精细化学品合成技术-第2章-常见精细有机合成反应

第二章常见精细有机合成反应

§2.1概述

§2.3磺化

§2.4硝化

§2.5酯化

§2.2卤化

§2.6氧化

§2.7加氢

§2.1概述

1、精细化工和精细化学品精细化工：即精细化学工业，是生产精细化学品的工业。

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。通用化学品通用化学品（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。2、精细化工的特点多品种，小批量大量采用复配技术投资小、附加价值高、利润大技术密集度高、产品更新换代快

主体结构精细化学品取代基3、精细有机合成的单元反应1)

精细化学品的主要取代基卤素：-Cl、-Br、-I、-F含氮基团：-NO2、-NO、-NH2、-NHR、-NR1R2-NHCO-、-NH2OH、-N2+X-、-N=N-、-NHNH2、

-CN含硫基团：-SO3H、-SO2Cl、-SO2NH2、-SO2NHR含氧基团：-OH、-OR、-OAc、-COH、-COR、

-COOH、-COOR、-COCl、-CONH2烷基、酰基2)

精细有机合成的主要单元反应卤化磺化硝化酯化加氢氧化氨解和胺化水解烃化酰化缩合环合聚合合成工艺路线的选择依据路线短总收率最高易于工业化生产成本低，经济效益高原料易得卤化反应的定义卤化反应的目的卤化试剂卤化反应的类型2.2卤化

(Halogenation)

卤化反应定义氟化（fluoration）氯化（chloration）溴化（bromation,bromination）碘化（iodation）

向有机化合物分子中碳原子上引入卤原子的反应叫做卤化反应。卤化反应的目的赋予最终产品某些性能(1)色光铜酞菁（酞菁蓝）高氯代铜酞菁（酞菁绿）七氟菊酯（2）杀虫、杀菌性（3）引入一个或多个卤原子改进性能-阻燃性（4）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δ+

卤化试剂卤素单质：Cl2,Br2,I2卤化氢＋氧化剂：

HCl+NaClO3(NaClO)HBr+NaBrO3(NaClO)卤化氢或盐：HF,NaF,SbF5,HCl,HBr,NaBr其它：SO2Cl2,COCl2,ICl卤化反应类型置换卤化：亲核反应－置换卤化取代卤化：亲电取代：芳环游离基取代：脂肪烃及芳环侧链1.芳环上的取代卤化反应反应历程和催化剂反应动力学及卤化深度芳环取代卤化反应的影响因素芳环取代卤化反应实例反应历程慢快以金属卤化物为催化剂：FeCl3,AlCl3,ZnCl2Cl2

＋FeCl3[Cl+

•FeCl4-]Cl+＋FeCl4-

以硫酸为催化剂以碘为催化剂H2SO4H+＋HSO4-H+＋Cl2Cl+＋HClI2＋Cl22IClIClI+

＋Cl-I+

＋Cl2Cl+

＋ICl以次卤酸为催化剂Cl2

＋H2OHOCl＋H+

＋Cl-HOCl＋H+H2+OCl慢H2+OClCl+

＋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、NaKL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C6H6

＋Cl2C6H5Cl＋HClC6H5Cl＋Cl2C6H4Cl2

＋HClC6H4Cl2

＋Cl2C6H4Cl3

＋HClk1k3k2

每摩尔纯苯所消耗的氯气的量（摩尔）叫做氯化深度。氯化深度芳环取代氯化反应的影响因素原料纯度（1）水份：＜0.04％（2）氢气含量：＜4％（3）噻吩：使催化剂中毒；腐蚀设备

（4）循环使用的苯（苯氯比4:1）中氯苯的影响混合作用

在连续反应时，由于反应器型式选择不当、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液态：无需溶剂固态：水浓硫酸、发烟硫酸、氯磺酸等

