(完整word版)精細(xì)有機(jī)合成

1、精細(xì)有機(jī)合成課程講稿授課題目（教學(xué)章、節(jié)或主題）：第十章水解授課方式式理論課口討論課口實(shí)驗課口習(xí)題課V其他口安時4教學(xué)要求（分掌握、熟悉、了解三個層次）：掌握脂鏈上鹵基的水解反應(yīng)和芳環(huán)上鹵基的水解反應(yīng)。掌握芳環(huán)上磺酸基及其鹽類、硝基、氨基的水解反應(yīng)；了解酯類的水解反應(yīng)。教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)及關(guān)鍵知識點(diǎn)：教學(xué)重點(diǎn)：鹵基水解反應(yīng)條件及應(yīng)用。芳磺酸及其鹽類水解反應(yīng)條件及應(yīng)用。教學(xué)難點(diǎn)：芳磺酸及其鹽類水解反應(yīng)條件。關(guān)鍵知識點(diǎn)：堿熔法進(jìn)行水解。方法及手段教學(xué)基本內(nèi)容（教學(xué)過程）改進(jìn)設(shè)想水解指的是有機(jī)化合物X-Y與水的復(fù)分解反應(yīng)。水中的一個氫進(jìn)入一個產(chǎn)物，氫氧基則進(jìn)入另一個產(chǎn)物。水解的通式可以簡單表示如下：XY

2、+H20»HX+YOH水解的方法很多，包括鹵素化合物的水解、芳磺酸及其鹽類的水解、芳環(huán)上硝基的水解、芳伯胺的水解、酯類的水解及碳水化合物的水解等。在精細(xì)有機(jī)合成中應(yīng)用最廣的是鹵素化合物的水解和芳磺酸及其鹽類的水解。111脂鏈上鹵基的水解脂鏈上的鹵基比較活潑，它與氫氧化鈉在較溫和的條件下相作用即可生成相應(yīng)的醇。RX+NaOH>ROH+NaX除了氫氧化鈉外，也可使用廉價的溫和堿性劑，例如，碳酸鈉和氫氧化鈣（石灰乳）等。脂鏈上的鹵基水解反應(yīng)歷程屬于親核取代反應(yīng)。工業(yè)生產(chǎn)中，脂鏈上的鹵基水解主要采用氯基水解法，只有在個別情況下才采用溴基水解法，因為，氯素化合物價廉易得，但溴基的水解比氯

3、基活潑。脂鏈上的鹵基水解主要用于制備環(huán)氧類及醇類化合物。烯烴的氯化水解制備環(huán)氧化合物的方法，大多數(shù)已被烯烴直接氧化法所取代，許多脂肪醇的生產(chǎn)已改用其他更經(jīng)濟(jì)的合成路線。11.1.1丙烯的氯化、水解制環(huán)氧丙烷環(huán)氧丙烷的工業(yè)合成法主要有以丙烯為原料的氯醇法、間接氧化法、電化學(xué)氯醇法和直接氧化法等四種工藝路線。后兩者尚未工業(yè)化。其中氯醇法占48%左右。丙烯的氯醇法是目前國外主要采用的方法，它是以丙烯為原料，經(jīng)次氯酸加成氯化制得氯丙醇，再經(jīng)堿皂化而得，其反應(yīng)方程式可簡單表示如下：Cl2+H20*H0C1+HC12CH3CH=CH2+H0C1>CH3CHOHCH2Cl+CH3CHC1CH2OH-市

4、運(yùn)7芒2CH3CHCH2脫氯化氫，環(huán)合/01975年，環(huán)氧乙烷的生產(chǎn)已可用乙烯的空氣直接氧化法。丙烯的空氣直接氧化法還不成熟，因甲基也會被氧化。環(huán)氧丙烷的另一個工業(yè)生產(chǎn)方法是丙烯的間接氧化法,國外已實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)。電化氯醇法是利用氯化鈉（或氯化鉀、溴化鈉、碘化鈉的水溶液，經(jīng)電解生成氯氣和氫氧化鈉的原理。在陽極區(qū)通入丙烯，生成氯丙醇；在陰極區(qū)氯丙醇與氫氧化鈉作用生成環(huán)氧丙烷。該法的優(yōu)點(diǎn)是避免了氯醇法中氯化鈣的處理難度，缺點(diǎn)是耗電量高。11.1.2丙烯的氯化、水解制1,2,3-丙三醇（甘油）甘油最初主要來自油脂的皂化水解制肥皂。隨著合成洗滌劑的出現(xiàn)，肥皂的生產(chǎn)日益減少，而甘油的需求量卻日益增加。

