精細(xì)有機(jī)合成縮合

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1、單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,,單擊此處編輯母版文本樣式,,第二級,,第三級,,第四級,,第五級,,,*,第12章 縮合,（Condensation）,12.1,概述,12.2,芳烴,C,－,烷化的烷化劑和反應(yīng)歷程,12.3 芳烴C,－,烷化的實際應(yīng)用,,12.4 芳烴C－酰化的?；瘎┖头磻?yīng)歷程,12.5 芳烴C－?；磻?yīng)的實際應(yīng)用,12.6 酚類的C－羧基化,12.7 羰基化合物與含活潑氫化合物的縮合,,,12.1,,概述,縮合反應(yīng)就是兩個分子縮合在一起得到大分子的反應(yīng)，這類反應(yīng)包括的面很廣，本章討論的范圍是：反應(yīng)后增加新的,C-C,鍵的反應(yīng)，怎樣形成新的,C-C,鍵？有兩種手段：

2、,（1）,在縮合劑存在下向芳環(huán)上引入下列基團(tuán)：,（2）,羰基化合物與一個含活潑氫的化合物發(fā)生縮合反應(yīng)：,脫水,,縮合反應(yīng)用途也很廣：,烯或氯烷,（洗衣粉）,異丙基、叔丁基化是香料，各種添加劑及農(nóng)藥等多種精細(xì)化學(xué)品合成中常用的單元反應(yīng)。,,,C-,烷化是在催化劑作用下往芳環(huán)上引入烷基制備側(cè)鏈芳烴的過程，即通常,Friedel-Crafts,反應(yīng)，這個反應(yīng)只有活潑的芳烴才能發(fā)生，帶吸電子取代基的不發(fā)生反應(yīng)，而供電子取代基供電性強(qiáng)弱對反應(yīng)的影響不是很大。,付-克反應(yīng)的烷化劑：烯烴（內(nèi)，端）、鹵烷、醇、醛、酮，其中重要的是前二種，烯烴成本低，來源豐富。,付-克反應(yīng)所用的催化劑有三種類型：,a.,質(zhì)子酸

3、,b.,路易斯酸,c.,其它：酸性氧化物，有機(jī)鋁化物，硅烷等。,12.2,芳烴,C,－,烷化的烷化劑和反應(yīng)歷程,,反應(yīng)歷程：是芳香族親電取代，催化劑的作用是增加,C,原子親電性。,+,用路易斯酸催化，須有少量,HCl,存在，三氯化鋁儲存時一定要干燥。若接觸到少量水，則會生成,HCl,，或者加少量氯代烷，生成一點,HCl,。,吸附在三氯化鋁上的,HCl,發(fā)生極化，形成帶部分電荷的質(zhì)點，就可加成到烯烴分子上：,....,....,+,（1）,烯烴用質(zhì)子酸催化，質(zhì)子先加到烯烴分子上形成活潑親電質(zhì)點：,,慢,快,動力學(xué)實驗表明，該反應(yīng)沒有動力學(xué)同位素效應(yīng)，即第一步是反應(yīng)速度控制步驟。,（2）,用鹵烷烷

4、化，首先催化劑使鹵烷極化。,.,δ+,δ,-,極限情況,從反應(yīng)歷程不難看出：,叔碳正離子進(jìn)行碳烷化反應(yīng)最容易。,生成的碳正離子與芳烴形成,σ 絡(luò)合物，進(jìn)一步脫去質(zhì)子生成烷化物。,+,,碳烷化反應(yīng)的兩個特點：,（1）,連串反應(yīng),因此要想得到一烷化產(chǎn)物，須控制好反應(yīng)深度。,（2）,可逆反應(yīng),利用碳烷化可逆反應(yīng)特點，多烷基苯可脫掉烷基或發(fā)生歧化。,,歧化反應(yīng)在用三氯化鋁催化時容易發(fā)生，而用質(zhì)子酸如磷酸催化時，歧化反應(yīng)不易發(fā)生。,12.3 芳烴C,－,烷化的實際應(yīng)用,12.3.1 長碳鏈烷基苯的合成,長碳鏈烷基苯（12C為主）是合成洗滌劑的重要中間體，烷化劑有鹵烷和烯烴兩種，烷化劑的制備：,①,長碳