有机溶剂芳环取代氯化反应实例氯苯的生产（1）直接氯化法图沸腾氯化塔1-酸水排放口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（2,6-二氯苯酚）a双酚A的氯化脱烃基合成路线：b环已酮氯化，热解脱氯化氢环已酮的氯化是羰基的α氢的完全氯化，氯化收率可达99.5%，总收率可达95.8%；氯化重要实例（2,6-二氯苯酚）C对叔丁基苯酚的氯化，脱叔丁基法此法原料易得，氯化收率98%，脱叔丁基收率91.5%，成本低。氯化重要实例（2,6-二氯苯酚）氯化重要实例2,6-二氯苯胺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化法来制备；其合成路线较多，现已改用二苯脲的磺化优点：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。氯化重要实例2,6-二氯苯胺氯化重要实例较有前途的是环已酮的氯化、胺化、热解脱氯化氢法：总收率71%、此法不产生H2SO4废液。例如：产量最大的实例是芳香族溴系阻燃剂，都是高熔点固体。（1）十溴二苯醚的制备纯品含溴83.3%（质量分数），熔点最高可达306℃～310℃在大多数溶剂中溶解度很小。其生产工艺有两种：一种是在惰性有机溶剂（例如二氯乙烷、四氯化碳或四氯乙烷等）中溴化，此法工业上较少采用。另一种是：以大量的溴为反应介质的溴化法。优点：操作简单，产品含溴量高，热稳定性好，所用溴催化剂是无水AlCl3，为了保证其活性，要求二苯醚含水量在3×10-5（质量分数）以下，溴的纯度在99.5%以上，含水量在1.5×10-5（质量分数）以下。副产物的溴化氢气体用水吸收，通Cl2再氧化成溴，循环利用。四溴双酚A的制备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。纯品溴（质量分数）68.9％，熔点279℃-280℃，不溶于水和脂烃，微溶烃类溶剂。邻苯二甲酸酐在发烟H2SO4中用溴溴化，用碘催化，副产的HBr被发烟H2SO4氧化成溴，循环利用。碘化重要实例（1）2,6-二碘-4-氰基苯酚的制备（2）2-碘苯氧乙酸在乙酸和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（3）3-乙酰氨基-2,4,6-三碘苯甲酸钠（人体X-射线造影用药剂）药名“乌洛康钠”羰基α-氢的取代卤化反应历程酸催化：羰基α-氢的取代卤化是酸催化或碱催化的亲电取代反应，卤化剂主要是Cl2和Br2，卤素总是取代羰基的α位的氢。反应历程酸催化：碱催化：反应历程在这里卤素总是取代羰基α位的氢羰基α-氢的取代卤化的催化剂（1）酸催化剂；质子酸（H2SO4、HCl）、Lewis酸，用Lewis酸催化剂时常常有一个诱导期，这是因为如果卤化开始时没有H＋，烯醇化的速度很慢，当反应中不断产生卤化氢后，烯醇化速度变快，使卤化速度也变快。缩短诱导期的方法是在反应开始时加入少量卤化氢。（2）碱催化剂：无机碱（NaOH、CaO等），有机碱（脂肪胺、吡啶、三苯基膦、酰胺、乙酸钠等）。用无机碱催化时，其用量要足够完全中和卤化时生成的卤化氢。用有机碱催化时，催化剂量的有机碱卤氢酸盐仍具有催化作用，但必须使卤化时生成的卤化氢完全逸出体系，以免转变成酸催化，为此要用不能溶解卤化氢的非质子传递有机溶剂，例如：卤代烷等。被卤化物结构的影响（1）羰基的α-碳原子上连有供电基时，有利于酸催化，它有利于酸催化下的烯醇化和烯醇的稳定，卤原子主要取代这个α碳原子上的氢。（2）当羰基α-碳原子上连有卤基等吸电子基时，酸催化受到抑制，这时在同一个α碳原子上引入第二个卤原子就比较困难。但在碱催化时，则羰基α碳原子上各种取代基的影响相反，这时容易生成同碳α多卤化物。三氯乙醛的制备其制备有乙醛氯化和乙醇氯化两种方法。（1）乙醛的氯化法为了保护醛基，避免缩合反应，需加入适量水，生成水合乙醛，然后在10℃-70℃通入Cl2进行氯化，生成水合三氯乙醛。（2）乙醇氯化法乙醇与氯反应时先生成缩醛，然后再氯化生成三氯乙醛。三氯乙醛的制备在反应后期加入适量水，使缩醛水解成水合三氯乙醛和乙醇。总反应式：优点：乙醇价格低、来源广。三氯乙醛的制备一氯乙酸的制备

其世界年产50万吨以上、其生产方法主要有：乙酸氯化法、三氯乙烯水解法，氯乙醇氧化法和烃基乙酸法。我国采用乙酸氯化法催化剂：主要用H2SO4、乙酐、乙酐复合催化剂可明显加快氯化速率，缩短反应时间，并可抑制二氯化副反应。芳环侧链α-氢的取代卤化芳环侧链α氢的取代卤化是典型的自由基链反应，其反应历程包括链引发、链增长和链终止三个阶段。链引发：氯分子在高温、光照或引发剂的作用下均裂为氯自由基。

Cl22Cl·链增长：C6H5CH3+Cl·C6H5CH2·+HCl↑C6H5CH2·+Cl2C6H5CH2Cl+Cl·C6H5CH3+Cl·C6H5CH2Cl+H·在此基础上继续α氢的取代卤化。

H·+Cl2Cl·+HCl↑应当指出：在一般条件下，芳环侧链的非α氢一般不发生卤基取代反应。链终止：自由基互相碰撞将能量转移给反应器壁、或自由基与杂质结合，可造成链终止，

