精细有机合成缩合

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1、单击此处编辑母版标题样式,,单击此处编辑母版文本样式,,第二级,,第三级,,第四级,,第五级,,,*,第12章 缩合,（Condensation）,12.1,概述,12.2,芳烃,C,－,烷化的烷化剂和反应历程,12.3 芳烃C,－,烷化的实际应用,,12.4 芳烃C－酰化的酰化剂和反应历程,12.5 芳烃C－酰化反应的实际应用,12.6 酚类的C－羧基化,12.7 羰基化合物与含活泼氢化合物的缩合,,,12.1,,概述,缩合反应就是两个分子缩合在一起得到大分子的反应，这类反应包括的面很广，本章讨论的范围是：反应后增加新的,C-C,键的反应，怎样形成新的,C-C,键？有两种手段：

2、,（1）,在缩合剂存在下向芳环上引入下列基团：,（2）,羰基化合物与一个含活泼氢的化合物发生缩合反应：,脱水,,缩合反应用途也很广：,烯或氯烷,（洗衣粉）,异丙基、叔丁基化是香料，各种添加剂及农药等多种精细化学品合成中常用的单元反应。,,,C-,烷化是在催化剂作用下往芳环上引入烷基制备侧链芳烃的过程，即通常,Friedel-Crafts,反应，这个反应只有活泼的芳烃才能发生，带吸电子取代基的不发生反应，而供电子取代基供电性强弱对反应的影响不是很大。,付-克反应的烷化剂：烯烃（内，端）、卤烷、醇、醛、酮，其中重要的是前二种，烯烃成本低，来源丰富。,付-克反应所用的催化剂有三种类型：,a.,质子酸

3、,b.,路易斯酸,c.,其它：酸性氧化物，有机铝化物，硅烷等。,12.2,芳烃,C,－,烷化的烷化剂和反应历程,,反应历程：是芳香族亲电取代，催化剂的作用是增加,C,原子亲电性。,+,用路易斯酸催化，须有少量,HCl,存在，三氯化铝储存时一定要干燥。若接触到少量水，则会生成,HCl,，或者加少量氯代烷，生成一点,HCl,。,吸附在三氯化铝上的,HCl,发生极化，形成带部分电荷的质点，就可加成到烯烃分子上：,....,....,+,（1）,烯烃用质子酸催化，质子先加到烯烃分子上形成活泼亲电质点：,,慢,快,动力学实验表明，该反应没有动力学同位素效应，即第一步是反应速度控制步骤。,（2）,用卤烷烷

4、化，首先催化剂使卤烷极化。,.,δ+,δ,-,极限情况,从反应历程不难看出：,叔碳正离子进行碳烷化反应最容易。,生成的碳正离子与芳烃形成,σ 络合物，进一步脱去质子生成烷化物。,+,,碳烷化反应的两个特点：,（1）,连串反应,因此要想得到一烷化产物，须控制好反应深度。,（2）,可逆反应,利用碳烷化可逆反应特点，多烷基苯可脱掉烷基或发生歧化。,,歧化反应在用三氯化铝催化时容易发生，而用质子酸如磷酸催化时，歧化反应不易发生。,12.3 芳烃C,－,烷化的实际应用,12.3.1 长碳链烷基苯的合成,长碳链烷基苯（12C为主）是合成洗涤剂的重要中间体，烷化剂有卤烷和烯烃两种，烷化剂的制备：,①,长碳

5、烷烃的氯化,这种方法难以制得纯的卤代化合物。,,a.丙烯四聚,,b.乙烯齐聚（SHOP法、齐格勒法）,,c.石蜡裂解,,d.煤油脱氢（C,10~14,）,②,烯烃合成的四条路线：,四条路线中，由a法制得的烯烃，支链较多，由它合成的洗涤剂生化降解性不好，一般不用。c法制得的产物较杂，能耗高，一般也不用，主要采用b,d法。,工业生产中，以烯烃为烷化剂，HF为催化剂合成烷基苯的过程：,,主反应：,30~40,℃,0.5~1MPa,,副产：二烷基苯，烷基,茚满,，,（ ）,异构烷基苯,反应器是筛板塔，二塔串联。,,图：氟化氢法生产烷基苯工艺流程,,,1，2－,反应器；,3－HF,蒸馏塔；,

