精细有机合成化学复习重点

精细有机合成化学复习重点 第1章 绪论 1.1 精细化学品的释义 关于精细化学品的释义，国际上有三种说法: 传统释义:产量小、纯度高的化工产品。 日本的释义:具有高附加值、技术密集型、设备投资少、多品种、小批量生产的化学品。 我国原则上采用日本对精细化学品的释义。 1.5 精细有机合成的原料资源 精细有机合成的原料资源是煤、石油、天然气和动植物。 第2章 精细有机合成基础 2.1.2. 环上已有取代基的定位规律 两类定位基: 邻、对位定位基(第一类定位基): - -O, -N(CH), - NH, -OH, -OCH, -NHCOCH, -OCOCH, 322333 -F, -Cl, -Br, -I, -CH, -CHCl, -CHCOOH, -CHF等。 3222间位定位基(第二类定位基): + -N(CH), -CF, -NO, -CN, -SOH, -COOH, -CHO, 33323 + -COOCH, -COCH, -CONH, -NH, -CCl等。 33233 2.1.3 苯环上取代定位规律 2.1.3.1 已有取代基的电子效应 诱导效应(I):由电负性大小决定。 共轭效应(T):包括π-π共轭和p-π共轭。有+I，无T: 2.1.4 苯环上已有两个取代基时的定位规律 2.1.4.1 两个已有取代基的定位作用一致 两个已有取代基为同一类型定位基，且处于间位。 两个已有取代基为不同类型定位基，且处于邻、对位。 2.1.4.2 两个已有取代基的定位作用不一致 两个已有取代基为不同类型定位基，且处于间位 。 ——取决于第一类定位基 两个已有取代基为同一类型定位基，且处于邻、对位 。 ——取决于定位能力的强弱 2.4 精细有机合成中的溶剂效应 (3)溶剂极性的本质——溶剂化作用 每一个被溶解的分子或离子被一层或几层溶剂分子或松或紧地包围的现象，叫做溶剂化作用，它包括溶剂与溶质之间所有专一性和非专一性相互作用的总和。按Lewis酸碱理论分类 按起氢键给体的作用分类按专一性溶质、溶剂相互作用分类 无机溶剂与有机溶剂;极性溶剂(电子对受体(EPA)溶剂与电子对给体(EPD)溶剂)与非极性溶剂。 2.4.2 “相似相溶”原则 一个溶质易溶于化学结构相似的溶剂，而不易溶于化学结构完全不同的溶剂。 极性溶质易溶于极性溶剂，非极性溶质易溶于非极性溶剂。 结构相近原则 ? 溶质与溶剂的分子结构愈接近，溶质的溶解度愈大; ? 能与水形成氢键的小分子易溶于水; ? 随着分子中碳原子数目增加，溶解性愈接近于碳氢化合物，随着分子中极性基的增加，溶解性愈接近于极性基对应的小分子同系物; ? 高分子量的有机物(尤其含极性基的)，分子链以最低势能态存在，一般不溶于结构相近的溶剂中。 2.4.3 电子对受体(EPA)溶剂和电子对给体(EPD)溶剂 电子对受体EPA:具有一个缺电子部位或酸性部位，如HOH、ROH、ArOH、RCOOH、RCONH2等，都是氢键给体，他们可以通过氢键使电子对给体性的溶质分子或负离子溶剂化; 电子对给体EPD:具有一个富电子部位或碱性部位，如HOH、ROH、ArOH、RCOOH、RCONR2等中的氧原子，吡啶等杂环化合物中的氮原子，都具有未共用电子对，又是氢键受体，可使正离子溶剂化，但不能使负离子溶剂化。 2.4.4 溶剂极性对反应速度的影响 Houghes-Ingold规则 电荷密度增大，反应速率增大 亲电取代:溶剂极性增大，反应速率增大 亲核取代:溶剂极性增大，反应速率减少 硬软酸碱原则(HSAB)与溶剂效应的关系 +++硬酸和硬碱指的是由电负性高的小原子或小分子构成的酸和碱。硬酸:H、Li、Na、 ---BF、AlCl、氢键给体HX等;硬碱:F、Cl、RO、HO、ROH、RS、NH等。 33223 +++软酸和软碱指的是由电负性低的大原子或大分子构成的酸和碱。