例如：Cl·+Cl·Cl2Cl·+O2ClOO·（1）光源：氯分子的离解能是238.6kJ/mol，甲苯在沸腾温度下，其侧链一氯化已具有明显的反应速度，氯分子的光离解能是250kJ/mol，一般可用富有紫外线的日光灯。（2）引发剂；最常用的自由基引发剂是有机过氧化物和偶氮化合物，它们的引发作用是在受热时分解产生自由基。芳环侧链α-氢的取代卤化的影响因素（3）杂质：不应有铁、铝、水等极性杂质，它能使氯分子极化，因为它有利于芳环上的亲电氯基取代反应，而不利于芳环侧链α-氢的取代卤化，微量铁离子可用PCl3掩蔽，要用不含氧的液氯；（4）温度；为了使氯分子或引发剂热离解为自由基，需要较高的氯化温度，但温度太高容易引起副反应，现趋向在光照和复合催化剂存在下降低氯化温度。芳环侧链α-氢的取代卤化的影响因素反应器

（1）材料：芳环侧链氯化时，不能有铁、铝等金属离子，为此要使用搪瓷、搪玻璃、镀银、镀镍、衬铅、石墨、玻璃的反应釜或反应塔。（2）结构：槽式间歇、多槽串联连续、多塔串联连续，石墨制列管连续，并流填料。（3）精馏：侧链氯化产物通常是不同氯化程度的混合物，需要用精馏塔进行分离，用搪瓷或铜制设备。饱和烃的取代卤化饱和烃的取代卤化是自由基链反应与芳环侧链卤化的反应历程相似。甲烷的氯化制各种氯甲烷氯气氯化法（氯气氯化和氧氯化两种方法）甲烷的氯化是连串反应工业上用350℃～500℃的热氯化法，是快速的强烈放热反应（T过高容易碳化、二聚）。烯烃α-氢的取代卤化

重要实例是丙烯的氯化制3-氯-1-丙烯。（1）可采用高温热氯化法。氯：丙烯＝0.25：1，操作压力0.098MPa，停留时间1～3s，选择性85%，氯化的转化率100%，副产物是1,3-二氯-1-丙烯和1,2-二氯丙烷（2）HCl加空气的氧氯化法→采用含Fe、V2O5和HPO3的流化床催化剂在流化床反应器中进行。丙烯转化率88%～94%，HCl转化率90%～95%。卤素对双键的加成卤化卤素对双键的加成卤化反应主要是用氯或溴的加成卤化，因为氟与烯烃的加成反应过于激烈，难于控制，而碘与烯烃的加成反应比较困难，用氯或溴的加成卤化一般采用亲电加成反应，但有时也采用自由基加成反应。亲电加成卤化卤素分子对双键进行亲电进攻，先形成π配合物，再生成二卤化物。以溴化为例。亲电加成卤化一般认为溴分子在接近双键时，受到双键π电子的供电影响使溴分子中的σ键极化，使离π键较近的溴原子带部分正电荷，并形成π配合物，接着Br-Br键异裂生成环状溴鎓离子中间体。然后溴负离子从背面进攻溴鎓离子中两个碳原子之一，生成邻位二溴物，而且一般是反向加成。3重要实例

a.1,2-二氯乙烷乙烯与氯的亲电加成氯化法，以铁为催化剂，沸腾氯化。乙烯的氧氯化法，用CuCl2载体催化剂，在流化床反应器中一步直接得产品，实际上两法联合使用。b.四溴乙烷乙炔和溴的亲电加成溴化，不用催化剂，并流沸腾连续溴化。c.六溴环十二烷1,5,9—环十二碳三烯在乙醇中用溴低温溴化，乙醇还可作催化剂，也可以加入无水AlCl3作催化剂。亲电加成卤化（1）反应历程一般认为反应是分两步进行的：第一步是HX分子中的H+对双键进行亲电进攻，生成正离子中间体第二步是X－的进攻，生成加成产物卤化氢亲电加成卤化（3）重要实例①1-氯-3-甲基-2-丁烯(重要的合成香料中间体)②1,1,1-三氯乙烷（重要的低毒有机溶剂）

向有机物分子中引入磺酸基(-SO3H)的反应称为磺化，磺化的产物磺酸（R-SO3H

）、磺酸盐（R-SO3M

）

、磺酰氯（R-SO2Cl

）

1、磺化§2.3磺化反应磺化一、磺化反应概述2、磺化作用赋予有机物酸性、水溶性、表面活性及对纤维的亲和力等。可将-SO3H转化为其它基团，如-OH,-NH2,-CN,-Cl等。利用-SO3H的可水解性，辅助定位或提高反应活性。酸性染料对蛋白质纤维上染阴离子表面活性剂H2O磺化铜酞菁赋予有机物酸性、水溶性、表面活性及对纤维的亲和力等。碱性水解磺化溴化水解H+++芳氨基化磺化芳氨基化H+，水解3、磺化试剂发烟硫酸（SO3•H2SO4）氯磺酸（ClSO3H）浓硫酸（浓H2SO4）九二酸（92～93％）九八酸（98％）三氧化硫（SO3）20～25％60～65％其它：氨基磺酸（NH2SO3H）、亚硫酸盐（Na2SO3）二、磺化反应的基本原理