5、目前，合成甘油已占世界甘油總產(chǎn)量的一半以上。在合成法中丙烯的氯化水解法約占80%，是生產(chǎn)甘油的主要方法。從丙烯制甘油包括四步反應(yīng)：丙烯的高溫取代氯化生成烯丙基氯；烯丙基氯與次氯酸加成氯化生成二氯丙醇；二氯丙醇的石灰乳水解脫氯化氫環(huán)合生成環(huán)氧氯丙烷；環(huán)氧氯丙烷水解生成甘油。450-500無ch2=chch3+Cl2ch2=chCH2C12530弋CH2=CHCH2C1+HOC1>CH2CHCH2C1+CH2CHCH2C1pH0.5-2.0|OHClClOHCa(OH)2CH2-CHCH2C1ch2-ch-ch2ciClOHoch2-chch2ci-0CH2CHCH2C1OHOHCH2CHC

6、H,爲(wèi)vch2chch2爲(wèi)V+HjO>CH2CHGH2OHOHOH11.1.3苯氯甲烷衍生物的水解苯環(huán)側(cè)鏈甲基上的氯也相當(dāng)活潑，其水解反應(yīng)可在弱堿性縛酸劑或酸性催化劑的存在下進(jìn)行。通過這類水解反應(yīng)可以制得一系列產(chǎn)品。、苯一氯甲烷（一氯芐）水解制苯甲醇苯甲醇的工業(yè)生產(chǎn)方法主要是氯芐的堿性水解法，分為間歇法和連續(xù)法。間歇法是將一氯芐與碳酸鈉水溶液充分混合并在8090°C反應(yīng)，水解產(chǎn)物經(jīng)油水分離后得粗苯甲醇，再經(jīng)減壓分餾得到苯甲醇，收率約為70%一72%，主要副產(chǎn)物是二芐醚。主反應(yīng)+2NbC1十CQj&副反應(yīng)ch2ohch2cich2och2+NaCOj+2NaCl+CO?t

7、連續(xù)法是將氯化芐與堿的水溶液在高溫180。C及加壓16.8MPa下充分混合后通過反應(yīng)區(qū)，反應(yīng)只需要幾分鐘。采用塔式反應(yīng)器，用質(zhì)量分?jǐn)?shù)10%的碳酸鈉水溶液在145C及1.8MPa下水解反應(yīng)可得到純度為98%的苯甲醇，收率98%。二、苯二氯甲烷（二氯芐）水解制苯甲醛二氯芐比一氯芐容易水解，一般都采用酸性-堿性聯(lián)合水解法。酸性水解CHC12CHO+H2O>+2HClf堿性水解CHC12CHO+NR2CO3+2NaCl+CO2f11.2芳環(huán)上鹵基的水解11.2.1氯苯水解制苯酚氯苯分子中的氯很不活潑，它的水解需要極強(qiáng)的反應(yīng)條件，在工業(yè)上曾經(jīng)用氯苯水解法制苯酚。水解方法有兩種：堿性水解；氣相接觸催

