精细化学品合成中的常见单元反应

关于精细化学品合成中的常见单元反应2.1概述精细有机合成的单元反应精细化学品及其中间体品种繁多从分子结构来看，大多数是：在脂链、脂环、芳环或杂环等骨架结构上含有一个或多个取代基在骨架分子上引入取代基、合成这些化合物的反应即是精细有机合成的单元反应

第2页,共61页，2024年2月25日，星期天主要取代基

（1）-Cl、-Br、-I、-F等卤素基团；（2）-SO3H、-SO2Cl、-SO2NH2、-SO2NHR等；

（R:烷基或芳基）（3）-NO2，-NO等；（4）-NH2、-NHR、-NR2、-NHAc（酰基）、-NH2OH等；（5）-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

第3页,共61页，2024年2月25日，星期天

2.2精细有机合成的单元反应2.2.1卤化(Halogenation)氟化反应(Fluoration)氯化反应(Chloration)溴化反应(Bromation)碘化反应(Iodoncotion)2.2.1.1卤化反应定义

向有机化合物分子中碳原子上引入卤素原子的反应。第4页,共61页，2024年2月25日，星期天铜酞菁（酞菁蓝）高氯代铜酞菁（酞菁绿）2.2.1.2卤化反应的作用

可赋予产品极性、阻燃性、染料与颜料的色光、表面活性剂的杀菌性等2.2.1卤化实例1：有机颜料的色光第5页,共61页，2024年2月25日，星期天实例2：杀虫剂

“六六六”（C6H6Cl6）

七氟菊酯2.2.1卤化

2,3,5,6-四氟-4-甲基苄基(Z)-(1R,3R,1S,3S)-3-(2-氯-3,3,3-三氟丙-1-烯基)-2,2-二甲基环丙烷羧酸酯

土壤杀虫剂，防治鞘翅目、鳞翅目和双翅目害虫

杀虫谱广，具有胃毒触杀及微弱的熏蒸活性。六六六是几种立体异构体的混合物，生物活性是取决于丙体的含量。六六六是胆碱酯酶抑制剂，作用于神经膜上，使昆虫动作失调、痉挛、麻痹至死亡。六氯苯C6Cl6

选择性的抗真菌剂第6页,共61页，2024年2月25日，星期天实例3：阻燃剂2.2.1卤化添加型阻燃剂，用于PS、ABS、AS、不饱和聚酯等，稳定性好

四溴双酚A四氯双酚A第7页,共61页，2024年2月25日，星期天2.2.1.3卤化反应类型慢快Cl2

＋FeCl3[Cl+

•FeCl4-]Cl+＋FeCl4-

2.2.1卤化取代卤化游离基取代：脂肪烃及芳环侧链亲电取代：芳环以金属卤化物为催化剂，如FeCl3、AlCl3、ZnCl2等芳环上亲电取代氯化反应历程如下：第8页,共61页，2024年2月25日，星期天加成卤化亲电加成：酸催化下卤素、卤化氢、卤化物对不饱和键的加成游离基加成：光照和引发剂作用下卤素、卤化氢对不饱和键的加成2.2.1卤化第9页,共61页，2024年2月25日，星期天

Cl2CH-CCl3ClCH=CCl2Cl2，hν60～70℃Cl2C=CCl2-HCl实例1：氯乙烯和氯乙烷实例2：四溴乙烷实例3：四氯乙烷2.2.1卤化第10页,共61页，2024年2月25日，星期天置换卤化实例1：卤素置换羟基：HX、PCl3、PBr3、PI3、SOCl22.2.1卤化第11页,共61页，2024年2月25日，星期天置换卤化2.2.1卤化实例2：卤素置换磺酸基第12页,共61页，2024年2月25日，星期天2.2.2磺化和硫酸酯化（SulfonationandSulfation）磺化磺化反应定义向有机化合物分子中的碳原子上引入磺酸基的反应。硫酸酯化反应定义

