精细有机合成与工艺 第7章 水解反应及工业适用性ppt课件

1、 水解广泛应用于实验室合成，而在大规模基本有机化工中，采用水解法甚为有限，因为这往往会浪费原料。因此，仅仅在精细化 工中，会常常涉及水解过程。卤代烃水解难易程度依赖于它们的结构，乙烯式卤化物及芳卤较难水解；而烯丙式卤化物及苄卤极易水解 苯环上氯原子的邻位或对位有硝基存在时，由于硝基吸电子作用，苯环上与氯原子相连的C原子上的电子云密度显著降低，使水解较易进行 酯水解既是醇也是酸的合成法,如从油脂中制脂肪酸；用于酸类产品的提纯等 芳环上的NO2若受邻、对位上有强吸电子基团的影响而得到活化，在亲核试剂NaOH作用下也可转化为羟基。 硫脲极易发生烃化反应生成S烃基异硫脲盐，进一步用碱水解，即以良好产率

2、4090）生成硫醇。 积二卤化物的水解成醛 多种酮的衍生物如缩酮、硫代缩酮、肟、腙、缩氨脲等均能迅速水解成酮，由于这些化合物一般可由酮制得，因此，此作为酮的合成反应意义虽不大，但却都是羰基的良好保护方法。 缩酮为保护基，对 NaOH、Na、液 NH、NaH、RMgX、NaBH、LIAl4等试剂稳定 一硫代缩酮作保护基时，对NaOH、LIAIH等稳定 酐、腈、酰胺等水解成酸的工业价值一般不高，原因在于前者往往价值高，唯有三卤基化合物水解有实用意义。 腈的水解既可在碱性介质中进行，亦可在酸性介质中进行。NaOH、KOH的水溶液或醇溶液、硫酸水溶液、浓盐酸溶液等为常用试剂。 腈水解生成羧酸时，酰胺是

3、反应的中间产物。若控制适当的反应条件，即可停止在酰胺阶段。水解可在酸性介质中进行，常用试剂有浓硫酸。、浓盐酸、磷酸、卤化氢的甲酸溶液。 考察工艺过程的合理性，一个极其重要的因素是生产规模对它的影响，产品规模越大，就越值得为研究和开发其制备方法投入更多的资金，而实现氧化还原反应所用的方法，随着规模的不同，变化很大。大规模的工业生产，则用极其价廉而又易得到的空气与氢气，此时只需要很少的操作费用。液相空气氧化反应气-液反应，催化剂在液相中）气相空气氧化反应气-固反应，催化剂为固相）邻二甲苯液相空气氧化制邻甲苯甲酸邻二甲苯液相空气氧化制邻甲苯甲酸COOHO2安全性！ 液相空气氧化反应反应温度较低，一般

4、在100250C，压力也不太高，反应的选择性较好。如甲苯、乙苯在气相空气催化氧化时，都生成苯甲酸和深度氧化产物，而在液相空气氧化时，甲苯可以生成苯甲醛、苯甲酸。 液相空气氧化法在工业上常用来生产过氧化物和有机酸。常用过渡金属作催化剂，以加速自由基连锁反应中引发过程，催化剂是过渡金属钻、锰、钒等盐类，其中以钻盐的催化效率较好，如水溶性乙酸钴、油溶性油酸或环烷酸钻，并且用量很少。 缺点是后处理比气相接触法麻烦，原料溶剂的回收及产品的分离设备多，设备的腐蚀严重。 苯甲酸是一种重要的精细有机化工产品，世界年产量达数十万吨。 气相空气氧化反应具有以下优缺点：不消耗昂贵的化学氧化剂，也不用各种溶剂，反应介

5、质也没有腐蚀性；反应速度快以秒计），故设备的生产能力大，易连续化自动化生产，特别适宜于大规模生产；反应温度高，有300500，且反应强烈放热，为了抑制平行和连串副反应的发生，提高氧化反应的选择性，须严格控制反应的温度条件，因氧化反应是放热反应，其在工程上的主要问题是如何从催化剂床层上移去反应热，否则，产率降低，催化剂及设备被破坏；要求氧化产品有足够的化学稳定性；为移去反应热，反应要在特别的氧化反应器中进行列管式固定床或流化床），设备较复杂；单程转化率较低，很难停止在中间状态。 反应用固体催化剂其活性组分通常有两类：一类是贵金属，如银、铂、钯等；另一类是金属氧化物，大多数是过渡金属的氧化物，应用

