单元反应原理讲稿.ppt
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1、/43关于单元反应原理关于单元反应原理第一页,讲稿共四十六页哦/432总体上可归纳为总体上可归纳为三大类三大类:(1 1)有机分子中碳原子上的)有机分子中碳原子上的氢被各种取代基所取代氢被各种取代基所取代的反应。的反应。(取代)取代)如:如:卤化、磺化、硝化、酰基化、烷基化卤化、磺化、硝化、酰基化、烷基化等;等;(2 2)碳原子的取代基转变为另一种取代基碳原子的取代基转变为另一种取代基的反应。(置换)的反应。(置换)如:如:硝基还原为胺基硝基还原为胺基;(3 3)在有机分子中)在有机分子中形成杂环或新的碳环形成杂环或新的碳环的反应。(成环缩合)的反应。(成环缩合)如:如:环化环化。l上上述述三
2、三类类反反应应联联系系密密切切。第第一一类类反反应应是是后后两两类类反反应应的的基基础础,为为后后两两类类反反应应准准备备条条件件。对对第第二二类类反反应应来来讲讲,其其产产物物取取代代基基的的位位置置往往往往就就是是第第一一类类反反应应所所形形成成的的取取代代基基的的位位置置。而而第第三三类类反反应应也也需需要要由由碳碳原原子子上上的的取取代代基基来来提提供供C、N、O、S等原子来形成杂环和新的碳环。等原子来形成杂环和新的碳环。第二页,讲稿共四十六页哦/433磺化概述磺化概述 磺化:向有机化合物分子引入磺化:向有机化合物分子引入磺酸基磺酸基(-SO3H),或,或其相应的盐、磺酰卤基的反应。如
3、苯环上:其相应的盐、磺酰卤基的反应。如苯环上:+H2SO4 +H2O 硫酸化:硫酸化:是有机化合物分子中引入是有机化合物分子中引入OSO3H基的化学基的化学过程,生成成过程,生成成COS键键。第三页,讲稿共四十六页哦/434 磺化磺化目的目的:(1)使使产产品品具具有有水水溶溶性性、酸酸性性、表表面面活活性性或或对对纤纤维维素具有亲和力。素具有亲和力。(2)将将磺磺酸酸基基转转变变成成其其它它基基团团(如如羟羟基基、氨氨基基、氰氰基基、氯氯基基等等),生生产产有有机机合合成成中中间间体体或或精精细细化化工工产产品品,如如苯磺化碱熔法生产苯酚。苯磺化碱熔法生产苯酚。(3)利利用用磺磺酸酸基基的的
4、可可水水解解性性,先先在在苯苯环环上上引引入入磺磺酸酸基,在完成特定的反应后,再将磺酸基水掉。基,在完成特定的反应后,再将磺酸基水掉。碱性水解碱性水解第四页,讲稿共四十六页哦/435 磺化磺化应用应用:主主要要用用于于生生产产阴阴离离子子表表面面活活性性剂剂(主主要要是是洗洗涤涤剂剂)、染染料料、医药、农药。在精细有机合成工业中占十分重要地位。医药、农药。在精细有机合成工业中占十分重要地位。石石油油工工业业中中应应用用:如如石石油油磺磺酸酸盐盐的的合合成成与与应应用用,三三次次采油、洗涤、防锈以及用于纺织工业。采油、洗涤、防锈以及用于纺织工业。第五页,讲稿共四十六页哦/43磺化剂磺化剂发烟硫酸
5、(发烟硫酸(SO3H2SO4)氯磺酸(氯磺酸(ClSO3H)浓硫酸(浓浓硫酸(浓H2SO4)九二酸(九二酸(92929393)九八酸(九八酸(9898)三氧化硫(三氧化硫(SO3)2020252560606565其它:氨基磺酸(其它:氨基磺酸(NH2SO3H)、)、硫酰氯(硫酰氯(SOSO2 2ClCl2 2)、)、亚硫酸盐亚硫酸盐(Na2SO3)三氧化硫三氧化硫浓浓度度表表示示方方法法:可可用用游游离离SO3 的的含含量量w(SO3)(质质量量分分数数)表表示示,也也可可用用H2SO4的含量的含量w(H2SO4)表示。表示。第六页,讲稿共四十六页哦/437磺化反应历程磺化反应历程 芳芳烃烃的
