精细有机合成化学与工艺学课件--第9章氨基化.ppt
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1、第第9 9章章 氨基化氨基化3/9/20231课件本章教学基本内容和要求本章教学基本内容和要求1、羟基化合物的氨解:了解醇类的氨解、酚类的氨解,掌握苯胺、防老、羟基化合物的氨解:了解醇类的氨解、酚类的氨解,掌握苯胺、防老剂丁的制备;了解亚硫酸盐存在下的氨解:掌握剂丁的制备;了解亚硫酸盐存在下的氨解:掌握 Bucherer反应的适用范围反应的适用范围及应用,了解反应历程。及应用,了解反应历程。2、卤素的氨解、卤素的氨解a.反应理论:掌握催化氨解和非催化氨解的适用范围,反应历程及动力学反应理论:掌握催化氨解和非催化氨解的适用范围,反应历程及动力学方程。方程。b.影响因素:掌握胺化剂、卤素、溶解度、
2、搅拌、温度对卤素氨解反应的影响因素:掌握胺化剂、卤素、溶解度、搅拌、温度对卤素氨解反应的影响。影响。c.实例:掌握邻硝基苯胺及实例:掌握邻硝基苯胺及2-氨基蒽醌的制备。氨基蒽醌的制备。d.芳胺基化:掌握安安蓝芳胺基化:掌握安安蓝B色基的制备。色基的制备。3、了解羰基化合物的氨解。、了解羰基化合物的氨解。4、了解磺基及硝基的氨解。、了解磺基及硝基的氨解。教学重点:教学重点:卤素的氨解。卤素的氨解。亚硫酸盐存在下的氨解:亚硫酸盐存在下的氨解:Bucherer反应。反应。Hofmann重排反应。重排反应。教学难点:教学难点:催化氨解和非催化氨解的适用范围、反应历程及动力学方程。催化氨解和非催化氨解的
3、适用范围、反应历程及动力学方程。Bucherer反应的适用范围、应用、反应历程。反应的适用范围、应用、反应历程。Hofmann重排反应的应用、反应历程。重排反应的应用、反应历程。3/9/20232课件9.1 9.1 概述概述氨解指的是氨解指的是氨氨与有机物发生复分解反应而与有机物发生复分解反应而生成生成伯胺伯胺的反应。氨解反应通式可简单地的反应。氨解反应通式可简单地表示如下:表示如下:R-Y+NH3R-NH2+HY式中式中R可以是脂基或芳基,可以是脂基或芳基,Y可以是羟基、可以是羟基、卤基卤基、磺酸基或硝基。、磺酸基或硝基。一、定义一、定义氨基化氨基化氨解氨解胺化胺化胺化指的是氨与双键加成生成
4、胺的反应。胺化指的是氨与双键加成生成胺的反应。3/9/20233课件二、反应的目的二、反应的目的n制备脂肪族伯、仲、叔胺及季铵盐制备脂肪族伯、仲、叔胺及季铵盐n制备芳胺制备芳胺3/9/20234课件三、氨基化剂三、氨基化剂n液氨液氨n氨水氨水n氨气氨气n铵盐铵盐n有机胺(伯、仲、叔胺)有机胺(伯、仲、叔胺)主要用于需避免水解副反应的氨基化过程。主要用于需避免水解副反应的氨基化过程。缺点:操作压力大,过量的液氨较难再以液氨缺点:操作压力大,过量的液氨较难再以液氨的形式回收。的形式回收。工业氨水的浓度一般为工业氨水的浓度一般为25%,是广泛使用的,是广泛使用的胺化剂。胺化剂。优点:来源易得,操作方