醇及烯烃等有机化合物与硫酸进行的酯化反应。第13页,共61页，2024年2月25日，星期天2.2.2磺化和硫酸酯化2.2.2.1磺化反应的作用

赋予产品特定的性能，如水溶性、酸性、表面活性及对纤维的亲和力等磺酸盐型阴离子表面活性剂图1表面活性剂在溶液表面的定向吸附和胶束的形成十二烷基苯磺酸钠第14页,共61页，2024年2月25日，星期天2.2.2磺化和硫酸酯化酸性染料酸性红G染色pH=2～4图2酸性条件下染料与纤维分子的作用第15页,共61页，2024年2月25日，星期天2.2.2磺化和硫酸酯化

将磺酸基转变为其他基团，如-OH、-Cl等实例1：2-萘酚的制备实例2：氯代蒽醌的制备（同前）H2SO4,磺化160～162℃Na2SO3中和盐析NaOH碱熔SO2,H2O酸化第16页,共61页，2024年2月25日，星期天2.2.2磺化和硫酸酯化

利用磺酸基的可水解性，辅助某些反应的进行，在反应完成后再将其水解掉水介质，MgO170℃，～0.65MPa芳氨基化39～40％H2SO4,～120℃磺基水解还原4-氨基-4’-甲氧基二苯胺（安安蓝B色基）第17页,共61页，2024年2月25日，星期天2.2.2.2磺化反应试剂发烟硫酸（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）2.2.2磺化和硫酸酯化第18页,共61页，2024年2月25日，星期天2.2.2.3主要磺化方法过量硫酸磺化法（液相磺化法，H2SO4）共沸去水磺化法（气相磺化法，H2SO4）三氧化硫磺化（SO3,无水生成）氯磺酸磺化（ClSO3H,用于制备磺胺化合物）芳伯胺烘焙磺化法脂肪族化合物加成磺化（NaHSO3）置换磺化游离基反应氧磺化（SO2＋O2）氯磺化（SO2＋Cl2）芳香族化合物置换磺化（亚硫酸盐法）亲电取代2.2.2磺化和硫酸酯化第19页,共61页，2024年2月25日，星期天2.2.3硝化和亚硝化（NitrationandNitrosation）硝化反应定义