6、的磺磺化化主主要要是是用用 硫硫酸酸、发发烟烟硫硫酸酸、三三氧氧化化硫硫来来进进行行的的,反反应应属属亲亲电电取取代代反反应应。亲亲电电质质点点由由磺磺化化剂离解形成(剂离解形成(由磺化剂离解产生亲电质点由磺化剂离解产生亲电质点)。)。亲亲电电取取代代反反应应是是亲亲电电试试剂剂进进攻攻化化合合物物负负电电部部分分,取取代代其其它它基基团团的的化化学学反反应应。一一般般发发生生于于芳芳香香族族化化合合物物,是是一一种种向向芳芳香香环环系系引引入入官官能能团团的的重重要要方方法法,是是芳芳香香族族化化合合物物的的特特性性之之一一。被被取取代代的的基基团团通通常常是是氢氢原原子子,但但其其他他基团
7、被取代的情形也是存在的。基团被取代的情形也是存在的。亲亲电电质质点点(亲亲电电体体)指指在在化化学学反反应应中中对对含含有有可可成成键键电电子子对对的的原原子子或或分分子子有有亲亲和和作作用用的的原原子子或或分分子子。亲亲电电试试剂剂一一般般都都是是带带正正电电荷荷的的试试剂剂或或具具有有空空的的p轨道或者轨道或者d轨道,能够接受电子对的中性分子。轨道,能够接受电子对的中性分子。第七页,讲稿共四十六页哦/438不同浓度硫酸的离解方式:不同浓度硫酸的离解方式:100%的硫酸中略能导电,约有的硫酸中略能导电,约有0.20.3%按下式离解:按下式离解:2H2SO4 SO3 +H3+O +HSO4 2
8、H2SO4 H3SO4+HSO4 3H2SO4 H2S2O7 +H3+O +HSO4 3H2SO4 HSO3 +H3+O +2HSO4 第八页,讲稿共四十六页哦/439 由此解离出亲电质点:由此解离出亲电质点:SO3、H2S2O7、H2SO4、HSO3和和H3SO4发烟硫酸发烟硫酸也略能导电也略能导电,按下式离解:,按下式离解:SO3 H2SO4 H2S2O7 H2S2O7 H2SO4 H3SO4+HS2O7 第九页,讲稿共四十六页哦/4310反应质点:反应质点:SO3H2SO4中中:SO3 浓浓H2SO4中中:H2S2O7(SO3H2SO4)8085的的H2SO4中中:H3SO4+(SO3H
9、3+O)在更低浓度的硫酸中:在更低浓度的硫酸中:H2SO4(SO3H2O)+H+H+k k1 1k k-1 1K K2 2,-H,-H+第十页,讲稿共四十六页哦/4311(1)芳烃的取代反应芳烃的取代反应 大多数情况下是大多数情况下是SO3作为亲电试剂,作为亲电试剂,反应历程如下:反应历程如下:第十一页,讲稿共四十六页哦/4312(2)链烯烃的加成反应链烯烃的加成反应 烯烃的磺化加成反应首先生成离子烯烃的磺化加成反应首先生成离子中间体或自由基中间体,最后得到的是双键全部被加成的产物中间体或自由基中间体,最后得到的是双键全部被加成的产物或者明显的取代产物。或者明显的取代产物。(A)离子型的加成反