6、4－,脱HF塔；,5－,脱苯塔；,6,－脱烷烃塔；,7,－成品塔,,12.3.2 芳烃的低C-烷化,低碳烷化是指引入短碳链，C,3~5,的烷化，其中生产上最重要，有典型意义的是：,这一生产过程，工业上采用液相烷化和气相烷化两种工艺：,液相法：三氯化铝作催化剂，90,℃,反应，容易歧化，收率较高94~95%。,气相法：磷酸作催化剂， 230~250 ℃，2－3MPa,,,易发生多烷化，不容易歧化，故采取苯大大过量，控制好烷化深度，收率~90%。,无论从能量消耗，还是从收率看，液相法优于气相法。,,,12.3.3 酚类的C-烷化,酚类烷化得烷基酚是非离子表面活性剂的重要中间体，烷基酚特别是叔丁

7、基酚作抗氧化剂，有多种用途。,酚类碳烷化与芳烃碳烷化所用催化剂相似,质子酸,,路易斯酸,都是用来促成碳正离子生成，但须指出，酚类碳烷化时不能用三氯化铝催化，因羟基本身与三氯化铝反应：,,酚类碳烷化历程可能有二：,①,,δ+,②,重排,苯酚烷基化时，初始阶段受动力学控制，得到的邻，对位异构体差不多，但随着温度升高，时间延长，逐渐转变为热力学稳定的对位异构体。,,,酚类碳烷化的烷化剂，对甲基化来说用甲醇，引入其它烷基时多用烯烃。,如：,70~80,℃,BHT占产物92%,,12.3.4 用醛、酮进行C-烷化,醛，酮可以和芳环缩合，制取二芳基甲烷衍生物和三芳基甲烷衍生物，这类化合物可作粘合剂，塑料

8、添加剂及染料等，具有很好的功能性。,这类缩合是亲电反应，可用质子酸作催化剂，反应历程：,+,+,（亲电试剂）,+,+,,+,+,+,（若用芳醛烷化得三芳甲烷衍生物）,例1,（MDI粘合剂）,,例2,50~60,℃,（双酚A）,例3。,（三芳甲烷染料）,,12.4 芳烃C－酰化的酰化剂和反应历程,芳烃碳酰化反应制备芳酮类化合物，也是亲电取代反应。,酰化剂：酰卤、酸酐、酸、酯等羧酸衍生物。,反应活性：,其中最常用的是酰氯和酸酐。,常用的催化剂是三氯化铝，有时也可用氯化锌，硫酸。,,+,+,+,上述质点都具有亲电性，能与芳烃形成,б,络合物。如：,+,以酰氯为代表讨论其反应历程：,,碳烷化与碳酰化

9、有共性：都使用三氯化铝催化，但也有不同：,①,碳烷化三氯化铝用量少，仅作催化，,,碳酰化三氯化铝用量至少1mol（酰氯）,,2mol（酸酐）,②,碳烷化是可逆反应，能发生歧化，,,碳酰化是不可逆反应，引入一个酰基后，使芳环钝化，,,不易发生多酰化。,③,碳酰化的选择性好，已有取代基对反应速度影响明显。,,,,,,④,碳烷化没有同位素效应，即成键一步是控制步骤,,碳酰化有小的同位素效应，即断键一步部分控制反,,应速度。,,另外碳酰化一般都要有溶剂，以改进反应物料的流动性，若被酰化物本身是液体，可用过量烷烃兼作溶剂，若被酰化物在反应温度下是固体，则要另加溶剂，常用的有：,硝基苯，二硫化碳，二氯乙烷

