第四章烃基化反应

第四章烃基化反应 4.1 概述 4.2 N-烃化 4.3 O-烃化 4.4 苯环上的C-烷化返回

4.1 概述 • 烃化指的是在有机分子中的碳、硅、氮、磷、氧或硫原子上引入烃基的反应的总称。引入的烃基可以是烷基、烯基、炔基或芳基，也可以是有取代基的烃基。 • 烃化剂的种类很多，常用的烃化剂主要有以下几种： • (1)卤烷如氯甲烷、碘甲烷等 • (2)醇类如甲醇、乙醇、十二碳醇等 • (3)酯类如硫酸二甲酯、硫酸二乙酯、磷酸三甲酯、磷酸三乙酯等 • (4)不饱和烃如乙烯、丙烯、丙烯腈等 • (5)环氧化合物如环氧乙烷、和环氧丙烷等 • (6)醛类和酮类如甲醛、乙醛、苯甲醛等 • 卤烷、醇类和酯类是发生取代反应的烃化剂；不饱和烃和环氧化合物是发生加成反应的烃化剂；醛类和酮类是发生脱水缩合反应的烃化剂。返回

4.2 N-烃化 • 有机分子中氨基上的氢原子被烃基取代的反应称为N-烃化。 • 4.2.1 用醇类的N-烷化 • 醇类是弱烷化剂，一般只用于苯胺和各种甲苯胺用甲醇的N-甲基化和用乙醇的N-乙基化。在氮原子上引入多碳烷基时，因产量小，不如改用较活泼的氯代烷或溴化烷更为简便。 • 用甲醇和乙醇的N-烷化，可以采用液相酸催化高压烷化法，也可以采用气-固相接触催化烷化法。 • 1．液相烷化法 • 用甲醇或乙醇液相N-烷化，最常用的催化剂是硫酸。此外，也可以用盐酸、三氯化磷等。 • 2．气-固相接触催化烷化法 • 液相Ｎ-烷化法需要用到耐腐蚀高压釜，设备投资大，改用更先进的气-固相接触催化反，其优点是反应可在接近常压下进行，连续化生产，生产能力大，副产物少，收率高，产品纯度高，废水少。返回

4.2 N-烃化 • 4.2.2用卤烷的N-烷化 • １．烷化剂 • 当卤烷比相应的醇更易获得时，当然用卤烷作烷化剂，如氯苄和氯乙酸等。 • 卤烷是比醇类活泼的烷化剂，对于某些难烷化的芳胺，常常需用卤烷作烷化剂。如间氨基苯磺酸的N,N-二乙基化，N-酰基芳胺的N-烷化等。 • 当烷基相同时，各种卤烷的活泼性次序是：R—I＞R—Br＞R—Cl • 当烷基不同时，卤烷的活泼性随烷基碳链的增长而减弱。 • 2．主要影响因素 • (1) 烷化剂用量；(2) 缚酸剂；(3) 温度和压力；(4) 相转移催化剂。返回

4.2 N-烃化 • 4.2.3 用酯类的N-烷化 • 硫酸二烷基酯、芳磺酸烷基酯和磷酸三烷基酯等的烷基酯都是活泼的N-烷化剂。这类烷化剂的沸点都很高，N-烷化可以在常压和不太高的温度下进行。但是酯的价格比相应的卤烷或醇贵得多，因此它们主要用于制备价格高、产量小的N-烷化产物。 • 在酯类中，可以代替卤烷，最有实用价值的是硫酸二甲酯。使用硫酸二甲酯的N-甲基化，一般是在水介质中在缚酸剂存在下进行，或者在无水有机溶剂中进行。反应温度不太高。 • 硫酸二甲酯的优点是它可以只让氨基烷化而不影响芳环中的羟基。当分子中有多个氮原子时，可以根据各氮原子的碱性不同，选择地只对一个氮原子进行N-甲基化。如：返回

4.2 N-烃化 • 4.2.4 用环氧化合物的N-烷化 • 最重要的环氧化合物是环氧乙烷（沸点10.73℃），其次是环氧丙烷（沸点33.9℃）。它们都容易与氨基氮原子发生亲电加成N-烷基化反应。 • 环氧乙烷与芳伯胺的反应式如下： • 某些叔胺与环氧乙烷作用可以制得季胺盐，例如： ArNHCH2CH2OH ArN(CH2CH2OH)2 ArNH2 返回

4.2 N-烃化 用环氧丙烷进行N-烷化的实例可以举出抗滴虫药“塞克哨唑”的制备： • 4.2.5 用烯烃的N-烷化 • 当烯烃分子中烯双键的α位没有吸电子基时，氨基氮原子的N-烷化很难进行，而芳环上的C-烷化则较易进行。但当烯烃双键的α位有吸电子基，如氰基、羰基、羧基、羧酸酯基时，则较易发生N-烷化反应。最常用的烯烃类N-烷化剂是丙烯腈和丙烯酸甲酯。 • 丙烯腈（沸点77.3℃）是较弱的N-烷化剂，通常需要加入酸性催化剂或碱性催化剂。最常用的酸催化剂是乙酸、盐酸、硫酸、硫酸铜、氯化锌和三氯化铁等。最常用的碱催化剂是三甲胺或三乙胺。丙烯腈容易发生自身聚合副反应，有进需要加入对苯二酚等自由基聚合阻聚剂。（塞克哨唑）返回