向有机物分子的碳原子上引入硝基，生成C-NO2键的反应。第20页,共61页，2024年2月25日，星期天硝化反应试剂浓硝酸（＞93%）：亲电反应质点为NO2+混酸（H2SO4-HNO3-H2O）：亲电反应质点为NO2+稀硝酸（＜70%）亲电反应质点为NO+先生成亚硝基化合物，再氧化为硝基化合物2.2.3硝化和亚硝化第21页,共61页，2024年2月25日，星期天2.2.3硝化和亚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-酰化芳胺等浓硝酸硝化：需要过量很多倍的硝酸，使用较少浓硫酸介质中的均相硝化：以浓硫酸为反应介质非均相混酸硝化工业上最常用、最重要的硝化方法适用于被硝化物或硝化产物在反应温度下呈液态，且难溶或不溶于废酸非均相反应需要剧烈搅拌强化传质有机溶剂中硝化：避免使用大量硫酸作溶剂第22页,共61页，2024年2月25日，星期天2.2.3硝化和亚硝化硝化反应的主要用途硝基转化为其他取代基，主要是氨基赋予产品特定的性能2,4,6-三硝基甲苯（TNT）二甲苯麝香（合成麝香）第23页,共61页，2024年2月25日，星期天2.2.3硝化和亚硝化（m.p.=254～257℃）（m.p.=210℃）图3偶氮基邻位硝基在分子内氢键形成中的作用示意图偶氮颜料第24页,共61页，2024年2月25日，星期天2.2.3硝化和亚硝化亚硝化反应向有机物分子的碳原子上引入亚硝基，生成C-NO键的反应叫做亚硝化反应亲电反应质点为NO+，反应活性弱主要用于在酚类、芳香仲胺和叔胺、富π电子的杂环以及具有活泼氢的脂肪族化合物分子中引入亚硝基第25页,共61页，2024年2月25日，星期天2.2.3硝化和亚硝化反应实例NaNO2,H2SO4-26℃，NaNO2,H2SO4亚硝化HCl重排Na2S2还原第26页,共61页，2024年2月25日，星期天2.2.4还原和加氢(ReductionandHydrogenation)还原反应定义广义地讲，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地讲，在有机分子中增加氢或减少氧或兼而有之的反应第27页,共61页，2024年2月25日，星期天还原剂2.2.4还原和加氢氢气（H2）活泼金属及其合金：Fe、Zn、Na、Zn-Hg、Na-Hg低价元素化合物金属复氢化合物：NaBH4、KBH4、LiBH4、LiAlH4金属：FeCl2，SnCl2非金属：Na2S，Na2S2，Na2Sx，Na2S2O4第28页,共61页，2024年2月25日，星期天还原方法加氢还原（催化氢化）化学还原法：以化学物质为还原剂电解还原法：在电极上进行电子转移均相催化氢化：催化剂溶于反应介质非均相催化氢化液相催化氢化气固相催化氢化2.2.4还原和加氢第29页,共61页，2024年2月25日，星期天2.2.4.1催化加氢（催化氢化）定义：含有不饱和键的有机物分子，在催化剂的存在下，与氢分子反应，使不饱和键全部或部分加氢的反应芳杂环2.2.4还原和加氢第30页,共61页，2024年2月25日，星期天催化剂一般金属系列：Ni、Cu、Mo、Cr、Fe、Pb贵金属系列：Pt、Pd、Rh、Ir、Os、Ru、Re还原型纯金属粉：Pt、Pd、Ni等，如骨架镍、骨架铜化合物型：氢氧化物、氧化物、硫化物如PtO2、MoS载体型：如Pt/C、Pd/C2.2.4还原和加氢第31页,共61页，2024年2月25日，星期天H2,RaneyNi,乙醇80～120℃液相催化氢化流化床气固相催化氢化Cu/SiO2,250～270℃2.2.4还原和加氢实例第32页,共61页，2024年2月25日，星期天2.2.4还原和加氢反应的特点优点反应易于控制产品纯度较高收率较高三废少应用广泛缺点需要使用带压设备，安全措施要求高催化剂选择要求严格第33页,共61页，2024年2月25日，星期天2.2.4.2化学还原电解质溶液中的铁屑还原2.2.4还原和加氢FeCl24ArNO2+9Fe+4H2O4ArNH2+3Fe3O4以金属铁为还原剂，反应在电解质溶液中进行选择性好（硝基或其它含氮的基团）工艺成熟、简单，适用范围广副反应少对设备要求低产生大量的含胺铁泥和废水第34页,共61页，2024年2月25日，星期天2ArNO2+5Zn+H2OAr-NH-NH-Ar+5ZnOAr-NH-NH-ArH2N-Ar-Ar-NH2OH-H+硫化碱还原

Na2S、Na2S2、Na2Sx

、NaHS、NH4HS锌粉还原：在碱性介质中硝基化合物的双分子还原2.2.4还原和加氢第35页,共61页，2024年2月25日，星期天2.2.4还原和加氢其它化学还原方法金属复氢化合物NaBH4、KBH4、LiAlH4、LiBH4反应速度快、副反应少、产品收率高、反应条件温和、选择性好可使羧酸及其衍生物还原成醇、羰基还原成羟基不能还原碳－碳不饱和键第36页,共61页，2024年2月25日，星期天2.2.4还原和加氢醇铝作用温和、选择性高、反应速度快、副反应少、收率高使羰基还原为羟基不能还原碳－碳不饱和键、-NO2等硼烷可在-NO2