10、，有时溶剂有改变定位的作用。,,12.5 芳烃C－酰化反应的实际应用,C-酰化必须是活泼的芳烃，在溶剂中与酰氯（或酸酐）在三氯化铝存在下完成，反应物中一定要无水。,（1）以邻苯二甲酸酐为酰化剂，与苯系衍生物作用得蒽醌系衍生物在工业上很有意义，如：,1 ： 6~7 ： 2.2,（邻苯甲酰基苯甲酸）,将苯酐，三氯化铝慢慢加到过量芳烃中，,在,60~70℃,反应，直到不再放出,HCl,为止，将反应物加到水和稀硫酸中水解：,,,得到的邻苯甲酰基苯甲酸干燥后在浓硫酸中130~140,℃,脱水闭环得蒽醌。这是制取蒽醌的两条路线之一。,,用这种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,℃，,光气是很强的酰化剂，N,N-二甲基苯胺在缓和条件下，不用催化剂完成第一个酰化。,,12.6 酚类的C－羧基化,工业上两个主要产品：,水杨酸,（药物）,2,3-酸,（冰染色酚的中间体）,（色酚AS）,二氧化碳是非常弱的亲电试剂，极性小，活性差，与一般的芳烃不发生反应，只有对苯酚类的活泼芳烃，形成金属盐后才能完成C－羧基化反应。其反应机理不很清楚，可能是：,,脱,（无水，不解离）,,+,,,用不同的金属盐，羧基在定位上有差异,如用氢氧化钾则得,280~290,℃,2,不同的金属盐在一定条件下能引起羧基重排：,,由苯酚制水杨酸

12、的过程:,这是一个可逆反应，反应不可能进行完全, 苯酚 m.p 40,℃,，在真空下脱水，使平衡右移。脱水后的酚钠与二氧化碳是气-固反应，因此反应器比较特殊，采用剪切刮刀式搅拌，在搅拌轴上安装多层浆式搅拌叶片，在搅拌浆的间隙有多层固定在釜壁上的挡板，这样使固体物料容易被粉碎。,,150~160,℃,0.4~0.45MPa,压力下有利于气-固反应，反应一段时间后蒸出不具有反应活性的苯酚，再在180~190℃下二次通入二氧化碳，停止通气而反应器内压力不再下降时即为终点。蒸出游离苯酚，产物水杨酸二钠盐溶解于水，脱色，过滤，滤液酸化析出水杨酸。,,图 11-6 羧基化反应器,,由β-萘酚制2，3-酸

13、的过程与水杨酸类似:,260,℃,若用KOH， 产物,230~240,℃,130 ℃,,C－羧基化生产过程缺点：动力，电能消耗大，设备笨重，近年改进方向是采用溶剂法，对2，3-酸来说目前最好的溶剂是1-甲基-3-苯基,茚满,,，它既能溶,,又能溶解 。,这样变气-固反应为气-液反应，但不难看出溶剂的成本较高，涉及到溶剂回收利用问题,。,1-甲基-3-苯基,茚满,：,,12.7 羰基化合物与含活泼氢化合物的缩合,,羰基化合物与含活泼氢化合物缩合反应的面较广，可以合成很多化合物，这类反应多用碱催化，也少有酸催化的，这两种催化剂的反应历程不

14、同。,以,为例：,碱催化：第一步亲核催化剂进攻含活泼氢的分子，夺取活泼氢形成亲核质点。,（1）,,第二步，亲核加成，形成羟基加成物：,+,（2）,动力学研究表明：不同反应物，反应控制阶段不同，大多情况下，反应速度由第二步控制，如：,,（丙二酸酯）,少数情况下，反应速度由第一步控制，如上面甲醛与乙醛作用，,碱催化剂,｛,无机：,有机：,｛,二乙胺，三乙胺，吡啶（碱性弱用于活性高的）,等，（强碱用于活性低的）,O,H,-,C,H,2,C,H,(,C,O,O,C,2,H,5,),2,O,H,,然后亲电加成脱去质子：,+,第二步是反应速度控制步骤。,酸催化机理：质子首先进攻羰基上的氧形成碳正离子：,+

15、,+,,（1）醛-醛缩合,20~25,℃,循环缩合,,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、酮与丙二酸衍生物的缩合——制不饱和羧酸,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）,（鲜艳的黄色分散染料）,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）芳醛与酸酐缩合,醛与丙二酸或酯作用得不饱和酸（例2），但丙二酸合成复杂，成本高。可用酸酐来替代，酸酐活性低，只能与芳醛及共轭系统与芳环相连的醛（脂肪醛不可以），制备芳香族不饱和酸特殊的方法：,180,℃,,（4）醛与芳环或杂环上甲基缩合——合成苯乙烯衍生物,X=SO,3,H、CN等,,