8、化水解?，F(xiàn)在，氯苯的水解制苯酚已經(jīng)被異丙苯的氧化酸解法所代替。11.2.2硝基鹵代苯的水解鹵素的堿性水解是親核取代反應(yīng)，當(dāng)苯環(huán)上氯基的鄰位或?qū)ξ挥邢趸鶗r，由于硝基的吸電效應(yīng)，使苯環(huán)上與氯相連的碳原子上電子云密度顯著降低，使氯基的水解較易進(jìn)行。因此，只需要用稍過量的氫氧化鈉水溶液，在較溫和的反應(yīng)條件下即可進(jìn)行水解。C1ONa+2NaOH+NaCl+H2Ono2no2G1no2no2+2NaOH160七0.6MPa+NaCl+H20氯基水解是制備鄰、對硝基酚類的重要方法，還可以制得的硝基酚類有4-氯-鄰硝基苯酚、4-羥基-3-硝基苯磺酸等，將這些硝基酚類還原可制得相應(yīng)氨基酚類，它們都是重要的精細(xì)化

9、工中間體。11.2.3多氯苯的水解多氯苯分子中的氯比硝基氯苯分子中的氯較難水解，一般要求較高的溫度，并需要銅催化劑。多氯苯中的氯比二氯苯中的氯活潑一些。例如將六氯苯在160170g/L的NaOH溶液中，在230240°C,2.5MPa下水解可得五氯苯酚。1,2,4,5-四氯苯與NaOH的甲醇溶液在130150C、0.5.1.4MPa反應(yīng)可得到2,4,5-三氯苯酚11.2.4蔥醌環(huán)上鹵基的水解可制得1-氨基-2-溴-4-羥基蒽醌，是分蒽醌環(huán)上a位的氯基，特別是溴基比較活潑。例如，1-氨基-2,4-二溴蒽醌在濃硫酸中、在硼酸存在下，在120C進(jìn)行酸性水解，散染料中間體。0Br分散紅3B一

10、方面是為了使反應(yīng)物溶解，另一方面是因為在這里，用濃硫酸水解法的原因，堿性水解法會引起副反應(yīng)。用類似的反應(yīng)條件還可以從1-氨基-2,4-二氯蒽醌的水解制備1-氨基-2-氯-4-羥基蒽醌。11.3芳磺酸及其鹽類的水解脂鏈的磺基非常穩(wěn)定，不易水解，但芳環(huán)上的磺基比較容易水解，而且隨著水解介質(zhì)的不同，所得產(chǎn)品也不同。芳磺酸的水解包括酸性水解和堿性水解。11.3.1芳磺酸的酸性水解芳磺酸的酸性水解是指芳磺酸在稀硫酸介質(zhì)中磺基被氫原子置換的反應(yīng)。AiSO3H+H2OAlH+H2SO4酸性水解是磺化反應(yīng)的逆反應(yīng)，是親電取代反應(yīng)歷程。酸性水解可用來除去芳環(huán)上的磺基。11.3.2芳磺酸鹽的堿性水解一一堿熔芳磺酸

11、鹽在高溫下與苛性堿相作用，使磺酸基被羥基置換的水解反應(yīng)叫堿熔。AiSO3Na+2NaOH>ArONa+Na2SO3+H20生成的酚鈉鹽用無機(jī)酸如H2SO4酸化，即轉(zhuǎn)變?yōu)橛坞x酚。2Ar一ONa+H2SO42ArOH+NSOa、堿熔反應(yīng)的影響因素(1) 芳磺酸的結(jié)構(gòu)(2) 堿熔劑(3) 無機(jī)鹽(4) 堿熔的溫度與時間(5) 堿的用量二、堿熔方法堿熔的方法主要有用熔融堿的常壓高溫堿熔法、用堿溶液的中溫堿熔法和用稀堿的加壓堿熔法。(1) 熔融堿的常壓高溫堿熔法(2) 堿溶液的中溫堿熔法11.4芳環(huán)上氨基的水解為了在芳環(huán)上引入羥基，也可以采用先硝化、還原在芳環(huán)上引入氨基，然后將氨基轉(zhuǎn)變?yōu)榱u基的方法