4.2 N-烃化 • 4.2.6 用醛或酮的N-烷化 • 醛或酮可与伯胺或仲胺发生胺化氢化反应，不过以胺为主体来考虑，通常把这类反应称作还原N-烷化。其反应通式可简单表示如下：返回

4.2 N-烃化 • 4.2.7 N-芳基化 • 芳伯胺ArNH2与含有反应性基团的芳香族化合物相作用，生成二芳基促胺的反应称为N-芳基仲胺的反应称为N-芳基化或芳氨基化。 • 1．卤素化合物的芳氨基化 • 卤素化合物的芳氨基化反应通式可表示如下： • 一般地，在卤基的邻位或对位有硝基、磺酸基或羰基等吸电子基时，卤基较活泼，反应较易进行。常用的卤素化合物主要有： • (1) 硝基氯苯的衍生物； (2) 苯系溴衍生物； • (3) 四氯苯醌； (4) 蒽醌系和稠环系的氯衍生物和溴衍生物返回

4.2 N-烃化 • 2．芳伯胺的芳氨基化 • 反应通式如下： • 反应通常在酸性催化剂存在下进行，常用的酸性催化剂有：盐酸、硫酸、磷酸、对氨基苯磺酸、三氯化铝、三氟化硼及其配合物、氟硼酸铵、三氯化磷和亚硫酸氢钠等。 • (1) N-苯基-1-萘胺-8-磺酸（苯基周位酸） • (3) N-苯基-2-氨基-5-萘酚-7-磺酸（N-苯基J酸）返回

4.2 N-烃化 • 3．酚类的芳氨基化 • 通式如下： • 常用的酚类有：苯酚、间苯二酚、对苯二酚、2-萘酚和1,4-二羟基蒽酯等。反应在酸性催化剂存在下进行，在高温下完成。其实例如下： • (1) 2-甲基-3′-羟基二苯胺 • (2) 2-氯-4′-羟基二苯胺（收率97%）返回

4.3 O-烃化 • 醇羟基或酚羟基的氢被烃基取代生成二烷基醚、烷基芳基醚或二芳基醚的反应称作O-烃化，其中包括O-烷化（亦称为烷氧基化）和O-芳基化（亦称芳氧基化）。 • 4.3.1 用醇类的O-烷化 • 两个分子相同的醇脱水可以制得对称二烷基醚，如，甲醚、乙醚等。甲醇和乙醇能对活泼的酚进行O-烷化。返回

4.3 O-烃化 • 4.3.2 用卤烷的O-烷化返回

4.3 O-烃化 • 4.3.3 用酯类的O-烷化 • 硫酸酯和芳磺酸酯虽然价格较贵，但是它们都是高沸点的活泼烷化剂。可以在高温和常压下使用，对于产量小，产值高的产品，常常使用这类烷化剂，特别是硫酸二甲酯使用最多。如 • 4.3.4 用环氧烷类的O-烷化 • （1）反应历程 • 醇或酚用环氧乙烷O-烷化是在醇羟基或酚羟的氧原子上引入羟乙基。这类反应是在碱或酸催化作用下完成的。 • 最常用的酸性催化剂是三氟化硼和它的乙醚溶液、烷基铝、磷钨酸、硅胶等，酸催化是单分子亲核取代反应。碱催化是双分子亲核加成反应，常用的碱催化剂是氢氧化钠和氢氧化钾。返回

4.3 O-烃化 • 2．主要影响因素 • 三氟化硼-乙醚配合物的催化作用较强，醇类的羟乙基化可在25~75℃、常压或微压下进行，但为了安全，尽可能不用。其他酸、碱催化剂的催化活性较弱。羟乙基化要在较高的温度和压力下进行。 • C1~C4低碳醇的单羟乙基化和二羟乙基化也可以采用气-固相接触催化法，催化剂可以是硅胶、三氧化二铝等。酚羟基的羟乙基化只采用碱催化法。 • 醇或酚在羟乙基化时，生成的一乙二醇单醚中的醇羟基还可以与环氧乙烷作用生成二乙二醇单醚、三乙二醇单醚等混合物。返回

4.3 O-烃化 • 4.3.5 用醛类的O-烷化 • 醛与醇在酸的催化作用下，可以发生脱水O-烷化，生成醛缩二醇。 • 5.3.6 用烯烃和炔烷的O-烷化 • （1）醇羟基用烯烃的O-烷化； • （2）醇羟基用乙炔的O-烷化； • 4.3.7 O-芳基化 • O-芳基化指的是醇羟基或酚羟基与芳香族卤素化合物等相互作用生成烷基芳基醚或二芳基醚的反应：返回

4.4 C-烃化 • 4.4.1 烯烃对芳烃的C-烷化 • 4.4.2 烯烃对芳胺的C-烷化 • 4.4.3 烯烃对酚的C-烷化 • 4.4.4 卤烷对芳烃的C-烷化 • 4.4.5 醇对芳烃的C-烷化 • 4.4.6 醛对芳烃的C-烷化 • 在硫酸、磺酸、乙酸等催化剂的存在下，醛类与芳烃发生脱水反应生成二芳基甲烷衍生物：返回

第四章 烃基化反应