5、烷烴的氯化,這種方法難以制得純的鹵代化合物。,,a.丙烯四聚,,b.乙烯齊聚（SHOP法、齊格勒法）,,c.石蠟裂解,,d.煤油脫氫（C,10~14,）,②,烯烴合成的四條路線：,四條路線中，由a法制得的烯烴，支鏈較多，由它合成的洗滌劑生化降解性不好，一般不用。c法制得的產(chǎn)物較雜，能耗高，一般也不用，主要采用b,d法。,工業(yè)生產(chǎn)中，以烯烴為烷化劑，HF為催化劑合成烷基苯的過程：,,主反應(yīng)：,30~40,℃,0.5~1MPa,,副產(chǎn)：二烷基苯，烷基,茚滿,，,（ ）,異構(gòu)烷基苯,反應(yīng)器是篩板塔，二塔串聯(lián)。,,圖：氟化氫法生產(chǎn)烷基苯工藝流程,,,1，2－,反應(yīng)器；,3－HF,蒸餾塔；,

6、4－,脫HF塔；,5－,脫苯塔；,6,－脫烷烴塔；,7,－成品塔,,12.3.2 芳烴的低C-烷化,低碳烷化是指引入短碳鏈，C,3~5,的烷化，其中生產(chǎn)上最重要，有典型意義的是：,這一生產(chǎn)過程，工業(yè)上采用液相烷化和氣相烷化兩種工藝：,液相法：三氯化鋁作催化劑，90,℃,反應(yīng)，容易歧化，收率較高94~95%。,氣相法：磷酸作催化劑， 230~250 ℃，2－3MPa,,,易發(fā)生多烷化，不容易歧化，故采取苯大大過量，控制好烷化深度，收率~90%。,無論從能量消耗，還是從收率看，液相法優(yōu)于氣相法。,,,12.3.3 酚類的C-烷化,酚類烷化得烷基酚是非離子表面活性劑的重要中間體，烷基酚特別是叔丁

7、基酚作抗氧化劑，有多種用途。,酚類碳烷化與芳烴碳烷化所用催化劑相似,質(zhì)子酸,,路易斯酸,都是用來促成碳正離子生成，但須指出，酚類碳烷化時不能用三氯化鋁催化，因羥基本身與三氯化鋁反應(yīng)：,,酚類碳烷化歷程可能有二：,①,,δ+,②,重排,苯酚烷基化時，初始階段受動力學(xué)控制，得到的鄰，對位異構(gòu)體差不多，但隨著溫度升高，時間延長，逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)闊崃W(xué)穩(wěn)定的對位異構(gòu)體。,,,酚類碳烷化的烷化劑，對甲基化來說用甲醇，引入其它烷基時多用烯烴。,如：,70~80,℃,BHT占產(chǎn)物92%,,12.3.4 用醛、酮進(jìn)行C-烷化,醛，酮可以和芳環(huán)縮合，制取二芳基甲烷衍生物和三芳基甲烷衍生物，這類化合物可作粘合劑，塑料

8、添加劑及染料等，具有很好的功能性。,這類縮合是親電反應(yīng)，可用質(zhì)子酸作催化劑，反應(yīng)歷程：,+,+,（親電試劑）,+,+,,+,+,+,（若用芳醛烷化得三芳甲烷衍生物）,例1,（MDI粘合劑）,,例2,50~60,℃,（雙酚A）,例3。,（三芳甲烷染料）,,12.4 芳烴C－酰化的?；瘎┖头磻?yīng)歷程,芳烴碳酰化反應(yīng)制備芳酮類化合物，也是親電取代反應(yīng)。,?；瘎乎｛u、酸酐、酸、酯等羧酸衍生物。,反應(yīng)活性：,其中最常用的是酰氯和酸酐。,常用的催化劑是三氯化鋁，有時也可用氯化鋅，硫酸。,,+,+,+,上述質(zhì)點都具有親電性，能與芳烴形成,б,絡(luò)合物。如：,+,以酰氯為代表討論其反應(yīng)歷程：,,碳烷化與碳?；?/p>

