精细合成单元反应与工艺 第7章 羟基化反应

第七章羟基(qiǎngjī)化反应共八十六页§7.1概述(ɡàishù)

1，定义

有机化合物分子中引入羟基的反应

目的：制得各种(ɡèzhǒnɡ)酚、醇、烯醇

进一步合成烷基酚醚、二芳醚、芳伯胺和二芳基仲胺等中间体共八十六页2，引入羟基(qiǎngjī)的方法羧酸及衍生物氢化羰基化、还原(huányuán)

缩合反应重排农副产品发酵→ROH（酿酒）亲核置换共八十六页（1）羧酸(suōsuān)及衍生物氢化共八十六页（2）羰基化、还原(huányuán)

共八十六页（3）缩合(suōhé)反应共八十六页（4）重排共八十六页（6）氧化(yǎnghuà)共八十六页（7）亲核置换(zhìhuàn)

X＝－SO3H磺酸碱熔X＝－X卤素化合物水解X＝－NH2芳伯胺的水解X＝－NO2硝基(xiāojī)化合物的水解X＝－N2＋Cl－重氮盐的水解X＝－H如：苯的直接羟基化共八十六页§7.2羟基(qiǎngjī)化反应芳磺酸盐的碱熔芳磺酸盐在高温与熔融的苛性碱（或苛性碱溶液）作用下，使磺基被羟基所置换(zhìhuàn)的反应叫碱熔。7.2.1－OH置换－SO3H

共八十六页优点：过程简单，设备要求低，适用(shìyòng)于多种酚的制备缺点：消耗大量的酸、碱、三废多大吨位：苯酚、间苯二酚、1－萘酚等已转用别的路线生产小吨位：J酸、H酸、γ酸采用此法碱熔是工业上制备(zhìbèi)酚类的最早方法：共八十六页是亲核置换反应(fǎnyìng)历程1414一、反应(fǎnyìng)历程共八十六页二、反应(fǎnyìng)的影响因素

1，碱熔剂(róngjì)苛性钠：最常用的碱熔剂。苛性钾：活性相对较高，但是较贵。苛性钾和苛性钠混合物：适用于较低温度的碱熔。成本相对较低。共八十六页芳环上有吸电子基团(磺酸(huánɡsuān)基、羧基等）使其活化;

硝基磺酸会产生氧化，不宜用碱熔的方法;

氯代磺酸不宜用此法，因为氯原子比磺基更易被－OH取代;芳环上的供电子基团对磺基的碱熔起钝化作用;多磺酸的碱熔，第一个磺基碱熔较容易;萘磺酸：1－磺基比2－磺基活泼;2，磺化物的结构(jiégòu)共八十六页表7一l不同(bùtónɡ)芳磺盐在用KOH碱熔时的活化能

共八十六页3，无机盐影响(yǐngxiǎng)磺酸盐中一般(yībān)都含有无机盐（主要是硫酸钠和氯化钠），不易溶解，可使反应物变得粘稠甚至结块。一般要求含量控制在10%（质量）以下。共八十六页4，碱熔温度(wēndù)与时间

碱熔的温度主要(zhǔyào)取决于磺酸的结构

不活泼的磺酸（如苯磺酸、2－萘磺酸）：高温碱熔（300－340℃）

活泼的磺酸（2－氨基萘，5,7－二磺酸；2－萘酚6,8－二磺酸）要求的温度较低，一般中温度（180-230℃）

共八十六页

（1）高温碱熔速度快、时间短，在熔融碱中加完磺酸盐后（约几小时），只要适当地迅速升温（如从300℃升高到340℃），保持10到几十分钟，即达到反应的终点(zhōngdiǎn)；

（2）中温碱熔（一般为NaOH溶液作碱熔剂）所需时间较长，一般在加完磺酸盐后保温几小时，甚至10~20小时。时间(shíjiān)共八十六页5，碱的浓度(nóngdù)和用量

（1）采用NaOH或KOH作碱熔剂(róngjì)；KOH比NaOH活性高，但价贵；有时用二者的混合物，二者混合物熔点低于300℃（2）高温碱熔使用含量在90％以上的熔融碱，常压或低压稀碱，要高温高压（3）中温碱熔：70－80％浓碱液，常压回流（4）高温碱熔：碱的过量较少，1：2.5（mol比）中温碱熔碱的过量较多，1：6-8（mol比）共八十六页三、熔融(róngróng)碱的常压碱熔