磺化反应是亲电取代反应。一般认为是按二步反应进行的。

三氧化硫和HSO3+阳离子被认为是真正的磺化剂：

磺化反应是可逆的，苯磺酸与稀硫酸共热时可水解脱下磺酸基。三、磺化反应的影响因素1、被磺化物的结构和性质被磺化物活泼顺序为：萘>甲苯>苯>蒽醌>>饱和烃类

当芳环上存在吸电子基：-NO2、-SO3H、-COOH时，磺化变难当存在供电子基-Cl、-CH3、-OH、-NH2时，磺化反应变易。磺化反应是亲电取代反应（1）取代基的影响三、磺化反应的影响因素1、被磺化物的结构和性质（2）空间效应的影响表一磺化异构产物的比例（25℃，89.1%H2SO4)RCH3C2H5CH(CH3)2C(CH3)3o/p0.880.390.05702、磺化剂的种类、浓度和用量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。60℃160℃+H2SO4SO3•H2SO4160～170℃80℃多磺化产物的制备往往需要进行多步磺化。60℃H2SO4SO3•H2SO435～55℃SO3•H2SO450～90℃SO3•H2SO4150～250℃

磺化速率与硫酸中所含水浓度的平方成反比例，当硫酸浓度降低一定值，磺化反应停止，此时剩余的酸称为废酸(w)，习惯上把这种废酸折算成三氧化硫的质量分数表示，称为“

”值。3、磺化

值不同物质磺化是不同的，如苯单磺化废酸浓度78.4%(=64)单磺化的硫酸浓度(a)一定要大于废酸浓度(w)——a>w根据磺化值，选定磺化剂

=80w98X=80（100-

）a-

a：磺化剂初始浓度，折算以SO3的质量分数。

每摩尔被磺化物在单磺化时所需的磺化剂用量X为：磺化剂初始浓度a降低磺化剂用量增大，当a降到，磺化剂用量增到无穷大。磺化反应:a>

磺化反应:a>

常用磺化剂的a值98%酸只能磺化小于80的反应！！

添加剂改变定位--汞、钯、铊和铑等在蒽醌磺化中的

-位定位作用。抑制副反应--磺化反应中加入无水硫酸钠。3、磺化反应的工艺条件影响反应速度：

反应温度和反应时间影响磺酸进入的位置。

搅拌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。四．典型磺化反应

苯与浓硫酸在加热下或与发烟硫酸作用，生成苯磺酸。

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。

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。五、十二烷基苯磺酸钠的合成

十二烷基苯磺酸钠是合成洗涤剂工业中产量最大，用途最广的阴离子表面活性剂

反应原理

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为4-7%。

磺化反应器

磺化工艺1、定义：向有机物分子碳原子上引入硝基，生成C-NO2键的反应叫做硝化。ArH＋HNO3ArNO2

＋H2O§2.4硝化2、硝化的目的将硝基转化为其它基团（-NH2）提高亲核置换反应活性满足产品性能要求一、硝化反应概述

将硝基转化为其它基团Na3AsO3Fe+NaOHZn+NaOH提高亲核置换反应活性10%NaOH350-400℃,20-30MPa10%NaOH160℃,0.6MPa10%NaOH100℃,常压活性增强扑热息痛(对乙酰氨基酚)FeCl3Cl2混酸硝化水解还原乙酰化满足产品的性能要求医药：硝化甘油、硝酸异山梨酯、新戊四硝酸酯。3、硝化剂硝化试剂：在硝化反应中能提供硝基（-NO2）的化学物质硝酸（HNO3）混合酸：（HNO3-H2SO4-H2O）硝酸与乙酸酐混合物（HNO3-(CH3CO)2O）有机硝酸酯（C2H5CO-ONO2）含氮氧化物（N2O5）

硝化剂主要是硝酸。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，酸酐及各种Lewis酸的混合物。4、硝化反应的特点反应不可逆反应速度快，无需高温放热量大，需要及时移除反应热多数为非均相反应，需要加强传质二、硝化反应基本原理

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NO2+(硝酰正离子)形式参与反应的。硝酸要产生高浓度NO2+,减少水量

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、发烟硝酸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NO2+，硝化能力不强。(3%)混酸（H2SO4-HNO3-H2O）

混酸中硫酸的加入可以大大提高硝酸的硝化能力。

质子酸

混酸中硫酸增大，有利于NO2+离解，提高硝化能力，减少氧化作用。混酸中HNO3%510152040608090100HNO3转化NO2+转化率/%1001008062.528.816.79.85.91.0D.V.S.＝废酸中水的质量废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＝G(H2SO4)100－G(H2SO4)－G(HNO3)＋2G(HNO3)/7Φ＝

