精细有机合成单元反应07 烷基化反应

第7章烷基化反应(Hydrocarbylation)整理ppt1.熟悉烷基化反应的定义及烷基化试剂2.熟悉C、N、O烷基化的试剂及方法。3.掌握芳香烃碳烷基化反应理论及影响因素。4.熟悉N烷基化反应。5.了解O烷基化反应。本章教学目标:本章教学重难点:C烷基化反应的烷基化试剂及催化剂。整理ppt烃基：烷基（-R）烯基（-C=C-）、炔基（-C≡C-）芳基（-Ar）取代烃基(-CH2COOH,-CH2CH2OH,-CH2CH2CN)

在有机化合物分子中的碳、硅、氮、磷、氧或硫原子上引入烷基的反应，叫做烷基化（烃化）反应。整理ppt（1）卤烷：CH3Cl,CH3I,C2H5Cl,C2H5Br,ClCH2COOH,Ph-CH2Cl;（2）酯类：(RO)2SO2,PhSO2OR,

CH3-Ph-SO2OR,(RO)3PO;（3）醇类和醚类：CH3OH,C2H5OH,n-C4H9OH,C12H25OH,CH3OCH3,C2H5OC2H5;（4）环氧化合物：,；（5）烯烃和炔烃：CH2=CH2,CH3CH=CH2,R-CH=CH2,CH2=CHCN,CH2=CHCOOCH3,CH≡CH;（6）羰基化合物：HCHO,CH3CHO,C3H7CHO,Ph-CHO,CH3COCH3,烷基化剂：整理ppt类型C－烷基化C－H→C－R有机芳环化合物在催化剂作用下，用卤烷，烯烃等烷基化剂可以直接将烷基接到芳环上。

N－烷基化N－H→N－RO－烷基化O－H→O－R整理ppt典型反应整理ppt§7.1C－烷基化反应

卤烷烯烃

乙烯、丙稀、异丁烯；一般AlCl3作催化剂，也可用BF3、HF醇类

一般选用硫酸、氯化锌作催化剂醛、酮★§7.1.1C-烷化剂整理ppt一、卤烷作C-烷化剂烷基相同时，反应活性为

RI>RBr>RCl卤原子相同

整理ppt二、芳环结构对C－烷基化的影响芳环上有给电子基团

（1）烷基：反应容易进行

（2）-NH2、-OR、-OH等：不利于反应，为什么？？？芳环上有吸电子基团

（1）-X、羰基、羧基等，不容易进行反应

（2）硝基（-NO2），反应不能进行，但可以做溶剂。烷基进入芳环的位置

（1）低温、低浓度、弱催化剂、短时间，烷基进入的位置遵循亲电取代反应的规律

（2）不在上述条件下，烷基进入的位置缺乏规律整理ppt§7.1.2C－烷基化反应的催化剂

路易斯酸质子酸烷基铝（AlR3）

使烷基有选择性地进入芳环氨基或羟基的邻位整理ppt★一、路易斯酸活泼顺序

最重要的氯化铝、氯化锌和氟化硼路易斯酸共同特点是有一个缺电子的中心原子

能够接受电子形成带负电荷的碱性试剂，同时形成活泼的亲电质点。整理pptAlCl3使卤烷转变为活泼的亲电质点-烷基正离子δ+δ-

最广泛使用的傅－克反应的催化剂，熔点192.0℃，180℃升华，440℃以下以二聚体形式存在。整理ppt

液态烃溶剂中AlCl3能与HCl作用生成络合物，这种络合物又能与烯烃反应，形成活泼的亲电质点。整理ppt

三氯化铝优缺点优点：价廉易得，催化活性好缺点：生成铝盐废液；由于副反应不适于活泼芳香族物（酚、芳胺等）三氯化铝在贮存和运输过程中必须注意密封整理ppt（B）BF3

活泼的催化剂沸点低（－101℃），容易从反应物中蒸出，可以循环使用优点：可以同醇、醚或酚类等形成具有催化活性的络合物，副反应少

当用烯烃或醇类作烷基化剂时，BF3还可以作硫酸、磷酸和HF的促进剂缺点：价格贵，使用受到限制

整理ppt（C）其他ZnCl2、FeCl3、TiCl4等温和催化剂ZnCl2还广泛用于氯甲基化反应整理ppt二、质子酸硫酸、氢氟酸、磷酸、多磷酸、HCl等可以使烯烃、醛酮质子化，成为活泼的亲电质点整理ppt（A）硫酸价廉易得选择适宜的浓度，以避免芳烃的磺化、烷化剂的聚合、酯化、脱水、氧化等副反应异丁烯：用85-90％硫酸，发生烷基化和酯化反应