5、便,过量的氨可用优点:来源易得,操作方便,过量的氨可用水吸收循环使用。水吸收循环使用。3/9/20235课件9.2 9.2 羟基的氨解羟基的氨解3/9/20236课件9.2.1 9.2.1 醇羟基的氨解醇羟基的氨解 醇类用氨的氨解反应可用下式表示:醇类用氨的氨解反应可用下式表示:气固相接触催化氨解气固相接触催化氨解气固相临氢接触催化胺化氢化气固相临氢接触催化胺化氢化高压液相氨解高压液相氨解工艺方法工艺方法3/9/20237课件n气固相接触催化脱水氨解法气固相接触催化脱水氨解法 (1 1)应用:甲醇氨解制二甲胺;)应用:甲醇氨解制二甲胺;(2 2)催化剂:)催化剂:SiO2/Al2O3;(3 3
6、)温度:)温度:350350500500;(4 4)压力:)压力:0.50.55 5MPa。3/9/20238课件n气固相临氢接触催化胺化氢化气固相临氢接触催化胺化氢化 催化醇脱氢催化醇脱氢催化加氢催化加氢即将醇、氨和氢的即将醇、氨和氢的气态混合物在气态混合物在200左右、常压左右、常压或不太高的压力下或不太高的压力下通过通过Cu-Ni催化剂催化剂而完成的。其整个而完成的。其整个反应过程包括:醇反应过程包括:醇的脱氢生成醛或酮、的脱氢生成醛或酮、醛或酮的加成胺化、醛或酮的加成胺化、羟基胺的脱水和烯羟基胺的脱水和烯亚胺的加氢生成胺亚胺的加氢生成胺等步骤。等步骤。3/9/20239课件仲胺的生成仲
7、胺的生成叔胺的生成叔胺的生成3/9/202310课件例如例如:乙:乙醇连醇连续氨续氨解生解生产乙产乙胺。胺。9.2 9.2 羟基的氨解羟基的氨解 9.2.1 9.2.1 醇类的氨解醇类的氨解 3/9/202311课件n高压液相氨解高压液相氨解 (1 1)用于)用于C8 81010醇的氨;醇的氨;(2 2)催化剂:骨架镍或三氧化二铝。)催化剂:骨架镍或三氧化二铝。(3 3)压力:常压)压力:常压0.7MPa。(4)温度:)温度:90190。3/9/202312课件例如:例如:N,N-二甲基乙胺的制备二甲基乙胺的制备 异丙胺的制备异丙胺的制备 环己胺的制备环己胺的制备 O3/9/202313课件工
8、业上的乙醇胺类是以环氧乙烷和氨反应制得:工业上的乙醇胺类是以环氧乙烷和氨反应制得:9.2.2 环氧烷类的加成胺化环氧烷类的加成胺化 3/9/202314课件反应条件:反应条件:环氧烷类如环氧乙烷、环氧丙烷等在氨作用下采用环氧烷类如环氧乙烷、环氧丙烷等在氨作用下采用液相液相氨解方法氨解方法,容易转变成烷基醇胺类。这些反应都是放热的,容易转变成烷基醇胺类。这些反应都是放热的,通常采用通常采用5060,12MPa压力等条件即可。应用普通压力等条件即可。应用普通的的28氨水时,可得伯胺、仲胺和叔胺,它们的比例随氨比氨水时,可得伯胺、仲胺和叔胺,它们的比例随氨比不同而变化。如环氧丙烷氨解时,随环氧化物对
9、氨的摩尔比不同而变化。如环氧丙烷氨解时,随环氧化物对氨的摩尔比从从0.5增至增至2.5时,叔胺摩尔百分数由时,叔胺摩尔百分数由20增至近增至近l00;仲胺摩尔;仲胺摩尔百分数从最初的百分数从最初的40到最大的到最大的50,继而下降为零;伯胺摩尔百,继而下降为零;伯胺摩尔百分数连续下降,并很快由约分数连续下降,并很快由约30变成很小值。已发现,环氧乙变成很小值。已发现,环氧乙烷和伯胺、仲胺的反应速度比它和氨的反应速度要快,因此烷和伯胺、仲胺的反应速度比它和氨的反应速度要快,因此要制备乙醇胺和二乙醇胺时,就必须采用要制备乙醇胺和二乙醇胺时,就必须采用大量过量的氨大量过量的氨。3/9/202315课