软酸:Ag、Li、Hg、I、1,3,5-三硝基甲苯、四氰基乙烯; 2 ---软碱:H、I、R、RS-、RSH、烯烃、苯等。 通常地，硬酸容易和硬碱结合，软酸容易和软碱结合。——硬软酸碱原则 2.4.5 有机溶剂中溶剂的使用和选择 影响:溶剂对主反应速度的影响 溶剂对反应历程的影响 溶剂对反应方向和立体化学的影响 其他因素:溶剂与反应物和反应产物不发生化学反应 溶剂的反应物有良好的溶解性或分散性 溶剂容易回收，损失少，不影响产品质量 溶剂应尽可能不需要太高的技术安全 措施 《全国民用建筑工程设计技术措施》规划•建筑•景观全国民用建筑工程设计技术措施》规划•建筑•景观软件质量保证措施下载工地伤害及预防措施下载关于贯彻落实的具体措施 溶剂的毒性小，含溶剂的废水容易治理 溶剂价格便宜、供应方便 2.6.1 相转移催化原理2.6.2 相转移催化剂(PTC) 满足两个基本要求 (1)能将所需离子从水相或固相转移到有机相; (2)有利于该离子的迅速反应。 原理示意图: 负离子交换+- +-+- +-QX+ MNuMX+ QNu 水相季铵盐亲核试剂(盐)离子对 界面 相转移相转移 亲核取代+- +-有机相QX + R-NuR-X + QNu 有机反应物目的产物 第3章 卤化 (Halogenation) 3.1 概 述 3.1.1卤化剂 (1)氯化剂:Cl2、HCl+氧化剂、HCl+空气、HCl (2)溴化剂:Br2、HBr+氧化剂、N-溴代酰胺 (3)碘化剂:I2、ICl 3.2.1反应历程和催化剂 1(反应历程 无水FeCl的催化作用可简单 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 示如下: 3 在无水状态下或在浓硫酸作用下，用氯气进行氯化时，有时用碘作催化剂，其催化作用 如下: 在浓硫酸作用下，用氯气进行氯化时，硫酸的催化作用可简单地表示如下: δδFeCl+ClCl+FeCl4ClClFeCl233 ClCl +HCl+Cl FeCl+H+HClFeCl43 硫酰二氯SOCl是温和的氯化剂。SOCl遇水分解成HSO和HCl，因此只能用在无水222224状态下的氯化。 δδSOClSOClSOCl + ClCl2222 + HArHArCl+ Cl Cl + HSO +HClSO22 3.4 芳环侧链a-氢的取代卤化(自由基链反应)影响因素:光源;引发剂;杂质;温度。 3.7 亲电加成卤化的影响因素:催化剂，温度。 被卤化物结构的影响 羰基α-碳原子上连有烷基等供电基时 有利于酸催化下的烯醇化和烯醇的稳定，卤原子主要取代α-碳原子上的氢。 羰基α-碳原子上连有卤基等吸电基时 (1)酸催化受到抑制，在同一个α-碳上引入第二个卤原子比较困难; (2)有利于碱催化反应，容易生成α多卤化物。 第四章—磺化与硫酸化 磺化:向有机化合物分子引入磺酸基(-SOH)的反应叫做磺化 3 硫酸化:在有机分子中的氧原子上引入-SOH或在碳原子上引入-OSOH的反应叫做硫酸化 33磺化目的:1.赋予有机物水溶性、酸性、表面活性或对纤维素具有亲和力等。2.可将磺基转化为其它基团，如-OH，-NH，-CN，或-Cl等取代基。3.先在芳环上引入磺基，完成特定反2 应后，再将磺基水解掉。 磺化方法: 过量硫酸磺化法:CLT酸、萘-2-磺酸钠、1，6克立夫酸和1，7克立夫酸、H酸、扩散剂N。 共沸去水磺化法:苯、甲苯和二甲苯的一磺化。 芳伯胺的烘焙磺化法:大多数芳伯胺的一磺化。 氯磺酸磺化法:芳磺酸与芳磺酸氯的制备。 三氧化硫磺化法: 1.液态SO磺化法(间硝基苯磺酸钠，2-氯-5-硝基苯磺酸，2-甲基-5-硝基苯磺酸) 3 2.SO-溶剂磺化法(低温磺化制萘1，5-二磺酸) 3 3.SO-空气混合物磺化法(十二烷基苯磺化的反应)[优点:在磺化反应过程中不产生水，3 不产生废硫酸。] 