硫酸脱水值（D.V.S.）：硝化终了时废酸中硫酸和水的质量比

混酸的硝化能力废酸计算含量（F.N.A.）：

硝化终了时废酸中硫酸的质量百分数叫做废酸计算含量（质量分数），也叫做硝化活性因数。F.N.A.＝废酸的总质量废酸中硫酸的质量×100％G(H2SO4)100－5G(HNO3)/7Φ＝×100％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。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反应。反应机理：以NO2+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。其它的硝化剂有：有机硝酸酯、氮的氧化物（N2O5为重要）、硝酸盐和硫酸混和溶液。三、硝化反应的影响因素被硝化物的性质硝化剂反应介质温度搅拌相比和硝酸比加料方式硝化副反应被硝化物的性质苯系表取代基(R)对硝化反应速度的影响ROHOCH3HCNNO2N+(CH3)3v相对100024.5110-410-5～-710-7亲电取代，苯环电荷密度大，反应速度快2,4,6-三硝基甲苯硝化剂o,%m,%p,%o/p80％HNO340.7059.30.6990％HNO323.5076.50.31HNO3-H2SO419.42.178.50.25HNO3-(CH3CO)2O67.82.529.72.28硝化+

对硝化产物异构体比例的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NO2+的难易程度硝酸乙酯硝酸硝酸-醋酐五氧化氮氯硝酰硝酸-硫酸硝酰硼氟酸特殊硝化剂（1）HNO3-H2SO4(H3PO4):增加p-位异构体收率。（2）NaNO3(KNO3)-H2SO4: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。（3）HNO3-(CH3CO)2O:无氧化性，与酚醚或N-酰芳胺反应，可提高o/p。（4）RONO2：碱性条件的硝化剂。反应介质表反应介质对硝化产物异构体比例的影响被硝化物硝化剂-介质温度,℃o,%m,%p,%o/p苯甲醚HNO3-H2SO445312670.46HNO3(d.1.42)45402580.6925%HNO3-CH3COOH65442540.80O2NBF4－－环丁砜690312.23HNO3-(CH3CO)2O10711282.54苄甲醚HNO3-H2SO4252918530.55HNO3-(CH3CO)2O25517421.21苯乙基甲醚HNO3-H2SO425329590.54HNO3-(CH3CO)2O25624341.82甲苯HNO3(d.1.47)30573401.43HNO3-(CH3CO)2O25563411.37温度反应温度升高，硝化反应速度加快。硝化产物k25℃k35℃k35℃/k25℃0.180.472.610.391.233.15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。温度，℃o,%m,%p,%3057.23.539.36057.67.135.3容易进行的硝化反应：10～90℃较难进行的硝化反应：30～130℃搅拌促进传热：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，使温度失去控制，而导致发生事故。相比和硝酸比相比

混酸与被硝化物的质量比叫做相比，也叫酸油比。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；控制反应温度，使反应平稳。硝酸比（Φ）硝酸与被硝化物的摩尔比叫做硝酸比。容易进行的硝化反应：过量1～5％较难进行的硝化反应：过量10～20％硝化生产方式间歇过程：连续过程：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；硝化加料顺序

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，这种加料方式常用在连续硝化中。

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物容易硝化的过程。

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多硝基化合物，或被硝化物难于硝化的过程。加料方式硝化副反应硝酸分解氧化：生成硝基酚类多硝化形成黑色络合物（C6H5CH3•2ONOSO3H•3H2SO3）四、典型硝化反应

苯与混酸的混合物于50-60℃反应，生成硝基苯。

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。

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。

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

-硝基萘。

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2，4-二硝基苯酚和2，4，6-三硝基苯酚。三、芳烃的硝化硝化反应操作过程间歇过程：连续过程：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；1、硝化反应操作过程混酸配置四、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泡沫塑料，此外，它还是一种重要的有机中间体及工业溶剂。

硝化反应器

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

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酰基的过程。酰化试剂：羧酸；酰卤；酯；酸酐；酰胺§2.5酯化一、酯化概述