12、。但此法比磺化堿熔法或氯化水解法的合成路線長。因此其應(yīng)用受到限制。實(shí)際上，主要用于1-萘酚及其某些衍生物和在某些特定位置上引入羥基的情況。在工業(yè)上芳伯胺的水解有三種方法。11.4.1氨基的酸性水解氨基的酸性水解一般是在稀硫酸中進(jìn)行的，若所要求的水解溫度高，硫酸會引起氧化副反應(yīng)。可采用磷酸或鹽酸代替硫酸。此法主要用于1-萘胺及其衍生物的水解，例如1-萘胺水解為1-萘酚。0H15%-20%H2SO4200*C,1.2-l.SMPa收率高(為88%),質(zhì)量好，純度95%。是目前國內(nèi)J+NH4HSO4此法的優(yōu)點(diǎn)是工業(yè)過程簡單，的工業(yè)生產(chǎn)方法。但缺點(diǎn)是要處理量大。用酸性水解還可以從相應(yīng)的1-萘胺磺酸衍生

13、物制備以下1-萘酚磺酸衍生物。ho3sohohoh用搪鉛高壓釜，設(shè)備腐蝕嚴(yán)重，生產(chǎn)能力低，酸性廢水ho3在酸性水解時，在1-氨基的8-位和卩-位的磺基并不會被水解掉。但是1-氨基的4-位和5-位的磺酸將同時被水解。因此由1，4-和1,5-萘胺磺酸的水解以制備1，4-和1,5-萘酚磺酸時，不能用酸性水解法，而必須用亞酸氫鈉水解法。11.4.2氨基的堿性水解在磺基堿熔時，如果提高堿熔溫度，可以使萘環(huán)上a-位的磺基和a-位的氨基同時被羥基所置換。此法只用于變色酸的制備。ho3sSOjH11.4.3氨基用亞硫酸氫鈉水解某些結(jié)構(gòu)的芳胺，在亞硫酸氫鈉水溶液中，常壓沸騰回流(100104°C),然

14、后再加堿處理，即可完成氨基被羥基置換的反應(yīng)。此反應(yīng)也稱為“Bucherer''反應(yīng)。一般認(rèn)為它是萘酚轉(zhuǎn)變?yōu)檩涟返哪娣磻?yīng)。用于容易互變異構(gòu)的亞胺式，并且容易和亞硫酸氫鈉形成加合物的芳胺的水解。但是在1-位氨基的鄰位、間位和迫位有磺基時，對“Bucherer有阻礙作用，限制了此法的應(yīng)用范圍。NaHS03100104它so3hso3hNH211.5其它羥基化反應(yīng)11.5.1酯類的水解酯的水解是酯化反應(yīng)的逆反應(yīng)。工業(yè)上酯的水解反應(yīng)主要用于生產(chǎn)肥皂以及脂肪酸。QoRiC-och2RiCOH0RjC0IIhoch2-0(：H2+3H2O-II*r2c'OH+hoch2001hoch

15、21IIRjC-och2r3c-OH油脂或脂肪脂肪酸甘油從天然油脂水解后制得的各種脂肪酸具有直鏈偶數(shù)碳的特征，因此有一些獨(dú)特的性能。脂肪酸本身是表面活性劑的原料；用天然脂肪酸催化加氫后得到的天然脂肪醇也是合成洗滌劑及表面活性劑的原料；此外，脂肪酸在合成潤滑油、石油添加劑、制取脂肪胺等方面也有廣泛的用途。天然油脂制取脂肪酸及鹽的水解主要有三種方法：堿性水解、壓熱裂解和酶催化水解。一、堿性水解一一皂化油脂的皂化是指油脂在氫氧化鈉的作用下，被水解及中和成脂肪酸鈉鹽的過程。它是生產(chǎn)肥皂的基礎(chǔ)，所以習(xí)慣上稱之為皂化。在精細(xì)有機(jī)合成中，油脂的皂化被用來生產(chǎn)一些特殊的脂肪酸鹽，例如，在涂料工業(yè)中用此法生產(chǎn)不

