO430-60NO2浓 酚很容易硝化，与稀硝酸在室温下作用，即生成邻硝基苯酚和对酚很容易硝化，与稀硝酸在室温下作用，即生成邻硝基苯酚和对硝基苯酚的混合物。如用浓硝酸硝化，则生成硝基苯酚的混合物。如用浓硝酸硝化，则生成2，4-二硝基苯酚和二硝基苯酚和2，4，6-三硝基苯酚。三硝基苯酚。HNO3NO2+ NO2OHOH稀OHHNO3NO2+ O2NNO2OH浓OHNO2NO2OH三、芳烃的硝化三、芳烃的硝化

42、硝化反应操作过程硝化反应操作过程间歇过程：间歇过程：连续过程：连续过程：设备小、效率高、便于自动化，适于大规模生产；设备小、效率高、便于自动化，适于大规模生产；灵活性和适应性强、使用小批量、多品种生产；灵活性和适应性强、使用小批量、多品种生产；1 1、硝化反应操作过程硝化反应操作过程混酸配置混酸配置四、硝基苯的生产四、硝基苯的生产 硝基苯是最典型的硝化产品，其主要用途是制取苯胺和聚氨酯硝基苯是最典型的硝化产品，其主要用途是制取苯胺和聚氨酯泡沫塑料，此外，它还是一种重要的有机中间体及工业溶剂。泡沫塑料，此外，它还是一种重要的有机中间体及工业溶剂。+HNO3浓H2SO45060 CNO2+OH2硝

43、化反应器反应原理 环形壳体约束了流体的流向，接近平推流，减少返混； 换热器设置在环形壳体的另一侧，设置充裕的换热面积； 匀流折板，使进入换热器的物料均匀分流； 四层推进式搅拌器，物料混合均匀。 硝化工艺硝化工艺 定义：醇或酚与含氧酸类作用形成酯和水的过程，即醇或定义：醇或酚与含氧酸类作用形成酯和水的过程，即醇或酚分子中的羟基的氧原子上引入酚分子中的羟基的氧原子上引入酰基酰基的过程。的过程。酰化试剂：羧酸；酰卤；酯；酸酐；酰胺酰化试剂：羧酸；酰卤；酯；酸酐；酰胺NHROCORORXOHZHZCOORRCOZROHR;: 一、酯化概述一、酯化概述 酰基酰基指的是从含氧的无机酸和有机酸的分子中除去一

44、指的是从含氧的无机酸和有机酸的分子中除去一个或几个羟基后剩余的基团。个或几个羟基后剩余的基团。羧酸羧酸 RCOOH, HCOOH, CH3COOH, HOOCCOOH 酸酐：酸酐： OCH3CCH3COOCCOOOCO2( (碳酸酐碳酸酐) )CO( (甲酸酐甲酸酐) )酰氯酰氯CH3-C-ClC-ClH3CSO2ClCl-C-ClNNNClClClOOO, ,u常用酰化剂常用酰化剂羧酸酯羧酸酯 ClCH2COOC2H5, CH3COCH2COOC2H5酰胺酰胺其他：如双乙烯酮、二硫化碳其他：如双乙烯酮、二硫化碳C NH2H2NOC NHOCH3CH3，CH2=CH-CH2OC=O，CS2 不

45、同类型酰化试剂的活性不同类型酰化试剂的活性R-COHR-CO-C-RR-CClOOOO1+ 2+ 仲仲醇醇叔醇。叔醇。 COOHRCOORROCOROHR 2 )(1) 特点：特点：(2)(2)应用应用适用于较难反应的酚类化合物及空间阻碍较大的醇的直接酯化：适用于较难反应的酚类化合物及空间阻碍较大的醇的直接酯化： ROH +(RCO)ROH +(RCO)2 2O RCOOR+ RCOOHO RCOOR+ RCOOHOCH3NHCOCH3N(C2H4OH)2COCH3CH3COOOCH3NHCOCH3N(C2H4OCCH3)2O2CH3COOHCOOHOH(CH3CO)2OCOOHOCCH3OC