酰基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。羧酸

RCOOH,HCOOH,CH3COOH,HOOCCOOH酸酐：

CO2(碳酸酐)CO(甲酸酐)酰氯常用酰化剂羧酸酯

ClCH2COOC2H5,CH3COCH2COOC2H5酰胺其他：如双乙烯酮、二硫化碳不同类型酰化试剂的活性δ1+<δ2+<δ3+①酸与醇或酚直接酯化法：

R'OH+RCOOH→RCOOR'+H2O②酸的衍生物与醇的酯化：

R'OH+(RCO)2O→RCOOR'+RCOOHR'OH+RCOCl→RCOOR'+HCl酯交换反应：

RCOOR'+R″OH→RCOOR″+R'OHRCOOR'+R″COOH→R″COORˊ+RCOOHRCOOR

'+R″COOR‴→RCOOR‴+R″COOR'其他酯化法：烯酮与醇酯化、腈的醇解、酰胺的醇解主要酯化反应：

羧酸酯在精细化工产品中有广泛用途，重要的用途是用作溶剂及增塑剂，其他的用途还包括有树脂、涂料、合成润滑油、香料、化妆品、表面活性剂、医药等。

酯化反应用途二、酯化反应原理酯化反应平衡常数为：提高酯收率的方式：（1）用过量的低级醇（2）从反应混合物中蒸出水（3）从反应混合物中蒸出酯酯化反应主要影响因素

醇或酚结构酯化反应活性：甲醇≻伯醇≻仲醇≻叔醇≻酚。（

如：乙酸与醇或酚的酯化反应影响的结果）通常，叔醇和酚的酯化要选用活泼的酸酐或酰化剂。

空间位阻羧酸的结构酯化反应活性：甲酸≻直链羧酸≻有侧链羧酸≻芳香族羧酸。（见表5-15异丁醇与各种羧酸的酯化反应影响的结果）如：以苯甲酸为例，当邻位有取代基时，酯化反应速度减慢；当两个邻位均有取代基时，酯化更难，而且形成的酯不易皂化。空间位阻催化剂作用：可降低反应活化能，加快反应的速度。种类：(a)无机酸、有机酸：H2SO4、HCl（或氯化氢）、H3PO4、р-(CH3)C6H4SO3H、F3CCOOH、C6H5SO3H、等；(b)无水酸式盐：AlCl3、FeCl3、KHSO4、CH3COONa等；(c)强酸性阳离子交换树脂；酚磺酸树脂、磺化聚苯乙烯树脂(d)非酸型催化剂：铝、钛和锡的化合物如Al2O3、SiO2、ZnO、TiO2、钛酸四丁酯［Ti(OC4H9)4］等；几种常用催化剂的性能：①浓硫酸优点：酸性强、吸水性好、性质稳定、催化剂效果好及价格低廉等，是应用最为广泛的催化剂。缺点：氧化性，易使反应物发生磺化、碳化或聚合等副反应，对设备腐蚀严重，后处理麻烦，产品色泽较深等。注意：酯化温度低于100°C，硫酸用量约为羧酸量1/3~1/5。对碳链长的羧酸酯化反应因此需要温度高，通常不宜用硫酸作为催化剂。对于不饱和酸、羟基酸、甲酸、草酸和丙酮酸等的酯化，不宜用硫酸催化，因为它能引起加成、脱水或脱羧等副反应；②干燥氯化氢或盐酸优点：酸性强、无氧化性、催化效果好和易于分离等。缺点：设备腐蚀严重、操作较复杂、反应时间过长时易发生醇羟基氯代副反应等。应用：一般用于某些以浓硫酸作为催化剂时发生脱水等副反应的含羟基化合物的酯化，也可用于氨基酸的酯化。

③对甲苯磺酸优点：具有浓硫酸的一切优点，而且无氧化性，碳化作用较弱，工艺较简单。缺点：价格较高。应用：常用于反应温度较高及浓硫酸不能使用的场合，如长碳链脂肪酸和芳香酸的酯化强酸性阳离子交换树脂特点：酸性强、操作简便、反应条件温和、催化剂可再生和易于分离、副反应少、产率高、可连续化生产等。如果加入适量酸钙，可加快反应速度并提高收率。缺点：价格高、耐高温性能较差，使用温度低于120℃，因此限制了它们的应用范围。催化剂的选择：①醇和酸的种类和结构②酯化温度③设备耐腐情况④成本⑤催化剂来源⑥是否易于分离等。三、酯化方法

1、羧酸法⑴特点：羧酸与醇作用生成酯的反应（羧酸法）是双分子的平衡可逆反应，虽经加热和催化剂的作用可加快反应速度，但不能提高平衡转化率。⑵酯化转化率：提高酯的收率，可采用两种方法：原料配比中，提高便宜原料用量，以提高酯的平衡转化率；不断蒸发反应生成的酯和水，破坏反应的平衡。2、羧酸酐法①羧酸酐是比羧酸更强的酰化剂，适用于酚羟基或空间位阻大的羟基化合物酯化。②反应在少量酸或碱的催化下进行。常用的催化剂有浓硫酸、对甲苯磺酸、高氯酸、氯化锌、无水乙酸钠、吡啶以及二甲基苯胺等。③醇的结构对酸酐法合成酯的影响，酯化速度顺序为：伯醇>仲醇>叔醇。(1)特点：(2)应用①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：

RˊOH+(RCO)2O→RCOORˊ+RCOOH乙酰水杨酸（即阿司匹林）的合成：

分散染料中间体的合成：

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（DBP）及二辛酯（DOP）就是以苯酐和过量醇在硫酸催化下进行酯化而得的。

苯酐辛醇3、酰氯法

①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的叔醇，也能顺利完成酯化反应。②是一个不可逆反应。反应中释放出氯化氢，易产生多种副反应（如氯化、脱水和异构化等）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。4、酯交换法

定义：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，常常要用酯交换法。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、酸或另一种酯。

即，三种方式：1、酯醇交换法，即醇解法或醇交换法

2、酯酸交换法，即酸解法或酸交换法

3、酯酯交换法，即醇酸互换

5、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：

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。合成过程分为二步：（80%产量用该方法）丙酮氰醇甲基丙烯酰胺硫酸盐四、反应实例邻苯二甲酸二辛酯的合成（DOP）---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，相容性越好，其增塑效果也越好。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。1.还原反应——广义而言，在还原剂的参与下，能使某原子得到电子或电子云密度增加的反应。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。（注：氢化是还原的一种重要形式）§2.6氢化与还原（1）有机分子中增加氢（2）有机分子中减少氧（3）有机分子中氧原子减少，同时氢原子增加