10、应)离子型的加成反应磺内酯磺内酯2-链烯链烯-1-磺酸磺酸1-链烯链烯-1-磺酸磺酸第十二页,讲稿共四十六页哦/4313(B)自由基历程自由基历程 在氧或过氧化物存在下,烯烃与亚硫酸氢在氧或过氧化物存在下,烯烃与亚硫酸氢钠可发生加成,生成磺酸钠盐,反应按自由基历程,加成钠可发生加成,生成磺酸钠盐,反应按自由基历程,加成方向是反马尔科夫尼科夫规则的。方向是反马尔科夫尼科夫规则的。第十三页,讲稿共四十六页哦/4314脂肪烃的磺化脂肪烃的磺化 烷烷烃烃比比较较稳稳定定,不不能能直直接接用用硫硫酸酸、发发烟烟硫硫酸酸、三三氧氧化化硫硫等磺化剂磺化。需采用特殊方法进行磺化。等磺化剂磺化。需采用特殊方法进
11、行磺化。特殊磺化方法:特殊磺化方法:磺氧化磺氧化磺氯化磺氯化加成磺化加成磺化 置换磺化置换磺化 第十四页,讲稿共四十六页哦/43(1)磺氧化)磺氧化 二氧化硫和氧同烷烃的反应是在二氧化硫和氧同烷烃的反应是在20世纪世纪40年代发现的,年代发现的,在在50年代开始工业应用;该反应的产物是一种年代开始工业应用;该反应的产物是一种仲链烷磺酸仲链烷磺酸盐盐:第十五页,讲稿共四十六页哦/4316(2)磺氯化磺氯化(P27)磺氯化剂:磺氯化剂:SO2+Cl2,原料:烷烃。原料:烷烃。产物:烷基磺酸盐表面活性剂。产物:烷基磺酸盐表面活性剂。实例:表面活性剂的生产。实例:表面活性剂的生产。SO2 Cl2 Na
12、OH HCl NaCl,H2O反应分两步:先生成磺酰氯,再与碱作用成盐。反应分两步:先生成磺酰氯,再与碱作用成盐。烷烷基基磺磺酰酰氯氯活活性性很很高高,可可与与醇醇、胺胺、酚酚类类反反应应制制取取许许多多重重要的精细化学品。要的精细化学品。RH RSO2Cl RSO3Na 第十六页,讲稿共四十六页哦/4317磺化及硫酸化的影响因素磺化及硫酸化的影响因素(1)有机化合物的结构影响)有机化合物的结构影响电电子子效效应应:磺磺化化反反应应是是典典型型的的亲亲电电取取代代反反应应,被被磺磺化化物物芳芳环环上上电电子子云云密密度度的的高高低低直直接接影影响响反反应应速速度度。芳芳环环上上有有供供电电基基
13、,易易磺磺化化,反反应应速速度度快快;芳芳环环上上有有吸吸电电基基,难难磺磺化化,反反应应速速度度慢。慢。速度常数被磺化物k106(gmols)78.715.50.24第十七页,讲稿共四十六页哦/4318 (2)磺化剂的影响磺化剂的影响 磺磺化化剂剂对对反反应应影影响响较较大大。含含水水越越多多(包包括括反反应应生生成成的的水)水)反应能力越弱反应能力越弱(从动力学可见)。(从动力学可见)。SO3反应能力最强。反应能力最强。特点:硫酸磺化,可逆反应;特点:硫酸磺化,可逆反应;SO3磺化不可逆。磺化不可逆。第十八页,讲稿共四十六页哦/4319表表 不同磺化剂对反应的影响不同磺化剂对反应的影响项目
14、 磺化剂H2SO4ClSO3HSO3H2SO4SO3沸点,29031715115046磺化速度慢较快较快瞬间完成磺化转化率达到平衡,不完全较完全较完全定量转化(p107)磺化热效应需加热一般一般放热量大,需冷却磺化物粘度低一般一般十分粘稠副反应少少少多,有时很高产生废酸量大较少较少无反应器容积大大一般很小第十九页,讲稿共四十六页哦/4320 (3)磺化物的水解及异构化作用)磺化物的水解及异构化作用 水水解解:硫硫酸酸作作磺磺化化剂剂时时,在在较较稀稀的的硫硫酸酸存存在在下下发发生生水解(逆反应)。水解(逆反应)。特点:升高温度对水解有利;特点:升高温度对水解有利;水水解解反反应应也也是是亲亲电
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