、-Cl、-CN、酯基、羰基存在下将羧酸还原成相应的醇第37页,共61页，2024年2月25日，星期天2.2.5重氮化和重氮基的转化2.2.5.1重氮化反应（Diazotization）定义：氨基化合物转变成重氮化合物的反应HX＝HCl、HBr、浓H2SO4、稀H2SO4、HNO3等第38页,共61页，2024年2月25日，星期天反应的特点无机酸过量：芳胺与无机酸的物质的量比为1:2.25～4反应中要保持亚硝酸微过量，以防止副产物（重氮氨基化合物）的生成重氮氨基化合物ArN2++ArNH2

→Ar-N=N-NHAr低温反应：一般为0～10℃2.2.5重氮化和重氮基的转化第39页,共61页，2024年2月25日，星期天2.2.5.2重氮基的转化反应2.2.5重氮化和重氮基的转化（1）偶合反应定义：重氮盐与芳环、杂环或具有活泼亚甲基的化合物反应，生成偶氮化合物的反应叫做偶合反应是制备偶氮化合物（染料、颜料）的重要方法第40页,共61页，2024年2月25日，星期天2.2.5重氮化和重氮基的转化（2）重氮盐还原为芳肼中性至弱酸性苯基吡唑酮第41页,共61页，2024年2月25日，星期天

2.2.5重氮化和重氮基的转化（3）脱氨基反应：在适当还原剂做一些失去重氮基（4）置换为含氧基（羟基、烷氧基）第42页,共61页，2024年2月25日，星期天2.2.5重氮化和重氮基的转化（5）置换为卤基等（Sandmeyer反应）：芳胺重氮盐在亚铜盐催化下，置换成-Cl、-Br、-I、-CN等Na2Cu(CN)4NH3第43页,共61页，2024年2月25日，星期天ArN2+2.2.5重氮化和重氮基的转化第44页,共61页，2024年2月25日，星期天2.2.6烃化（Hydrocarbylation）

定义

是在有机化合物分子中的碳、硅、氮、磷、氧或硫原子上引入烃基的反应的总称。

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2.2.6烃化引入的烃基烷基（-R）烯基（-C=C-）炔基（-C≡C-）芳基（-Ar）取代烃基羧甲基（-CH2COOH）羟乙基（-CH2CH2OH）氰乙基（-CH2CH2CN）第46页,共61页，2024年2月25日，星期天（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,烃化试剂2.2.6烃化第47页,共61页，2024年2月25日，星期天基质反应原子反应名称反应产物碳原子C酰化醛、酮或羧酸氨基氮原子N-酰化酰胺羟基氧原子O-酰化（酯化）酯2.2.7酰化（Acidylation,Acylation）酰化反应定义

有机化合物分子中与C原子、N原子、O原子或S原子相连的H原子被酰基所取代的反应表1基质上不同原子酰化反应产物第48页,共61页，2024年2月25日，星期天硫酸硫酰基砜基羰基碳酰基（羧基）碳酸甲酰基（醛基）甲酸乙酰基乙酸苯磺酰基苯甲酰基2.2.7酰化酰基

是指从含氧的无机酸或有机酸的分子中除去一个或几个羟基后所剩余的基团。第49页,共61页，2024年2月25日，星期天

2.2.7酰化酰化试剂：酰氯、酸酐、羧酸等反应实例第50页,共61页，2024年2月25日，星期天2.2.8氧化（Oxidation）氧化反应定义指在氧化剂存在下，有机物分子中增加氧或减少氢的反应。氧化剂：氧气或化学氧化剂等反应的目的：主要用来制备醇、醛、酮、羧酸、醌、酚、环氧化合物和过氧化物等第51页,共61页，2024年2月25日，星期天2.2.9水解（Hydrolysis）水解反应定义

指有机化合物X-Y与水的复分解反应。第52页,共61页，2024年2月25日，星期天（2）芳磺酸盐的碱性水解（碱熔）水解反应方式（1）芳磺酸的酸性水解

（6）酰胺的水解（4）芳香族重氮盐的水解（5）酯的水解（