浓度换算关系: w(HSO) =100 + 0.225w(SO ) 243 w(SO) = 4.44(wHSO -100) 324 w - w - ww21m = mm = m12w - ww - w1212 自由基链反应:链烷烃用二氧化硫的磺氧化和磺氯化、烯烃与亚硫酸盐的加成磺化。 亲电取代反应:高碳脂肪酸甲酯用三氧化硫的取代磺化。 亲核置换反应:亚硫酸盐的置换磺化。(牛磺酸、苯胺-2，5-双磺酸、邻氨基苯磺酸的制备) 烯烃的硫酸化是亲电加成反应，其反应历程和主要产物可简单表示如下: H RCHSOCH243RCHRCHCHCH33++,H,HOSOOHO2一仲烷基酸性硫酸酯RCHCHSO22 α-烯烃O +RCHCH3H二仲烷基硫酸酯ORCHHCH23RCHRCHCHCHRCHCH333++,H,H碳正离子OHO 仲醇RCH3CH 二仲烷基醚 RCHCHnRCHCH22RCH246高聚物++,H,H SOH3 水解(碱熔) 磺化 OHCl 氯化气固相接触催化水解 高压液相碱性水解C烷化- CH3酸解CH(CH)32脱羧HCCOOH3硝化氧化水解COOH +-2NHNCl22NO 还原重氮化 氧化 CH3 3 第五章—硝化和亚硝化 硝化的目的: 1.将硝基转化为其它基团，如-NH 2 2.利用硝基的强吸电子性，提高芳香亲核置换反应的活性。 3.满足产品性能要求;赋予精细化工产品某种特性。 硝化方法 混酸硝化 优点: (1)硝化能力强，反应速度快，氧化副反应少，产率高，生产能力大; (2)硝酸用量接近理论量，硝酸几乎全被利用; (3)硫酸比热大，能吸收硝化反应放出的热量，避免局部过热，使反应温度容易控制; (4)混酸对铁不起腐蚀作用，可使用碳钢或铸铁作反应器; (5)硫酸用量不多，硝化完毕废酸中硫酸的质量分数为50,80,，而且产物不溶于废硫酸中，分层即可分离，分出的废酸可回收循环利用。 混酸硝化的影响因素: 被硝化物的性质、硝酸比、混酸组成、温度、反应介质、搅拌、相比和循环废酸比、 加料方式、副反应 。 苯一硝化制硝基苯的优点:(常压冷却连续硝化法与常压绝热连续硝化法)1.换热面积大传热系数高，冷却效果好，节省冷却水;2.物料停留时间分布的散度小，物料混合状态好，温度均匀，有利于生产控制;3.减少了滴加混酸处的局部过热和硝酸的受热分解，排放二氧化氮少，有利于安全生产;4.二硝基苯、酚类副产物少。 硫酸介质中的硝化 有机溶剂-混酸硝化: 优点 : (1)避免使用大量硫酸作溶剂，减少或消除了废酸量; (2)选择合适的溶剂可以得到特定异构体的产品。 (3)溶剂:二氯甲烷、二氯乙烷、乙酸、乙酸酐等。 在乙酐或乙酸中的硝化 稀硝酸硝化 置换硝化法 第六章—还原 还原反应的分类: 碳-碳不饱和键的还原、碳-氧双键的还原、含氮基的还原、含硫基的还原、含卤基的还原 还原剂的种类:无机还原剂、有机还原剂 铁粉还原 Fe0?Fe2+ + 2e 反应历程: Fe0?Fe3+ + 3e Ar,NO2 + 2e + 2H+ ?Ar,NO + H2O Ar,NO + 2e + 2H+ ?Ar,NHOH Ar,NHOH + 2e + 2H+ ?Ar,NH2 + H2O 应用范围:芳环上的硝基还原成氨基、环羰基还原成环羟基、醛基还原成醇羟基、 芳磺酰氯还原成硫酚、二芳基二硫化物还原成硫酚、还原脱溴 锌粉还原 芳磺酰氯还原成芳亚磺酸、芳磺酰氯还原成硫酚、碳硫双键还原-脱硫成亚甲基 羰基还原成羟基、羰基还原成亚甲基、硝基化合物还原成氧化偶氮、偶氮和氢化偶氮化合物 硫化碱还原 硫化碱种类的选择: 硫化钠(NaS) 2 4ArNO+6NaS+7HO?4ArNH+3NaSO+6NaOH 2222223 二硫化钠(NaS) 最常用 22 NaS + S NaS 222 ArNO + NaS + H2O ? ArNH + NaSO 2222223 多硫化钠(NaSx) 2 ArNO + NaSx + HO ?ArNH + Na2SO + (x-2)S 222223 硫氢化物(NaHS , NH4HS) 多硝基化合物的部分还原 还原剂:NaS，NaHS 或 NaS + NaHCO 2223 还原剂用量:过量5,10, 还原温度:40,80?