用于磺基不活泼的场合可使单磺酸、多磺酸基完全被－OH置换常压碱熔时，由于生成的酚易被空气氧化，要用水蒸汽保护

碱熔的初期由磺酸盐带入的水和反应生成的水起保护作用(zuòyòng)

碱熔的后期，需要在碱熔物的表面通适当的蒸汽共八十六页反应(fǎnyìng)实例共八十六页高温(gāowēn)磺化-碱熔法仍是生产2-萘酚的主要方法，我国是主要生产国。无机盐废液多。共八十六页工艺(gōngyì)过程（1）285－320℃下，在碱熔锅中加入熔融碱（2）加入2－萘磺酸（3）加料(jiāliào)完毕后，快速升温至330-340℃，保温30min

(碱熔物中，游离的碱含量下降到40％以下为反应终点)（4）碱熔物放入热水中，使其完全溶解（5）在60-80℃下，用SO2进行酸化。共八十六页四、浓碱的常压碱熔

萘系的某些多磺酸、氨基和羟基的多磺酸用70%~80％NaOH溶液、常压、180℃~270℃反应(fǎnyìng)可使萘系多磺酸中的一个磺基被羟基置换，二氨基和其他磺基不受影响可用于制备J酸、γ酸、M酸、H酸等共八十六页J酸H酸共八十六页γ-酸（6-氨基-4-羟基(qiǎngjī)-萘-2-磺酸）M-酸（8-氨基-4-羟基(qiǎngjī)-萘-2-磺酸）共八十六页五、稀碱的加压碱熔

共八十六页反应温度和碱浓度都可以在一定的范围内变化，以此来控制多磺酸中磺基被置换的数目或控制芳环上氨基是否(shìfǒu)被水解。共八十六页一、气相接触催化(cuīhuà)水解

氯苯在高温(gāowēn)和催化剂作用下，不用碱也能水解用磷酸三钙或氯化亚铜/硅胶作催化剂，氯苯和水蒸汽在420-520℃（常压、气相）反应氯苯的单程转化率为10-15％。混合物中的氯苯、水、苯酚和氯化氢，经过萃取、精馏等可得到合格的苯酚

7.2.2－OH置换卤素

共八十六页优点：不消耗NaOH，副产盐酸可用于苯的氧化(yǎnghuà)氯化法制氯苯

工业上“再生(zàishēng)法”缺点：Cat活性周期短（4－6hr），分离过程复杂，对设备的腐蚀性强已被异丙苯法取代共八十六页二、碱性(jiǎnxìnɡ)水解法

0.2~0.6MPa20MPa氯苯在苛性钠作用下水解生成苯酚，曾经是工业(gōngyè)上制造苯酚的重要方法之一。共八十六页共八十六页多氯代苯的水解,一般(yībān)要求较高的温度，并需要用铜作催化剂共八十六页共八十六页侧链氯原子(yuánzǐ)在弱碱性水溶液中也能水解为羟基苄醇，可用来配制香水(xiāngshuǐ)、香精和食用香精。共八十六页氯化物的水解(shuǐjiě)工艺要点1.氯化物不溶于水；搅拌和相转移催化剂2.水解和消除反应的竞争；在发生取代反应时，水解剂显示亲核性攻击碳原子；在发生消除反应时，则水解剂取决于碱的性质接近β位氢原子。因此，在进行取代反应时要求采用亲核性相对(xiāngduì)较强的弱碱作水解剂，如Na2CO3；进行消除反应则要求采用亲核性较弱的强碱，如NaOH或Ca(OH)2。共八十六页7.2.3－OH置换(zhìhuàn)－NH2

合成(héchéng)路线较长：—NO2→－NH2→－OH主要用于1-萘酚衍生物的制备和某些特定位置上需要引OH的化合物共八十六页一、氨的酸性(suānxìnɡ)水解

酸性水解一般在稀硫酸中进行，温度(wēndù)较高时，因硫酸会引起副反应，可用磷酸和盐酸代替硫酸优点：工艺简单、收率高（可达88％）、质量好（纯度95％）缺点：对设备腐蚀严重，设备生成能力低、废水处理量大。1.2~1.5MPa共八十六页1-萘酚-3,8二磺酸(huánɡsuān)1-萘酚-3,6二磺酸(huánɡsuān)氨的酸性水解法还可以制备以下化合物：共八十六页二、氨的碱性(jiǎnxìnɡ)水解