80％硫酸，无烷基化，只有聚合和酯化

70％硫酸，酯化反应，无聚合和烷基化烷基化反应，丙稀用90％以上的硫酸

乙烯用98％硫酸苯的烷基化反应不宜用硫酸作烷化剂

—引起苯和烷基苯的磺化整理ppt（B）氢氟酸（HF）凝固点-83℃，沸点19.5℃

可用于多种类型的傅－克反应优点：（1）无水氢氟酸是含O、N、S有机物的溶剂，兼有溶剂和催化剂的性质；（2）不易引起副反应，当用AlCl3和H2SO4会引起副反应时，用HF较为有利；（3）沸点低：易蒸出回收套用，消耗量小；（4）凝固点低，允许在很低的T下使用。缺点：（1）遇水后具有强烈的腐蚀性；（2）价格贵；（3）常需要在压力下操作整理ppt其他类型磷酸或多磷酸阳离子交换树脂酸性氧化物烷基铝整理ppt§7.1.3烷基化反应历程催化剂的作用下使烷基化剂强烈极化成为活泼的亲电质点亲电质点进攻芳环生成σ－络合物脱去质子变为最终产物整理ppt一、卤烷的烷基化反应是亲电取代反应醇在质子酸或者在路易斯酸的条件下形成的活泼质点整理ppt二、AlCl3与HCl生成络合物以后，其质子与烯烃的加成符合马尔科夫尼科夫规则整理ppt★三、芳烃烷基化反应的特点

C-烷基化是连串反应由于烷基是供电子基团，引入烷基，芳环的活性增加，容易形成多烷基化的芳烃；但是引入较多烷基，空间障碍会增大。C-烷基化是可逆反应可发生烷基的重排和转移等整理ppt一般规律：烷基正离子通过重排总是变成更加稳定的烷基正离子，伯到仲，伯到叔，或者仲到叔烷基可能发生重排整理ppt1.烯烃的C-烷基化烯烃：是最便宜和活泼的烷基化剂，如乙烯，丙烯等，由于烯烃在一定条件下会发生聚合，异构化和生成酯等副反应，因此要控制好反应条件。反应包括液相法和气相法2整理ppt（1）异丙苯80℃（2）高级烷基苯（十二烷基苯）重要品种介绍整理ppt（4）酚类的C-烷化（3）异丙基甲苯整理ppt（5）2,6-二叔丁基甲酚（抗氧剂264，BHT)（6）2,6-二乙基苯胺整理ppt2.卤烷的C-烷基化整理ppt烷基化试剂的活性芳香族化合物的活性芳环上有给电子基团越有利于反应。RI>RBr>RCl>RF整理ppt整理ppt3.醇、醛、酮的C-烷基化醇类、醛类和酮类弱烷基化剂烷基化过程是脱水缩合过程主要用于活泼芳香族衍生物的烷基化（苯、萘、酚、芳胺等）催化剂一般为：硫酸、磷酸、HCl、三氯化铝、氯化锌整理ppt(1)醇类的C－烷基化酸性催化剂，温度不太高（200-250℃），先N-烷基化反应温度再升高（240-300℃）烷基转移，生成烷基芳胺整理ppt萘与正丁醇和发烟硫酸可同时发生烷基化和磺化反应，生成二丁基萘磺酸整理ppt(2)醛类的C－烷基化整理ppt2-萘磺酸在稀硫酸中用甲醛进行烷基化反应：整理ppt(3)酮类的C－烷基化（如双酚A）RRRRR整理ppt

氨基上的氢原子被烃基取代的反应叫做N-烃化反应。用途：（1）引入-CH2CH2OH、-CH2CH2CN极性、非水溶性基团；（2）制备季铵盐型阳离子化合物；（3）其它助剂、医药中间体。7.2N－烷基化反应整理pptNH3＋R－Z→RNH2＋HZR’NH2＋R－Z→R’NHR＋HZR’NHR＋R－Z→R’NR2＋HZArNH2＋R－Z→ArNHR＋HZArNHR＋R－Z→ArNR2＋HZ整理ppt★N-烷基化反应的特点亲电取代-NH2，取代连接在带有孤对电子的N原子上的H反应活性与孤对电子的活性成正比

活性：RNH2>ArNH2

反应活性也与同-NH2相连的分子有关。与-NH2相连的分子上有供电子基的活性高。由于烷基是供电基团，引入一个烷基后，第二个H尚有反应活性，故N-烷化是串连反应整理ppt7.2.1N－烷化剂醇和醚：甲醇、乙醇、甲醚、乙醚、异丙醇、丁醇等卤烷：氯甲烷、碘甲烷、氯乙烷、溴乙烷、氯苄、氯乙酸、氯乙醇等酯类：硫酸二甲酯、硫酸二乙酯、磷酸三甲酯、对甲苯磺酸甲酯等