16、飽和脂肪酸鹽。油脂與堿液不能互溶。為了加速反應(yīng)，必須進(jìn)入乳化劑使之分散。肥皂本身就是乳化劑，可在前一次反應(yīng)結(jié)束后留少量生成皂在反應(yīng)器內(nèi)，或在油脂中先加入少量堿液中和油脂中經(jīng)常存在的游離脂肪酸使之產(chǎn)生肥皂。工業(yè)生產(chǎn)上，采用質(zhì)量分?jǐn)?shù)32%36%的苛性鈉水溶液，在煮沸的情況下進(jìn)行皂化。皂化結(jié)束后用食鹽水溶液洗滌生成的脂肪酸鈉鹽（油層）以回收其中的甘油，最后靜置3638h，進(jìn)行保溫分層，廢液中含質(zhì)量分?jǐn)?shù)6%12%甘油，送甘油回收工段。上層的澄清皂層送去制皂基。在皂層與廢堿液中有一層中間層，色澤很深，即為皂腳，它可以循環(huán)進(jìn)入系統(tǒng)中再皂化，或分出制作低品位的肥皂。皂化工藝不論在化學(xué)及設(shè)備工程方面都有許多改

17、進(jìn)。其中最重要的是在0.2MPa壓力下，120°C的加壓皂化法，它可使皂化時間大大縮短，實(shí)現(xiàn)連續(xù)化生產(chǎn)。二、壓熱裂解目前廣泛使用的工業(yè)生產(chǎn)法是不用任何催化劑在55.5MPa壓力下，250260C用水使油脂進(jìn)行液相裂解，得到粗品脂肪酸及甘油和水。該法有多種工藝，如塔式逆流裂解工藝為連續(xù)操作，主反應(yīng)器是一根空管，反應(yīng)壓力為5.5MPa,溫度260°C。為避免油脂在高溫下被油脂中的少量空氣氧化，在進(jìn)入裂解塔前必須在真空下脫氣。粗油脂從塔底送入，逆流至塔頂，而密度比油脂和脂肪酸大的甘油水則由塔頂向下流到塔底，單程裂解率可達(dá)99%以上。甘油水（含甘油質(zhì)量分?jǐn)?shù)10%15%）由裂解塔底的

18、分離槽中連續(xù)流出，經(jīng)閃蒸分離，減壓至常壓后送到甘油回收工段以回收甘油。裂解生成的脂肪酸則從塔頂流出，經(jīng)減壓后送往蒸餾工段。在閃蒸時放出的水蒸氣冷凝后得到的水再回入系統(tǒng)中使用。由裂解塔出來的產(chǎn)品脂肪酸與甘油水的溫度均較高，可通過熱交換器與原料油脂及水交換熱量達(dá)到節(jié)能的目的。三、酶催化水解酶催化水解脂肪酸是近代高技術(shù)發(fā)展中的生物工程。早在20世紀(jì)初，德國化學(xué)家們已開發(fā)了這種工藝。當(dāng)時采用的酶純度較低，是由蓖麻籽中分離出的蓖麻油脂肪酶。近年來，隨著酶分離技術(shù)的改進(jìn)，不少可用作催化劑的脂肪酶已經(jīng)商品化。例如：由皺褶假絲菌、無根白霉菌和黑曲霉菌中分離出來的脂肪酶均可達(dá)到高純度和高活性，因而促進(jìn)了油脂酶催化水解的研究。與常壓皂化法、壓熱裂解法相比，酶水解法具有能耗低、設(shè)備簡單、操作費(fèi)用少、條件溫和等優(yōu)點(diǎn)。此外，酶水解法得到的脂肪酸及甘油的顏色均與原料油脂相近。若用色澤淺的油脂作原料，得到的脂肪酸可不經(jīng)蒸餾，甘油水也不必脫色?？梢娒复呋夤に嚨膬?yōu)點(diǎn)是非常突出的。11.5.2氰基的水解ch2cn氰基的水解成羧酸。例如：苯乙酸的工業(yè)生產(chǎn)是將苯乙氰經(jīng)酸性水解或堿性水解而成，CH2COOH+H2SO4(70%)+H2O130T2h該工藝是在反應(yīng)鍋中先加入70%的硫酸，在100C加入苯乙氰后，在130C反應(yīng)2h。苯乙酸收率95%97%。苯乙酸主要用于醫(yī)藥青霉素生產(chǎn)過程中提高青霉素的產(chǎn)量。此法是國內(nèi)