46、H3COOH乙酰水杨酸（即阿司匹林）的合成：乙酰水杨酸（即阿司匹林）的合成： 分散染料中间体的合成：分散染料中间体的合成： 二元酸酐与醇共热反应二元酸酐与醇共热反应工业上大规模生产的各种型号的增塑剂邻苯二丁酯（工业上大规模生产的各种型号的增塑剂邻苯二丁酯（DBP）及二辛）及二辛酯（酯（DOP）就是以苯酐和过量醇在硫酸催化下进行酯化而得的。）就是以苯酐和过量醇在硫酸催化下进行酯化而得的。 苯酐苯酐辛醇辛醇OCH3CCH3COOCCOOO3 3、酰氯法、酰氯法 酰氯的酯化能力比相应的酸酐强，用它作酯化剂，酯化反应极易酰氯的酯化能力比相应的酸酐强，用它作酯化剂，酯化反应极易进行；对于一些空间位阻较大

47、的叔醇，也能顺利完成酯化反应。进行；对于一些空间位阻较大的叔醇，也能顺利完成酯化反应。 是一个不可逆反应。是一个不可逆反应。 反应中释放出氯化氢反应中释放出氯化氢 ，易产生多种副反应（如氯化、脱水和异，易产生多种副反应（如氯化、脱水和异构化等）构化等）HXCOORRCOXROHR 常采用吡啶、三乙胺、等有机碱或碳酸钠无机弱碱中和常采用吡啶、三乙胺、等有机碱或碳酸钠无机弱碱中和HCl。防止酰氯分解，一般均采用分批加碱以及低温反应的方法。防止酰氯分解，一般均采用分批加碱以及低温反应的方法。RCOClNNCOR ClROH/RCOOR/NHCl4 4、酯交换法、酯交换法 定义：定义：酯交换，是指在反

48、应过程中原料酯与另一种参加反应的反酯交换，是指在反应过程中原料酯与另一种参加反应的反应剂间发生了烷氧基或烷基的交换，从而生成新的酯的反应。应剂间发生了烷氧基或烷基的交换，从而生成新的酯的反应。应用场合：应用场合：当用酸对醇进行直接酯化不易取得良好效果时，常常当用酸对醇进行直接酯化不易取得良好效果时，常常要用酯交换法。要用酯交换法。反应方式：反应方式：酯交换除原料酯外，参与反应的另一反应剂可能是醇、酯交换除原料酯外，参与反应的另一反应剂可能是醇、酸或另一种酯。酸或另一种酯。 即，三种方式：即，三种方式：1 1、酯醇交换法，即醇解法或醇交换法、酯醇交换法，即醇解法或醇交换法 2 2、酯酸交换法，即

49、酸解法或酸交换法、酯酸交换法，即酸解法或酸交换法 3 3、酯酯交换法，即醇酸互换、酯酯交换法，即醇酸互换 R/RCOOROHROOR/C/ROH/RCOOR/RCOHORCOOH/RCO/OR/RCOOR/RCORCO/RCO/OR/OR/OR/5 5、腈的醇解、腈的醇解在硫酸或氯化氢作用下腈与醇共热可直接成为酯：在硫酸或氯化氢作用下腈与醇共热可直接成为酯： RCNR OHH2O/RCOOR/NH3本法的优点在于腈可直接转变为酯，不必先制成羧酸。本法的优点在于腈可直接转变为酯，不必先制成羧酸。例如，工业上大量生成的甲基丙烯酸甲酯就是应用此法。例如，工业上大量生成的甲基丙烯酸甲酯就是应用此法。合

50、成过程分为二步：合成过程分为二步：（80%80%产量用该方法）产量用该方法）(CH3)2C(OH)CNH2SO4100CH2CONH2CH3CH2SO4CH2CONH2CH3CH2SO4CH3OH90CH2CH3CCOOCH3NH4HSO4丙酮氰醇甲基丙烯酰胺硫酸盐四、反应实例四、反应实例邻苯二甲酸二辛酯的合成（邻苯二甲酸二辛酯的合成（DOP）-增塑剂增塑剂C8H17OHCOOC8H17COOC8H17 增加塑料的可塑剂，改善在成型加工时树脂的流动性，并使制品增加塑料的可塑剂，改善在成型加工时树脂的流动性，并使制品具有柔韧性的有机物质。具有柔韧性的有机物质。 增塑剂首先要与树脂具有良好的相容性