3.还原方法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（CatalyticHydrogenation）在催化剂存在下，有机化合物与氢发生的还原反应。（2）化学还原法（ChemicalTeduction）使用化学物质作为还原剂的还原方法。

无机还原剂：

活泼金属及其合金Fe/HClZn/HOAcNa/ROHZn-Hg/HClNa-Hg/EtOH

低价元素的化合物Na2SNa2SxFeCl2SnCl2Na2S2O4

金属氢化物NaBH4KBH4LiAlH4LiBH4

有机还原剂：烷基铝（异丙醇铝、叔丁醇铝），HCHO，葡萄糖（3）电解还原法

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。

催化氢化的反应类型1.氢化和氢解氢化：

键断裂与氢加成形成饱和键。氢解：反应物分子中

键断裂与氢结合，产物分解成两部分氢化物例：氢化

例如：氢解2.催化氢化（反应体系）

均相催化氢化（HomogeneousHydrogenation），亦称为均相络合催化，催化剂溶于反应介质中

非均相催化氢化（HeterogeneousHydrogenation），亦称为多相催化氢化，催化剂自成一相。3.催化氢化（工艺）

液相氢化：氢化在液相介质中进行，是气－液－固多相反应。

气相氢化：氢化在气态下进行，是气－固相反应。4.催化氢化的特点优点：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，反应需使用催化剂。液相催化氢化

1.催化氢化的基本过程

反应物分子向催化剂表面的扩散；

反应物分子在催化剂表面吸附（物理和化学吸附），形成活化络合物；

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向介质扩散，离开催化剂表面。扩散-吸附-反应-解吸-扩散2.催化剂 （1）按金属性质分类贵金属：铂(Pt)、钯(Pd)、铑(Rh)、铱(Ir)、锇(Os)、钌(Ru)一般金属：Ni、Cu（2）按催化剂的制法分类3.催化剂的评价主要指标

催化活性

选择性

稳定性：指催化剂在使用条件下，保持活性和选择性的能力，主要指对毒物的稳定性。4.骨架型催化剂主要有骨架镍、骨架铜、骨架钴骨架镍：又称为Raney镍，由Al-Ni合金作为原料，用溶解的方法（常用NaOH溶液）除去其中不需要的组分（Al）,形成具有高度孔隙结构的骨架，故称为骨架型催化剂。一般：Ni：30～50%CNaOH：20～30%

Al的溶出过程称为合金的“消化”。骨架镍的性质

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，应保存在乙醇或蒸馏水中。

操作条件：氢化T、P较高，但价格便宜，制备简单。

中毒：S、As、Bi的化合物，X、Sn、Pb的有机金属化合物。6.载体型：Pd－C

将Pd盐水溶液浸渍或吸附于载体上（如活性炭），再经还原剂处理，使其形成金属微粒、经洗涤、干燥得载体钯催化剂。性能：作用温和，选择性好，可在酸、碱溶液中起作用，对毒物敏感性差。适于烯烃、炔烃、芳香族硝基的氢化。7.催化氢化的影响因素（1）被氢化物的结构和性质

某些有机化合物催化氢化易难次序

各种官能团的反应活性

碳氢化合物中直链烯烃＞环状烯烃＞萘＞苯＞烷基苯＞芳香烷基苯（2）温度和压力T↑—→选择性↓P↑—→[H2]↑—→

↑—→选择性↓（3）溶剂及介质的酸碱性溶剂的极性、介质的酸碱性以及溶剂对反应物和氢化物的溶解度等均能影响反应速度和反应的选择性。因为溶剂的存在使反应物的吸附性发生了变化，改变了氢的吸附量。溶剂的存在也会引起催化剂表面状态的改变，可使催化剂分散得更好，有利于被氢化物、氢、催化剂三者之间的接触。（1）无溶剂法：反应物、生成物都是液体，粘度不大；（2）用水作溶剂：用于含水溶性基团的反应物；（3）有机溶剂：多数情况下催化氢化要采用有机溶剂8.实际操作（1）H2的来源使用的H2可以是：纯H2，或CO+H2，或惰性气体+H2H2来源：NaCl

+

H2O电解天然气（CH4）转化水煤气（CO+H2）净化H2O电解

（2）反应器

泥浆型反应器（使用的催化剂处于悬浮或流动状态）搅拌式加氢釜：加压操作鼓泡塔式反应器：中压（约几个MPa）或较高压力（约几十MPa）立管式泥浆型反应器：中压或较高压力。

固定床反应器：大颗粒催化剂在设备中处于固定状态。

流化床反应器9.实例（1）芳香族硝基化合物的催化氢化100℃，15～20MP，立管式泥浆型反应器8～10MP（2）腈的还原将腈还原为伯胺，引入氨基。制备长碳链脂肪胺