环氧化合物：环氧乙烷、环氧氯丙烷烯烃衍生物：丙稀腈、丙烯酸、丙烯酸甲酯醛酮：各种脂肪族和芳香族的醛酮整理ppt7.2.2醇或醚的N-烷基化历程：整理ppt整理ppt★N-烷基化反应的规律胺类用醇进行的烷基化反应为亲电取代反应，胺的碱性越强，反应越容易进行芳香族胺类，环上的给电子基团使芳胺易烷基化，环上的吸电子基团使烷基化变困难胺类用醇的烷基化反应是连串反应和可逆反应存在烷基的转移整理ppt实例在强酸存在下，芳胺与醇类的反应要求在高压釜中进行整理ppt甲醚作烷化剂整理ppt7.2.3用卤代烷的N-烷基化R越长，RX的活性越低分子量小的卤烷的反应活性比分子量大的卤烷强卤代烃的活性与C－X键的键能成反比。

RI>RBr>RCl>RF

卤素相同时的，卤烷的反应性能如下：用卤烷进行的胺类烷基化反应是不可逆的。整理pptArNH2＋RX→ArNHR＋HXArNHR＋RX→ArNR2＋HXN,N-二烷基芳胺R－X的沸点较低，反应宜在压力下进行，如：氯甲烷的沸点：-23.7℃，氯乙烷的沸点13℃整理ppt7.2.4用酯的N-烷基化硫酸酯（ROSO2OR）、磷酸酯、芳磺酸酯等沸点高，故可在常压下进行；但价格比醇和卤代烃高：

ArNH2＋ROSO2OR→ArNHR＋ROSO2OH需要碱中和生成的酸

ArNH2＋ROSO2ONa→ArNHR＋NaHSO4

难于进行整理ppt整理ppt7.2.5用环氧乙烷烷化环氧乙烷是一种活性较强的烷基化剂，其分子具有三元环结构，容易开环，发生加成反应生成含亚乙氧基的产物整理ppt特点

（1）反应活性高，在N上引入CH2CH2OH；（2）连串反应；K1与K2相差不大（3）酸催化反应。整理ppt氨或脂肪胺与环氧乙烷的反应，用于制备乙醇胺类化合物氨与环氧乙烷反应条件和产物组成（T=-30~40℃，p=0.2MPa）整理ppt7.2.6用烯烃的N-烷基化含吸电子基团的丙烯腈，由于CN的吸电子作用δ+δ-δ+δ-δ+酸:CH3COOH、H2SO4、HCl、、FeCl3碱:三甲胺，三乙胺催化剂整理ppt伯胺一般可以引入两个烷基，但在引入第一个烷基衍生物后，反应活性下降；二烷基化时要加入铜盐作Cat，如氯化铜、氯化亚铜、醋酸铜或者极性Cat：如乙酸、三乙胺、吡啶等烯烃衍生物易聚合，T>140℃,主要聚合T<130℃烯烃的反应烯烃衍生物的烷基化能力较弱，常需要加入酸、碱为催化剂

酸：醋酸、盐酸、硫酸、对甲苯磺酸、三氯化铁

碱：三甲胺、三乙胺等整理ppt以丙烯腈为例的反应整理ppt亚胺亚胺伯胺伯胺还原剂还原剂7.2.7醛或酮的N-烷基化整理ppt胺与醛酮缩合生成席夫碱，在还原剂的作用下加氢得到仲、叔胺

还原利用Zn＋HCl/HCOOH/H2+CatNi/Co+RhCl3等亚胺还原剂整理ppt7.2.8N-烷基胺类混合物的分离物理法：主要利用伯胺，仲胺和叔胺的沸点的差异进行分离，采用的方法有精馏和特殊精馏法。化学法:主要是对物理法不能分开的物质，采用加入别的化学试剂进行分离的方法。如芳胺的混合物，P247整理ppt

醇羟基（R-OH）或酚羟基（Ar-OH）上的氢原子被烷基取代，生成二烷基醚、烷基芳基醚或二芳基醚的反应叫做O-烷基化反应。烷基化试剂：醇（R-OH）、卤化烷（R-X）、环氧烷类等。O-烷基化：烷氧基化O-芳基化：芳氧基化产物：7.3O-烷基化反应整理ppt许多芳醚的合成不适合采用烷氧基化的路线，采用酚羟基的烷基化的合成路线。整理pptO-烷基化剂的类型主要有卤代烃酯