51、，相容性越好，其增塑效增塑剂首先要与树脂具有良好的相容性，相容性越好，其增塑效果也越好。果也越好。 添加增塑剂可降低塑料的玻璃转化温度，使硬而刚性的塑料变得添加增塑剂可降低塑料的玻璃转化温度，使硬而刚性的塑料变得软且柔韧。软且柔韧。 一般还要求增塑剂无色、无毒、无臭、耐光、耐热、耐寒、挥发一般还要求增塑剂无色、无毒、无臭、耐光、耐热、耐寒、挥发性和迁移性小，不燃且化学稳定性好，廉价易得。实际上，一种性和迁移性小，不燃且化学稳定性好，廉价易得。实际上，一种增塑剂不可能满足以上的所有要求。增塑剂不可能满足以上的所有要求。 1.还原反应还原反应广义而言，在还原剂的参与下，能使某原子得到广义而言，在还

52、原剂的参与下，能使某原子得到电子或电子云密度增加的反应。电子或电子云密度增加的反应。狭义而言，在有机分子中增加氢或减少氧的反应，狭义而言，在有机分子中增加氢或减少氧的反应，或者兼而有之的反应。或者兼而有之的反应。（注：氢化是还原的一种重要形式）（注：氢化是还原的一种重要形式）（1）有机分子中增加氢）有机分子中增加氢 （2）有机分子中减少氧）有机分子中减少氧PhN=NPhPhNH NHPh氢氢化化偶偶氮氮苯苯PhOHPhHPh N=N PhOCHCPhPhOHOCHCH PhPhPh N=N Ph（3）有机分子中氧原子减少，同时氢原子增加）有机分子中氧原子减少，同时氢原子增加 NO2PhNHOH

53、PhNH2PhCOOHPhCH2OHPhSO2ClPhSHPh3.还原方法还原方法按还原剂不同和操作方法不同，还原方法可分为：按还原剂不同和操作方法不同，还原方法可分为：（1）催化氢化法（）催化氢化法（Catalytic Hydrogenation）在催化剂存在下，有机化合物与氢发生的还原反在催化剂存在下，有机化合物与氢发生的还原反应。应。（2）化学还原法（）化学还原法（Chemical Teduction）使用化学物质作为还原剂的还原方法。使用化学物质作为还原剂的还原方法。 无机还原剂：无机还原剂：活泼金属及其合金活泼金属及其合金Fe/HCl Zn/HOAc Na/ROH Zn-Hg/HCl

54、 Na-Hg/EtOH低价元素的化合物低价元素的化合物Na2S Na2Sx FeCl2 SnCl2 Na2S2O4金属氢化物金属氢化物NaBH4 KBH4 LiAlH4 LiBH4 有机还原剂：有机还原剂：烷基铝（异丙醇铝、叔丁醇铝），烷基铝（异丙醇铝、叔丁醇铝），HCHO，葡萄糖，葡萄糖（3）电解还原法）电解还原法有机化合物从电解槽的阴极上获得电子而有机化合物从电解槽的阴极上获得电子而完成的还原反应。完成的还原反应。 CHCNCH2电电解解2NC(CH2)4CN1. 氢化和氢解氢化和氢解氢化：氢化： 键断裂与氢加成形成饱和键。键断裂与氢加成形成饱和键。氢解：反应物分子中氢解：反应物分子中 键

55、断裂与氢结合，产物分键断裂与氢结合，产物分解成两部分氢化物解成两部分氢化物例：氢化例：氢化 COCH2OHCH3CHOH2,Ni25，110atm25，110atmCH3CH2OHCH3C CH3OCH3CHCH3OHCCCCCHCHCHCOOHCH2H2 , Ni130170130170CH3CH2COOHCHPhCH2,Pd-CaSO4喹啉喹啉CH2PhCCH3175,10MPa175,10MPaH2 , Raney NiCH3例如：氢解例如：氢解PhCH2OEtH2 , NiPhMeEtOH+COCl二二甲甲苯苯喹喹啉啉1 15 50 01 17 75 5, ,1 12 2M MP Pa