（3）芳环氢化常用催化剂：Pt、Pd、Ni气固相催化氢化催化剂：含铜（载体型）催化剂铜－硅胶（Cu－SiO2）Cu－Al2O3Cu－浮石副反应：

在电解质溶液中的铁屑还原

金属在水介质中对硝基化合物进行还原的过程，在理论上是和金属的腐蚀过程一致，因此可根据金属腐蚀的电化学原理来说明。铸铁是铁和碳化铁的固态溶液，组成中还含有锰、碳、硅和硫等元素。当铸铁和水溶液接触时，这些元素和化合物可与铁组成微电池，而且一般铁是负极，其它元素是正极。

OHˉ+H+

H2OH++e

HFe2+Fe2+杂质(正极)Fe(－)ee(－)Fe原理：

选择性还原，对－X，C＝C，C＝O等基团无影响。反应历程1.化学历程

2.硝基化合物还原的各步历程反应影响因素1.被还原物的结构芳环有吸电子基－→容易，反应温度低；芳环有推电子电子基－→较难，反应温度较高；

2.铁屑质量与用量铸铁：含杂质（C,Mn,P,Si），可形成微电池，效果好；熟铁粉、钢粉等：含杂质少，效果差；理论用量：ArNO2

～2.25Fe实际用量：1ArNO2～（3－4）Fe3.电解质的影响电解质的存在可加速反应，因可提高溶液的导电能力。铁的预蚀：在电解质的铁屑还原中，若使用FeCl2为电解质时，是通过在还原反应前在反应器中加入少量铁粉和盐酸来制得的，这个过程称为铁的预蚀。4.水量水的作用：提供质子，可传质、传热硝基物与水的摩尔比为1:50-1005.搅拌与反应器反应中需良好的搅拌；一般采用球底衬耐酸砖钢锅。实际操作1.还原方法适用范围可与铁泥采用各种方法分离的芳胺均可用铁屑还原2.产物分离方法3.还原工艺一般采用间歇式生产：铁的预蚀—→分批加Fe和ArNO2—→加入Na2CO3、CaO—→后处理锌粉还原锌粉还原能力与介质的酸碱性有关

硝基化合物在碱性介质中用锌粉还原的过程利用锌粉强碱条件下还原制备以下物质：含硫化合物还原

含硫化合物多数为相当缓和的还原剂，含硫还原剂有：硫化物：Na2S、NaHS、(NH4)2S、Na2Sx(x=1～5)

含氧硫化物：Na2SO3、NaHSO3、Na2S2O4（连二亚硫酸钠、保险粉）此类还原剂主要可将氮氧的官能团还原成氨基硫化物作为还原剂1.特点及应用范围（1）特点：反应缓和，可选择性部分还原多硝基化合物，反应中硫化物提供电子，水（或醇）提供质子。（2）Na2S作为还原剂适于在碱性介质中使用，可将ArNO2、HO-Ar-NO2还原为ArNH2、HO-Ar-NH2；

反应中生成NaOH，使介质的pH值不断增加，因而易发生双分子还原生成氧化偶氮化合物、偶氮化合物、氢化偶氮化合物等杂质。

避免方法：

向体系中加入NH4Cl、MgSO4、MgCl2、NaHCO3来降低介质的碱性；

加入计算量的S使Na2S生成Na2S2，Na2S2不引起双分子还原反应。

（3）Na2S2作还原剂可由等摩尔Na2S和S与水共沸制备。（4）多硫化钠Na2Sx：其还原作用与Na2S2相同，但有硫（S）析出，产物提纯困难。

（5）NaHS作为还原剂：在硫化物还原剂中最为适用。可由H2S通入Na2S溶液中制得，不引起双分子还原。

★多硝基物的部分还原一般采用Na2S2或NaHS2.含氧硫化物作为还原剂主要还原剂有：Na2SO3、NaHSO3、Na2S2O4（1）Na2SO3、NaHSO3

NaSO3在作还原剂的同时，还可作为磺化剂。如（2）Na2S2O4（连二亚硫酸钠，俗称保险粉）在稀碱介质中是强还原剂，可还原硝基，重氮基及醌基等。反应条件温和，反应快，收率高，产品纯。但保险粉性质不稳定，当受热或在水溶液中往往迅速剧烈分解。金属氢化物还原剂LiAlH4（铝氢化锂、四氢铝锂）NaBH4（硼氢化钠、四氢硼钠）特点：反应速度快、产率高，反应条件温和，选择性好。1.LiAlH4：强还原剂，可获得优良产率（70～98%），是一种“广谱”还原剂。能还原碳原子和杂原子之间的双键和叁键，一般不能还原碳碳之间双键和叁键制备：由LiH粉末与无水AlCl3在干醚中反应制得。

2.NaBH4还原作用较LiAlH4缓和，仅能使羰基化合物和酰氯还原为醇，不能使硝基还原，能溶于水、醇而不分解。其它还原剂1.醇铝还原剂（烷氧基铝）还原剂：

特点：具有高的选择性，同时作用缓和。2.肼（H2N－NH2）其水溶液呈弱碱性（K1=9.8×