6、得最多的是：VO，VPO，VMoPO，MoBi-PO等。 低温反应，易于控制，操作简单，方法成熟，不仅能用于羧酸和醛的制备，而且还可用于制备醇、醛、酮、酚类，适于许多产量小、价值高的精细化工产品。但是，化学氧化法；消耗较贵的化学试剂，废水问题严重，且反应分批间歇操作，设备腐蚀较严重。菊酸乙酯的臭氧化 双氧水在碱性介质中的氧化酸性介质的氧化双氧水在中性介质中氧化是适用范围最广的氧化剂，它几乎可以氧化一切能被氧化的基团，并且在酸性、碱性及中性介质中均能实施其氧化过程。其活泼性为：酸性碱性中性。 较为温和的氧化剂，可使作为芳烃侧链的甲基氧化成醛基。 铬化合物是一类重要的氧化剂，常用的有重铬酸盐与二氧

7、化铬，一般在酸性如硫酸中进行氧化，在工业上经常采用，但毒性较大。 二甲亚砜MeSO，DMSO既是一种非质子化的极性溶剂，又是一种很有价值的缓和型选择性氧化剂。它能氧化伯、仲醇成为醛或酮， 以及氧化烷基物、卤化物、磺酸酯等，DMSO的氧化还具有条件温和、 产物易于分离、高产优质等特点，从而成为十分引入注目的氧化法。24 一是产率较高，有些是定量的，有些至少是满意的；二是产物较纯，分离提纯比较方便；三是设备装好以后，进行反应只是耗电的费用，远比化学试剂价廉。但存在问题是需解决电极、槽和隔膜材料问题。脱氢反应可视为氧化反应的一个特殊形式。脱氢在现代有机化学工业，特别在石油化学工业上与氧化一样均为有机

8、合成的重要手段，并得到广泛的应用。脱氢方法远较氧化方法优越。如乙醇制乙醛采用脱氢法收率可高达9092，而采用氧化法收率为80。脱氢法不仅收率高，而且副反应少，产品纯度高，催化剂消耗量少而且易于回收，设备亦无特殊要求。脱氢的重要性还在于可使没有多少工业价值的烃生成重要的化工原料。 还原反应就是在还原剂作用下，使有机物分子中增加氢原子或减少氧原子，或两者兼而有之的反应。9.5.1 电解质溶液中用铁屑还原 工业上硝基化合物用价格低廉的铁屑还原具有相当的重要性，此法具有工艺简单、适用面广、副反应少、对设备要求低等优点。但是铁屑还原法的最大缺点是生成大量含芳胺的铁泥和废水，体力劳动繁重，因此一些产量较高

9、或者毒性较大的芳胺正逐步为加氢还原法所代替。9.5.1 电解质溶液中用铁屑还原电解质可加速还原NH4CIFeC12（NH42SO4BaC12CaCI2NaCI 铁屑还原法中产生的大量含胺废水，铁泥必须经过处理、回收 9.5.2 锌粉还原9.5.1 电解质溶液中用铁屑还原酸性条件下:中性条件下碱性条件下生成联胺及氢化偶氮类化合物9.5.3 锡和二氯化锡还原9.5.2 锌粉还原9.5.1 电解质溶液中用铁屑还原锡的价格较高多用于实验室中，工业上很少使用 9.5.4 金属氢化物还原剂LIAIH4，NaBH4等 反应速度快，副反应少，收率高，反应条件缓和及选择性还原 除一般不能还原不饱和键外，多数有机

10、化合物可被它还原 遇水、醇、酸等分解，需在无水下使用，需用THF作溶剂，仅在实验室规模使用较LIAIH4缓和，它只能使羰基化合物或酰氯还原为醇而不影响碳碳双键与硝基 价格相对便宜，适合于工业生产使用 9.5.4 金属氢化物还原剂9.5.5 醇铝还原剂9.5.4 金属氢化物还原剂还原羰基为羟基，需无水操作 异丙醇铝AlOCHMe22与乙醇铝Al(OEt)2 9.5.6 含硫还原剂 Na2S、（NH42S、NaHS、Na2Sxx15）、Na2SO4、NaHSO4、Na2S2O4 多用于硝基化合物的还原 催化氢化就是分子氢在催化剂作用下经加热加压，顺利地将不饱和键或基团转化为饱和键或基团的还原反应