10、件9.2.3 酚类的氨解(芳环上羟基的氨解)酚类的氨解(芳环上羟基的氨解)液相氨解法:液相氨解法:它是酚类与氨水在它是酚类与氨水在氯化锡、三氯化铝、氯化锡、三氯化铝、氯化铵氯化铵等催化剂存等催化剂存下于高温高压下制下于高温高压下制取胺类的过程。取胺类的过程。工业上实现酚类的氨解法一般有两种:工业上实现酚类的氨解法一般有两种:气相氨解法:气相氨解法:它是在催化剂它是在催化剂(常常为为硅酸铝硅酸铝)存在下,存在下,气态酚类与氨进气态酚类与氨进行的气固相催化行的气固相催化反应;反应;一、苯系酚类的氨解一、苯系酚类的氨解3/9/202316课件以苯酚气相催化氨解制苯胺为例:以苯酚气相催化氨解制苯胺为例
11、:3/9/202317课件其他酚类的氨解:其他酚类的氨解:1、甲苯胺的生产:、甲苯胺的生产:2、防老剂丁的生产:、防老剂丁的生产:2002603/9/202318课件二、萘酚类的氨解(亚硫酸盐存在的氨解)二、萘酚类的氨解(亚硫酸盐存在的氨解)萘酚与氨在酸式亚硫酸盐存在下引起的可逆变化,萘酚与氨在酸式亚硫酸盐存在下引起的可逆变化,称称布赫尔布赫尔(Bucherer)反应:反应:3/9/202319课件1、反应历程、反应历程2-萘酚先从烯醇式互变异构为酮式,它与亚硫酸氢钠萘酚先从烯醇式互变异构为酮式,它与亚硫酸氢钠按两种方式发生加成反应生成醇式加成物(按两种方式发生加成反应生成醇式加成物()或)或
12、(),然后(),然后()或()或()与氨发生氨解反应生成胺)与氨发生氨解反应生成胺式产物(式产物()或()或(),然后(),然后()或()或()发生消除)发生消除反应脱去亚硫酸氢钠生成亚胺式的反应脱去亚硫酸氢钠生成亚胺式的2-萘胺,最后再互萘胺,最后再互变异构为变异构为2-萘胺。萘胺。醇式加成物酮式加成物反应规律3/9/202320课件反应历程3/9/202321课件反应历程3/9/202322课件 1-萘酚和萘酚和2-萘酚中的羟基都能在酸性亚硫酸盐存在下置换成氨萘酚中的羟基都能在酸性亚硫酸盐存在下置换成氨基,但它们的磺基衍生物并非都能顺利进行这类反应,其规律基,但它们的磺基衍生物并非都能顺利
13、进行这类反应,其规律为:为:(A)当羟基处于当羟基处于l位时,位时,2位和位和3位的磺基对氨解反应起阻碍作位的磺基对氨解反应起阻碍作用;若在用;若在4位上存在磺基,则反应容易进行。位上存在磺基,则反应容易进行。(B)当羟基处于当羟基处于2位时,位时,3位或位或4位的磺基对氨解起阻碍作用,位的磺基对氨解起阻碍作用,而而1位的磺基起促进作用。位的磺基起促进作用。(C)当羟基与磺基不处于同一环时,磺基的影响很小。当羟基与磺基不处于同一环时,磺基的影响很小。2、适用范围(反应规律)、适用范围(反应规律)注意:注意:Bucherer反应是可逆的,因此有时也用于从萘胺衍生反应是可逆的,因此有时也用于从萘胺
14、衍生物水解制备相应的萘酚衍生物。例如对氨基萘磺酸的水解制物水解制备相应的萘酚衍生物。例如对氨基萘磺酸的水解制1-萘酚萘酚-4-磺酸。这时,磺基位置的影响也遵循上述规律。磺酸。这时,磺基位置的影响也遵循上述规律。3/9/202323课件3、应用举例、应用举例(1)吐氏酸的制备)吐氏酸的制备3/9/202324课件(2)以)以2-萘酚为原料制备萘酚为原料制备2-氨基氨基-8-萘酚萘酚-6-磺酸磺酸(r酸酸)3/9/202325课件(3)J酸(酸(2-氨基氨基-5-萘酚萘酚-7-磺酸)的制备磺酸)的制备3/9/202326课件9.3 卤素的氨解卤素的氨解 9.3.1卤代芳烃的氨解(芳环上卤基的氨解)