，一般不超过100?，以避免发生完全还原副反应。有时还加入硫酸镁以降低还原介质的碱性。 硝基化合物的完全还原 特点:(1)用于易与NaSO分离的芳胺; 223 (2)易使芳胺中毒。 还原剂:NaS，NaS 222 还原剂用量:过量约10,20, 还原温度:60,110? 亚硫酸盐还原:亚硫酸钠和亚硫酸氢钠是温和的还原剂，反应是在水介质中讲行的。 金属复氢化合物还原: 主要使用的是LiAlH和NaBH ( -COOH?-CHOH -C=O?-CH-OH ) 442 催化氢化: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。 三种方法:气-固相接触催化氢化、 气-固-液非均相催化氢化、 液相均相配位催化氢化 催化氢解:在催化剂存在下，含有碳杂键的有机物分子与氢气反应，发生碳杂键断裂，分解成两部分氢化产物的反应。 第七章—氧化 自动氧化的主要影响因素: 引发剂和催化剂、被氧化物的结构、原料质量的影响、氧化深度的影响 空气液相氧化的优缺点: 优点:(1)选择性好，可用于制备多种类型的产品; (2)反应温度低100,250?，防止热分解; (3)催化剂和氧化剂便宜; (4)按要求控制反应深度。 缺点:(1)氧化能力有限，收率低; (2)反应物分离及后处理困难; (3)反应液酸性，要用优良耐腐蚀反应器; (4)一般带压操作以加[O]，提高反应速度，缩短时间。 受到一定限制。 氨氧化制腈类 将带有甲基的有机物与氨和空气的气态混合物在催化剂存在下，用气固相接触催化氧化法制取腈类的反应，叫做氨氧化。 3R-CH + NH + O R-CN + 3HO33222 第九章—氨基化 反应的目的:制备脂肪族伯、仲、叔胺及季铵盐;制备芳胺 SOHONao3+ HSO,160CNaOHH24 酸化碱熔磺化 HSO HSO33NHOHOH2 ,NHHSONH发烟硫酸343 氨解低温磺化 (吐氏酸) SOSOHH 33NHHOS32HOSNHNH232+ 发烟硫酸H 二磺化水解HSO3 (吐氏酸) HSO3 NHHOS 32+NaOHH 碱熔酸化 (J-酸) OH SOH 3OHoOHOH发烟硫酸，70~80C +二磺化 SHOHOSSOH333G酸 R酸 KSO3OH OHKCl+ SSOKKO33SKO3 G盐 o碱熔CNaOH,250 ONaOH+ONa 18%NH,(NH)SONHH34242 酸化氨解SNaO3SHO3 (γ酸) 8 重氮化 定义 :芳香族伯胺与亚硝酸作用，生产重氮盐的反应叫做重氮化反应。 8.1.2 反应历程 稀盐酸 氢溴酸(稀盐酸，溴化钠或溴化钾) 上述各种重氮化活泼质点的活泼性次序是: +ON > ON-Br > ON-Cl > ON-O-NO > ON-OH 重氮化反应历程:N-亚硝化-脱水反应 N-亲电取代-消除反应 +ON ON-BrHH- Br慢快 +ArNArNNOArNNON-Cl N - 亚硝化- HO 2HH- Cl N- 亚硝基活性中间体ON-O-NO - NO2 注意:因为重氮化反应质点是亲电性的，因此被重氮化的芳伯胺是以游离分子态参与反应的，而不是以芳伯胺盐或芳伯胺合氢正离子参加反应的。 由反应历程可得出如下结论: 重氮化反应一般在稀盐酸中进行，有时为了加速反应，可在稀盐酸中加入少量NaBr或KBr。 因为在稀硫酸中重氮化，亲电质点是亲电性较弱的亚硝酸酐，重氮化速率较慢;而需要采用在浓硫酸介质中重氮化的一般是在稀盐酸中难以重氮化的芳伯胺。 对于不同结构的芳伯胺，需要采用不同的重氮化方法。 (1) 反应温度 重氮化反应一般在0~10?进行，因为重氮盐很不稳定，温度升高，会加速重氮盐的分解。 