在碱性条件下，如果(rúguǒ)提高碱熔温度，可以使萘环1-位的磺基和8位氨基同时被-OH取代共八十六页三、氨的亚硫酸氢钠水解(shuǐjiě)

某些芳伯胺，在亚硝酸氢钠水液中，常压沸腾回流，再加碱处理(chǔlǐ)，氨基被羟基取代NW酸1-萘酚-4-磺酸共八十六页四、重氮盐水解(shuǐjiě)

由芳伯胺重氮化生成的重氮盐经酸性水解即可得到酚。常用的重氮盐是重氮硫酸氢盐，分解(fēnjiě)反应常在硫酸溶液中进行。共八十六页重氮盐的水解是单分子(fēnzǐ)亲核置换反应，其历程为为了避免副反应，一般将冷的重氮硫酸氢盐溶液慢慢加到热的或沸腾(fèiténg)的稀硫酸中，使重氮盐在反应液中的浓度始终很低。水解生成的酚最好随同水蒸气一起蒸出。共八十六页利用(lìyòng)重氮盐的水解可以制备下列酚：共八十六页重氮盐水解，硝酸存在(cúnzài)时，可得到相应的硝基酚共八十六页7.2.4硝基(xiāojī)化合物的水解

芳环上的硝基如果受到邻对位上强吸电子基团的影响(yǐngxiǎng)而得到活化共八十六页KOH:15%~20%,环丁砜为溶剂，反应(fǎnyìng)温度100~105℃.共八十六页7.2.5烷基(wánjī)芳烃的氧化－酸解

1、苯酚(běnfēn)的生产苯酚的主要消费方向是制备双酚A、酚醛树脂，其中双酚A增长速度近年可在6～7%水平，发展势头显得较为强劲，对苯酚消费的需求增长较快，而苯酚扩建计划不足、增产有限。世界需求年增长率维持4%，至2010年供需持续紧张。全球苯酚需求2006年为825万吨，2007年预计858万吨，2010年前预计年增长率保持在4%左右。共八十六页近两年来，我国苯酚生产发展较块。2004年，上海高桥石油化工公司(ɡōnɡsī)新建的一套12.4万吨/年装置建成投产，使我国苯酚总生产能力达到48.3万吨。2005年底，随着哈尔滨华宇股份有限公司(ɡōnɡsī)生产装置扩建到7.4万吨/年，我国苯酚总生产能力达到54万吨。其中，采用异丙苯法的生产厂家有4家，总生产能力约为50.9万吨/年，约占我国苯酚总生产能力的94.26%。共八十六页反应(fǎnyìng)历程共八十六页优点(yōudiǎn)：以苯和丙烯为原料，同时联产丙酮不需要消耗大量的酸碱，三废少连续操作，生成能力大，成本低已经成为苯酚生产(shēngchǎn)的主要方法（万吨级）共八十六页酸性分解所用酸：硫酸、磷酸、对甲苯磺酸酸解反应放热：→副反应，甚至有爆炸危险←控制(kòngzhì)丙酮回流来控制(kòngzhì)反应稳定（60-100℃）酸解加料顺序：CHP越低，副反应越少，因而将CHP浓缩液连续地加到酸解液中，立即被酸解液所稀释，使CHP浓度控制在0.2％左右此方法也用于制备间甲酚和2-萘酚共八十六页2、甲酚(jiǎfēn)的生产甲酚的异构体中，间甲酚是制备高效(ɡāoxiào)低毒农药杀螟松和速灭威的重要中间体。对甲酚是制备抗氧化剂的重要中间体。生产的异丙基甲苯可经分子筛分离得到对、间异丙基甲苯，再氧化-酸解；也可以直接氧化-酸解，采用异丁烯烷基化法再分离。共八十六页3、2-萘酚的生产(shēngchǎn)共八十六页7.2.6环己烷的氧化(yǎnghuà)－脱氢环己烷的氧化－脱氢(tuōqīnɡ)制备苯酚