11、常用的非均相催化剂有Raney Ni、Rh、Ru、PtC、PdC、Linder催化剂与Adams催化剂，后者使用可溶于反应介质的均相催化剂，包括氯化铑与氯化钌与三苯基磷的络合物，如PPh33RhCl、（PPh33RuClH等。第十章 相转移催化反应及工业可行性 C7H15CH2BrC7H15CH2CN季铵盐或季磷盐，搅拌不到两小时，氰化反应已完成99% 凡能把反应物由一相迁移到另一相中，使原来分别处于两相的反应物，能频繁地相互碰撞接触而发生化学反应的物质，称为相转移催化剂Phase Transfer Catalyst，简称PTC），此种作用称之为相转移催化 ?水相水相油相油相NaCNC8H17

12、Br不反应不反应R4N+ Br- R4N+ CN- +Na+ Br- R4N+ CN-C8H17CN + R4N+ Br- 两相催化过程示意扩散传质传质传质传质扩散扩散扩散SN R3C N-+R BrN R3B r-S+ R C NR C NR B rC N-C N-B r-R B rB r-R C N固液相转移催化过程常用的有季铵盐以RNRX表示），其次为季磷盐以 RRX表示），季砷盐以 RbRX表示），最近有报道季锑盐以RSbRX表示和季铋盐以RSiRX表示）。 10.1.1 季铵盐制备 常用的是四丁基铵盐、甲基三辛基铵盐、十六烷基三甲基铵盐及苄基三乙基铵盐TEBA）。制备这类催化剂的方法

13、有三种：以伯胺、仲胺和叔胺为原料，与卤代烷反应；以低级叔胺，如三甲胺、三乙胺或吡啶与卤代烷反应；叔胺或铵盐与环氧乙烷反应。 26h10.1.2 季铵盐的应用影响催化活性的因素： 分配系数用表示，lg= 0.5n +常数，n表示CH2的数目，苯环相当于3.5 CH2 10.1.2 季铵盐的应用影响催化活性的因素： 催化剂的稳定性Fe/H+PTCKFNH2FNO2FNO2Cl0510152025300102030405060708090100十六烷基三甲基氯化铵十二烷基三甲基溴化铵十六烷基三甲基氯化铵(1:3)十二烷基三甲基溴化铵四丁基溴化铵O CN B: KF: Cat =0. 89: 1. 0

14、7: 0. 065( m ol ) , 150 p-Fluoronitrobenzene/%Rt/h图3 不同催化剂的反应活性评价 051015202530-1001020304050607080Cat=十八 烷基三甲 基氯化铵150135140165O CN B: KF: Cat =0. 89: 1. 07: 0. 65( m ol ) , 150 p-Fluoronitrobenzene/%Rt/h05101520-10010203040506070800.045MolCat=十八 烷基三甲 基氯化铵0.065Mol0.025Mol0.1MolO CN B: KF=0. 89: 1. 07

15、, 150 p-Fluoronitrobenzene/%Rt/h 氟化放大后的结果数据批号OCNB/kgKF/kg阳离子乳化剂/kg甲苯/kg反应温度/反应时间/hOFNB含量/%234563000300030003000300012201120122012201220600600*605*600*600*960960*960*960*960*150164150160150160150160155160242520.51620.391.892.593.693.295.7* 为1/2是回收料,1/2是新鲜原料 102 冠醚 冠醚是一种大环多醚化合物，亦称环聚醚。它具有络合金属及一些离子的能力。实

16、验室和工业用的较多的是十八冠醚六，其合成方法如下： 冠醚作为相转移催化剂与季铵盐不同，它在反应介质中，可以在固液体系中进行。另外冠醚可以和盐形成复合物，如高锰酸钾被冠醚复合后，使钾离子被冠醚环络合，而高锰酸钾变成了裸负离子被暴露出来，转移到有机相，增加了反应的活性。冠醚还可以催化固体物质反应。由于冠醚具有这样的特性，决定了它的催化特点，在作催化剂时的先决条件是：能与固体试剂形成络合物；络合物能够溶解到有机相中；该有机物能够和有机相中的化合物反应。而以上性能主要取决于两侧的官能团结构。K+OOOOOOK+MnO4-10.3 聚乙二醇及醚 聚乙二醇是我们较为熟悉的一类化工产品，其生产工艺成熟，价格低，化学稳定性好，无毒，它们还不受孔穴大小的限制，在正离子的诱导下，会“圈起来”，呈螺旋构象自由滑动的链，形同冠醚，用作相转移催化剂。 所需的反应条件温和，操作简便，产