15、卤代芳烃的氨解(芳环上卤基的氨解)200230,7MPa170190,3MPa115120,常压,常压液氨,液氨,NaNH2-333/9/202327课件一、反应理论一、反应理论1、非催化氨解、非催化氨解 适用范围:活泼的卤素衍生物,如芳环上含有适用范围:活泼的卤素衍生物,如芳环上含有硝基硝基的卤素的卤素衍生物,通常以氨水处理时,可使卤素被氨基置换。衍生物,通常以氨水处理时,可使卤素被氨基置换。按卤素衍生物活泼性的差异,可分为非催化氨解和催化氨解。按卤素衍生物活泼性的差异,可分为非催化氨解和催化氨解。反应历程:属芳香族的亲核取代反应。例如:反应历程:属芳香族的亲核取代反应。例如:反应动力学:属
16、双分子反应(反应动力学:属双分子反应(SN2反应),反应速度直接反应),反应速度直接正比于氨和卤化物的浓度,。正比于氨和卤化物的浓度,。9.3.1卤代芳烃的氨解(芳环上卤基的氨解)卤代芳烃的氨解(芳环上卤基的氨解)3/9/202328课件2、催化氨解、催化氨解 适用范围:对于不活泼的卤素衍生物,如氯苯、适用范围:对于不活泼的卤素衍生物,如氯苯、1-氯萘、氯萘、1-氯氯萘萘-4-磺酸和对氯苯胺,要在磺酸和对氯苯胺,要在 存在下,才能反应。存在下,才能反应。铜催化剂铜催化剂反应历程:分两步进行:反应历程:分两步进行:一价铜或二价铜都可以作为芳氯化合物氨解时的催化剂,一价铜或二价铜都可以作为芳氯化合
17、物氨解时的催化剂,选择何者则要根据具体条件而定。当反应温度低于选择何者则要根据具体条件而定。当反应温度低于210时,时,使用一价铜盐的反应速度快,当反应温度高于使用一价铜盐的反应速度快,当反应温度高于210时,则时,则使用二价铜盐的反应速度快。使用二价铜盐的反应速度快。第一步第一步第二步第二步3/9/202329课件 当氯苯用当氯苯用KNH2在液氨中进行氨解反应时,产物中有将近一在液氨中进行氨解反应时,产物中有将近一半的苯胺,其氨基是连结在与原来的氨互为邻位的碳原子上:半的苯胺,其氨基是连结在与原来的氨互为邻位的碳原子上:3、用氨基碱氨解、用氨基碱氨解 按苯炔历程进行按苯炔历程进行注意:邻位氢
18、原子是生成苯炔中间体的必要因素。注意:邻位氢原子是生成苯炔中间体的必要因素。碱的形式碱的形式亲核试剂亲核试剂3/9/202330课件卤代芳烃氨解反应的基本特征:卤代芳烃氨解反应的基本特征:1、芳环上电子云密度越低,反应越容易进行;芳环上的吸电子基、芳环上电子云密度越低,反应越容易进行;芳环上的吸电子基团越强,离去基团越容易离去,反应越容易进行;团越强,离去基团越容易离去,反应越容易进行;2、卤素不同,反应活性不同。、卤素不同,反应活性不同。3、吸电基团会使芳环上电子云密度减小,且主要影响邻、对位;、吸电基团会使芳环上电子云密度减小,且主要影响邻、对位;4、卤代芳烃上吸电基团较弱时反应难于进行,
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