共八十六页四氢萘的氧化(yǎnghuà)脱氢制备1-萘酚

1-萘酚是生产(shēngchǎn)农药甲萘威的中间体。共八十六页7.2.7芳酸的氧化(yǎnghuà)－脱羧

氧化铜为氧化催化剂，氧化镁抑制副产物焦油(jiāoyóu)的生成，并促进苯甲酰水杨酸的水解。共八十六页（1）苯甲酸铜的生成(shēnɡchénɡ)

（2）苯甲酸铜的热解共八十六页（3）苯甲酰基水杨酸的水解(shuǐjiě)

（4）水杨酸脱羧生成(shēnɡchénɡ)苯酚共八十六页（5）苯甲酸亚铜可再生为苯甲酸铜

共八十六页7.2.8苯的直接(zhíjiē)羟基化

苯分子在热力学上高的稳定性使其难以加成和氧化苯环(běnhuán)中的碳原子受共轭π电子的屏蔽作用，有利于亲电取代，不利于－OH的亲核进攻，产物酚比苯活泼，一旦生成酚后，容易进一步反应共八十六页苯直接制苯酚反应(fǎnyìng)历程亲电取代，即在强负电性离子作用下，使羟基(qiǎngjī)有亲电性游离基取代，在催化剂作用下产生游离基·OH或·OOH通过金属－氧络合物将氧原子插入到C－H键之间共八十六页（1）亲电取代H2O2和HF在－30-50℃反应（苯酚的收率(shōulǜ)可达37％）次氟酸与苯反应，氟强吸电性使OH基具有亲电性共八十六页（2）游离(yóulí)基取代

以Na2S2O8＋Fe＋＋＋Cu＋＋，30℃反应，收率64％反应历程点：在Fe＋＋作用下，使过氧化物(ɡuòyǎnɡhuàwù)分解放出游离的·OH，·OH进攻芳环共八十六页1、经由铊化反应(fǎnyìng)的羟基化7.2.9其他(qítā)

铊化氧化水解酸化共八十六页工艺(gōngyì)优点：作为亲电试剂的三氟醋酸铊体积庞大，进攻(jìngōng)部位几乎都发生在对位，产物唯一。中间体不需分离即可进行后续的氧化、水解等步骤。共八十六页2、由苯胺(běnàn)经氧化法制备对苯二酚由苯胺(běnàn)经氧化为对苯二醌，再还原成对苯二酚。共八十六页§7.3烷氧基化反应(fǎnyìng)10.3.1氯原子(yuánzǐ)置换成烷氧基芳环上的取代基（主要是氯原子和硝基）被烷氧基所置换的反应。为亲核取代反应。当芳环上的氯原子邻位或对位有硝基时，易发生亲核置换反应。共八十六页类似的方法(fāngfǎ)可以制备下列硝基苯烷醚：P331共八十六页7.3.2硝基(xiāojī)置换成烷氧基芳香族硝基(xiāojī)化合物中的硝基(xiāojī)在季铵盐相转移催化剂作用下也可转化为烷氧基。P332表10-4共八十六页硝基蒽醌在甲醇中，在无水碳酸钾存在(cúnzài)下，可生成甲氧基蒽醌共八十六页7.3.3重氮基置换(zhìhuàn)成烷氧基芳环上的重氮基在酸性介质(jièzhì)中，在甲醇溶液中，存在下面两种反应。共八十六页§7.4芳氧基化反应(fǎnyìng)芳环上的取代基被芳氧基所取代的反应(fǎnyìng)叫芳氧基化，制得的产物是二芳基醚。二芳醚一般是由芳香族卤化物与酚钠盐相作用而生成。共八十六页除草醚共八十六页用途：高效低毒杀虫剂。杀虫范围广，对刺吸口器、咀嚼口器和蛀食性害虫都有较强的触杀和胃毒作用。

制备(zhìbèi)或来源：间甲酚、亚硝酸钠及硝酸经亚硝化、氧化反应，生成4-硝基间甲酚，然后在甲苯中，氯化亚铜和碳酸钠存在下，于90～100℃，O,O-二甲基硫代磷酰氯与4-硝基间甲酚反应3h，收率95%以上。备注：防治贮粮害虫时，需佩戴防护用品，每人不得连续施药2h。施药时，不准进食、吸烟、饮水，如意外中毒，轻症用温盐水或1%肥皂水洗胃，并要送医院，服用或注射阿托品和解磷毒（PAM）。

杀螟松共八十六页7．5酚类的变色原因(yuányīn)