当重氮盐较稳定时，可在稍高温度下进行。重氮化反应是强放热反应，为保持适宜的反应温度， 稀盐酸或稀硫酸中，可直接加冰冷却;浓硫酸中，则需要冷冻氯化钙水溶液或冷冻食盐水间接冷却。 8.2.1 重氮基还原成肼基 在亚硫酸盐和亚硫酸氢盐1:1的混合物的作用下，重氮盐可以还原芳肼。 8.2.2 偶合反应 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。 NH(OH)NNNH(OH)ArNX222Ar偶合组分 重氮盐偶合反应介质的pH值取决于偶合组分的结构。偶合组分是芳胺时，要求介质的pH 值为 4~7 ;偶合组分是酚类时，要求介质的pH值为7~10 。 8.2.3 重氮基被氢置换——脱氨基反应 还原剂:乙醇、丙醇、次磷酸 反应历程:游离基反应 COOHCOOHCOOHCOOH次磷酸BrBrBrBrBrBr HPO重氮化溴化33 +NNH22NH2BrBrBr 8.2.4 重氮基被羟基置换——重氮盐的水解 8.2.5 重氮基被卤原子置换 重氮基被氯或溴置换 CHCHCHCH3333CH3NOClNOClNO222+硝化H,水解氯化磺化 SOH,FeCl混酸242SOHSOHSOH333 CHCHCH333+NClClNHClClCl22NaNO,HClCuCl,HCl还原222 ,NiH转化2重氮化 第10章—烃化(Hydrocarbylation) 概述N-烃化 O-烃化芳环上的C-烃化 10.1 烃化概述 烃化指的是在有机分子中的碳、硅、氮、磷、氧或硫等原子上引入烃基的反应的总称。 烃化反应可在分子中形成新的化学键:C-C、Si-C、N-C、P-C、O-C、S-C等 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。如HOCHCH-、22CNCHCH-、HOOCCH-等 222 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，氯乙烷，溴乙烷，氯乙酸和氯苄。 2.醇类 如甲醇，乙醇，正丁醇，十二碳醇等 3.酯类 如硫酸的二甲酯和二乙酯，磷酸的三甲酯和三乙酯，苯磺酸和对价苯磺酸的甲酯和乙酯等。 4.不饱和烃 如乙烯，丙烯，高碳a-烯烃，丙烯晴，丙烯酸甲酯，乙炔等。 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，乙醛和丁醛，苯甲醛，丙酮和环己酮等。 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。 10.2 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。 R''HHHNHRNHRNHR'RNR'32RR'R'' 伯胺 仲胺 叔胺氨一级胺 二级胺 三级胺 ammonia primary amines secondary amines tertiary amines 双酚A OCH。3 ，15 CCl2 OHHOC2 HOClCHCHCl缩合 22CH3双酚A ClClClOCH3 HOHOCOH 脱烃基CH3ClClCl 四氯双酚A，阻燃剂 第十一章—酰化 胺类结构的影响: 胺类被酰化的相对反应活性是:伯胺,仲胺、脂胺,芳胺、无位阻胺,有位阻胺。 即氨基氮原子上电子云密度越高，碱性越强，空间位阻越小，胺被酰化的反应活性越强。 对于芳胺，环上有供电基时，碱性增强，芳胺的反应活性增加。反之，环上有吸电基时，碱性减弱，芳胺的反应活性降低。 对于活泼的胺，可以采用弱酰化剂。对于活性低的胺，则需要使用活泼的酰化剂。 用羧酸的N-酰化 反应精馏脱水酰化法:此法主要用于乙酸(b.p.118?)与芳胺的N-酰化。 溶剂共沸蒸馏脱水酰化法:此法主要用于甲酸(b.p.100.8?)与芳胺的N-酰化。 高温熔融脱水酰化法:可用于稳定铵盐的脱水