9、有共性：都使用三氯化鋁催化，但也有不同：,①,碳烷化三氯化鋁用量少，僅作催化，,,碳?；然X用量至少1mol（酰氯）,,2mol（酸酐）,②,碳烷化是可逆反應(yīng)，能發(fā)生歧化，,,碳酰化是不可逆反應(yīng)，引入一個?；?，使芳環(huán)鈍化，,,不易發(fā)生多?；?。,③,碳?；倪x擇性好，已有取代基對反應(yīng)速度影響明顯。,,,,,,④,碳烷化沒有同位素效應(yīng)，即成鍵一步是控制步驟,,碳酰化有小的同位素效應(yīng)，即斷鍵一步部分控制反,,應(yīng)速度。,,另外碳?；话愣家腥軇?，以改進(jìn)反應(yīng)物料的流動性，若被?；锉旧硎且后w，可用過量烷烴兼作溶劑，若被?；镌诜磻?yīng)溫度下是固體，則要另加溶劑，常用的有：,硝基苯，二硫化碳，二氯乙烷

10、，有時溶劑有改變定位的作用。,,12.5 芳烴C－?；磻?yīng)的實際應(yīng)用,C-酰化必須是活潑的芳烴，在溶劑中與酰氯（或酸酐）在三氯化鋁存在下完成，反應(yīng)物中一定要無水。,（1）以鄰苯二甲酸酐為酰化劑，與苯系衍生物作用得蒽醌系衍生物在工業(yè)上很有意義，如：,1 ： 6~7 ： 2.2,（鄰苯甲?；郊姿幔?將苯酐，三氯化鋁慢慢加到過量芳烴中，,在,60~70℃,反應(yīng)，直到不再放出,HCl,為止，將反應(yīng)物加到水和稀硫酸中水解：,,,得到的鄰苯甲酰基苯甲酸干燥后在濃硫酸中130~140,℃,脫水閉環(huán)得蒽醌。這是制取蒽醌的兩條路線之一。,,用這種方法可制得一系列蒽醌衍生物，如：

11、,（2）香料酮麝香的合成,,（3）米氏酮的合成,20,℃,100,℃，,光氣是很強(qiáng)的酰化劑，N,N-二甲基苯胺在緩和條件下，不用催化劑完成第一個?；?。,,12.6 酚類的C－羧基化,工業(yè)上兩個主要產(chǎn)品：,水楊酸,（藥物）,2,3-酸,（冰染色酚的中間體）,（色酚AS）,二氧化碳是非常弱的親電試劑，極性小，活性差，與一般的芳烴不發(fā)生反應(yīng)，只有對苯酚類的活潑芳烴，形成金屬鹽后才能完成C－羧基化反應(yīng)。其反應(yīng)機(jī)理不很清楚，可能是：,,脫,（無水，不解離）,,+,,,用不同的金屬鹽，羧基在定位上有差異,如用氫氧化鉀則得,280~290,℃,2,不同的金屬鹽在一定條件下能引起羧基重排：,,由苯酚制水楊酸

12、的過程:,這是一個可逆反應(yīng)，反應(yīng)不可能進(jìn)行完全, 苯酚 m.p 40,℃,，在真空下脫水，使平衡右移。脫水后的酚鈉與二氧化碳是氣-固反應(yīng)，因此反應(yīng)器比較特殊，采用剪切刮刀式攪拌，在攪拌軸上安裝多層漿式攪拌葉片，在攪拌漿的間隙有多層固定在釜壁上的擋板，這樣使固體物料容易被粉碎。,,150~160,℃,0.4~0.45MPa,壓力下有利于氣-固反應(yīng)，反應(yīng)一段時間后蒸出不具有反應(yīng)活性的苯酚，再在180~190℃下二次通入二氧化碳，停止通氣而反應(yīng)器內(nèi)壓力不再下降時即為終點。蒸出游離苯酚，產(chǎn)物水楊酸二鈉鹽溶解于水，脫色，過濾，濾液酸化析出水楊酸。,,圖 11-6 羧基化反應(yīng)器,,由β-萘酚制2，3-酸