56、 aH2,Pd-BaSO4CHO+HClOCH2OHH2, CuCr2O43 30 00 0, ,2 22 24 40 0M MP Pa aHOCH2-(CH2)3-CH2OH2.催化氢化（反应体系）催化氢化（反应体系） 均 相 催 化 氢 化 （均 相 催 化 氢 化 （ H o m o g e n e o u s Hydrogenation），亦称为均相络合催化，催），亦称为均相络合催化，催化剂溶于反应介质中化剂溶于反应介质中非均相催化氢化（非均相催化氢化（Heterogeneous Hydrogenation），亦称为多相催化氢化，催），亦称为多相催化氢化，催化剂自成一相。化剂自成一相。

57、3.催化氢化（工艺）催化氢化（工艺）液相氢化：氢化在液相介质中进行，是气液液相氢化：氢化在液相介质中进行，是气液固多相反应。固多相反应。气相氢化：氢化在气态下进行，是气固相反气相氢化：氢化在气态下进行，是气固相反应。应。 4.催化氢化的特点催化氢化的特点优点：反应易控制，产品纯度高，三废少。优点：反应易控制，产品纯度高，三废少。缺点：加压设备来完成反应，安全措施要求严格，缺点：加压设备来完成反应，安全措施要求严格，反应需使用催化剂。反应需使用催化剂。 n 液相催化氢化液相催化氢化 1.催化氢化的基本过程催化氢化的基本过程反应物分子向催化剂表面的扩散；反应物分子向催化剂表面的扩散；反应物分子在催

58、化剂表面吸附（物理和化学吸反应物分子在催化剂表面吸附（物理和化学吸附），形成活化络合物；附），形成活化络合物；络合物在催化剂表面进行化学反应；络合物在催化剂表面进行化学反应；产物分子由催化剂表面解吸；产物分子由催化剂表面解吸；产物分子由催化剂表面向介质扩散，离开催化产物分子由催化剂表面向介质扩散，离开催化剂表面。剂表面。 扩散扩散-吸附吸附-反应反应-解吸解吸-扩散扩散2.催化剂催化剂（1）按金属性质分类）按金属性质分类贵金属：铂贵金属：铂(Pt)、钯、钯(Pd)、铑、铑(Rh)、铱、铱(Ir)、锇、锇(Os)、钌、钌(Ru)一般金属：一般金属：Ni、Cu （2）按催化剂的制法分类）按催化剂的

59、制法分类3.催化剂的评价催化剂的评价主要指标主要指标催化活性催化活性选择性选择性稳定性稳定性 ：指催化剂在使用条件下，保持：指催化剂在使用条件下，保持活性和选择性的能力，主要指对毒物的稳活性和选择性的能力，主要指对毒物的稳定性。定性。4.骨架型催化剂骨架型催化剂主要有骨架镍、骨架铜、骨架钴主要有骨架镍、骨架铜、骨架钴骨架镍：骨架镍：又称为又称为Raney镍，由镍，由Al-Ni合金作为原料，合金作为原料，用溶解的方法（常用用溶解的方法（常用NaOH溶液）除去其中不需要溶液）除去其中不需要的组分（的组分（Al）,形成具有高度孔隙结构的骨架，故形成具有高度孔隙结构的骨架，故称为骨架型催化剂。称为骨架

60、型催化剂。一般：一般：Ni：3050% CNaOH：2030% Al的溶出过程称为合金的的溶出过程称为合金的“消化消化”。+Ni Al2NaOH2H2O2Ni3H22NaAlO2+骨架镍的性质骨架镍的性质催化剂的活性随制备温度、合金组成、碱浓度、催化剂的活性随制备温度、合金组成、碱浓度、溶化时间、洗涤条件等不同而不同。它最适合溶化时间、洗涤条件等不同而不同。它最适合于各种双键、芳环的加氢。于各种双键、芳环的加氢。灰黑色粉末，干后可在空气中自燃，应保存在灰黑色粉末，干后可在空气中自燃，应保存在乙醇或蒸馏水中。乙醇或蒸馏水中。操作条件：氢化操作条件：氢化T、P较高，但价格便宜，制备较高，但价格便宜