13、的過程與水楊酸類似:,260,℃,若用KOH， 產(chǎn)物,230~240,℃,130 ℃,,C－羧基化生產(chǎn)過程缺點：動力，電能消耗大，設(shè)備笨重，近年改進(jìn)方向是采用溶劑法，對2，3-酸來說目前最好的溶劑是1-甲基-3-苯基,茚滿,,，它既能溶,,又能溶解 。,這樣變氣-固反應(yīng)為氣-液反應(yīng)，但不難看出溶劑的成本較高，涉及到溶劑回收利用問題,。,1-甲基-3-苯基,茚滿,：,,12.7 羰基化合物與含活潑氫化合物的縮合,,羰基化合物與含活潑氫化合物縮合反應(yīng)的面較廣，可以合成很多化合物，這類反應(yīng)多用堿催化，也少有酸催化的，這兩種催化劑的反應(yīng)歷程不

14、同。,以,為例：,堿催化：第一步親核催化劑進(jìn)攻含活潑氫的分子，奪取活潑氫形成親核質(zhì)點。,（1）,,第二步，親核加成，形成羥基加成物：,+,（2）,動力學(xué)研究表明：不同反應(yīng)物，反應(yīng)控制階段不同，大多情況下，反應(yīng)速度由第二步控制，如：,,（丙二酸酯）,少數(shù)情況下，反應(yīng)速度由第一步控制，如上面甲醛與乙醛作用，,堿催化劑,｛,無機(jī)：,有機(jī)：,｛,二乙胺，三乙胺，吡啶（堿性弱用于活性高的）,等，（強(qiáng)堿用于活性低的）,O,H,-,C,H,2,C,H,(,C,O,O,C,2,H,5,),2,O,H,,然后親電加成脫去質(zhì)子：,+,第二步是反應(yīng)速度控制步驟。,酸催化機(jī)理：質(zhì)子首先進(jìn)攻羰基上的氧形成碳正離子：,+

15、,+,,（1）醛-醛縮合,20~25,℃,循環(huán)縮合,,C,H,3,(,C,H,2,),2,C,H,-,C,H,-,C,H,O,O,H,C,2,H,5,C,H,3,(,C,H,2,),3,C,H,C,H,2,O,H,C,2,H,5,C,H,3,(,C,H,2,),2,C,H,=,C,C,H,O,C,2,H,5,O,H,-,C,H,3,C,H,C,H,2,C,H,O,O,H,2,C,H,3,C,H,O,,（2）醛、酮與丙二酸衍生物的縮合——制不飽和羧酸,吡啶,（壬烯酸),,C,H,3,(,C,H,2,),5,C,H,C,H,(,C,O,O,H,),2,O,H,-,H,2,O,,（丙二腈）,（鮮艷的黃色分散染料）,C,H,O,C,H,3,N,R,`,R,+,C,H,2,(,C,N,),2,C,H,C,H,3,N,R,`,R,C,C,N,C,N,,（3）芳醛與酸酐縮合,醛與丙二酸或酯作用得不飽和酸（例2），但丙二酸合成復(fù)雜，成本高?？捎盟狒麃硖娲狒钚缘?，只能與芳醛及共軛系統(tǒng)與芳環(huán)相連的醛（脂肪醛不可以），制備芳香族不飽和酸特殊的方法：,180,℃,,（4）醛與芳環(huán)或雜環(huán)上甲基縮合——合成苯乙烯衍生物,X=SO,3,H、CN等,,