《精细有机合成技术》PPT教学课件：第六章 烷基化 第一节 概述 第二节 烷基化反应的基本原理 第三节 相转移烷基化反应 第四节 应用实例

第六章烷基化

第六章 烷基化

第一节概述 烷基化反应及其重要性 把烃基引入有机化合物分子中的碳、氮、氧等原子 上的反应称为烷基化反应,简称烷基化。所引入的烃基 可以是烷基、烯基、芳基等。其中以引入烷基(如甲基、 乙基、异丙基等)最为重要。广义的烷化还包括引入具 有各种取代基的烃基(一CH2COOH、CH2OH CHC1、CH2CHC等)

第一节 概述 一、烷基化反应及其重要性 把烃基引入有机化合物分子中的碳、氮、氧等原子 上的反应称为烷基化反应，简称烷基化。所引入的烃基 可以是烷基、烯基、芳基等。其中以引入烷基（如甲基、 乙基、异丙基等）最为重要。广义的烷化还包括引入具 有各种取代基的烃基（—CH2COOH、—CH2OH、— CH2Cl、—CH2CH2Cl等）

第一节概述 烷基化反应在精细有机合成中是一类极为重要的反应, 其应用广泛,经其合成的产品涉及诸多领域。最早的烷基化 是有机芳烃化合物在催化剂作用下,用卤烷、烯烃等烷化剂 直接将烷基引入到芳环的碳原子上,即所谓C-烷基化 ( Friedel- Crafts反应,简称FC反应)。利用该反应所合成的 苯乙烯、乙苯、异丙苯、十二烷基苯等烃基苯,是塑料、医 药、溶剂、合成洗涤剂的重要原料。通过烷基化反应合成的 醚类、烷基胺是极为重要的有机合成中间体,有些烷基化产 物本身就是药物、染料、香料、催化剂、表面活性剂等功能 品。如不氧化物烷基化(烷基化)可制得里要的聚乙二 化(N-烷基化)合成的季铵盐是重要的阳离子表面活性剂 相转移催化剂、杀菌剂等。例如,烷基酚聚氧乙烯醚是用途 极为广泛的非离子型表面活性剂(TX-10、OP-10),其可由 C-烷化及O-烷化反应生产

第一节 概述 烷基化反应在精细有机合成中是一类极为重要的反应， 其应用广泛，经其合成的产品涉及诸多领域。最早的烷基化 是有机芳烃化合物在催化剂作用下，用卤烷、烯烃等烷化剂 直接将烷基引入到芳环的碳原子上，即所谓C-烷基化 （Friedel-Crafts反应，简称F-C反应）。利用该反应所合成的 苯乙烯、乙苯、异丙苯、十二烷基苯等烃基苯，是塑料、医 药、溶剂、合成洗涤剂的重要原料。通过烷基化反应合成的 醚类、烷基胺是极为重要的有机合成中间体，有些烷基化产 物本身就是药物、染料、香料、催化剂、表面活性剂等功能 产品。如环氧化物烷基化（O-烷基化）可制得重要的聚乙二 醇型非离子表面活性剂。采用卤烷烷化剂进行氨或胺的烷基 化（N-烷基化）合成的季铵盐是重要的阳离子表面活性剂、 相转移催化剂、杀菌剂等。例如，烷基酚聚氧乙烯醚是用途 极为广泛的非离子型表面活性剂（TX-10、OP-10），其可由 C-烷化及O-烷化反应生产

第一节概述 H C- R CH、cHOH一 +R一0 CIEH CH CTH 又如,消毒防腐药度米芬( Domiphen bromide)的 合成,也采用了烷基化反应 01mo,bhB①0Bx2, 63%

第一节 概述 又如，消毒防腐药度米芬（Domiphen Bromide）的 合成，也采用了烷基化反应

第一节概述 、烷基化反应的类型 C-烷基化反应 在催化剂作用下向芳环的碳原子上引入烷基,得到取代 烷基芳烃的反应。如烷基苯的制备反应: t RCl A R+HCl 2.N-烷基化反应 向氨或胺类(脂肪胺、芳香胺)氨基中的氮原子上 引入烷基,生成烷基取代胺类(伯、仲、叔、季胺)的 反应。如N,N-二甲基苯胺的制备反应: N(CH3h 2 CHOH H, 210℃/MPa +2五2O

第一节 概述 二、烷基化反应的类型 1．C-烷基化反应 在催化剂作用下向芳环的碳原子上引入烷基，得到取代 烷基芳烃的反应。如烷基苯的制备反应： 2．N-烷基化反应 向氨或胺类（脂肪胺、芳香胺）氨基中的氮原子上 引入烷基，生成烷基取代胺类（伯、仲、叔、季胺）的 反应。如N,N-二甲基苯胺的制备反应：

第一节概述 3.0-烷基化反应 向醇羟基或酚羟基的氧原子上引入烷基,生成醚类 化合物的反应。如壬基酚聚氧乙烯醚的制备反应: C9H9-OH+CH2-CH,NaOH C9H19< CH,OH CH, -CH, C9Hg<O(CH-CH+nCHCH,OH

第一节 概述 3．O-烷基化反应 向醇羟基或酚羟基的氧原子上引入烷基，生成醚类 化合物的反应。如壬基酚聚氧乙烯醚的制备反应：

第二节烷基化反应的基本原理 芳环上的C-烷基化反应 烷化剂 C-烷化剂主要有卤烷、烯烃和醇类,以及醛、酮类。 (1)卤烷卤烷(R—X)是常用的烷化剂。不同的卤素 原子以及不同的烷基结构,对卤烷的烷基化反应影响很大 当卤烷中烷基相同而卤素原子不同时,其反应活性次序为: RI>RBI>rcl 当卤烷中卤素原子相同,而烷基不同时,反应活性次序 为 此外,应明确指出,不能用卤代芳烃,如氯苯或溴苯来代替 卤烷,因为连在芳环上的卤素受到共轭效应的稳定作用,其 反应活性较低,不能进行烷基化反应

第二节 烷基化反应的基本原理 一、芳环上的C-烷基化反应 1．烷化剂 C-烷化剂主要有卤烷、烯烃和醇类，以及醛、酮类。 （1）卤烷 卤烷（R—X）是常用的烷化剂。不同的卤素 原子以及不同的烷基结构，对卤烷的烷基化反应影响很大。 当卤烷中烷基相同而卤素原子不同时，其反应活性次序为： RI＞RBr＞RCl 当卤烷中卤素原子相同，而烷基不同时，反应活性次序 为： 此外，应明确指出，不能用卤代芳烃，如氯苯或溴苯来代替 卤烷，因为连在芳环上的卤素受到共轭效应的稳定作用，其 反应活性较低，不能进行烷基化反应

第二节烷基化反应的基本原理 (2)烯烃烯烃是另一类常用的烷基化剂,由于烯 烃是各类烷化剂中生产成本最低、来源最广的原料,故 广泛用于芳烃、芳胺和酚类的C-烷基化。常用的烯烃有: 乙烯、丙烯、异丁烯以及一些长链α-烯烃,它们是生产 长碳链烷基苯、异丙苯、乙苯等最合理的烷化剂。 (3)醇、醛和酮它们都是较弱的烷化剂,醛、酮 用于合成二芳基或三芳基甲烷衍生物。 醇类和卤烷烷化剂除活性上有差别外,均特别适合 于小吨位的精细化学品,在引入较复杂的烷基时使用

第二节 烷基化反应的基本原理 （2）烯烃 烯烃是另一类常用的烷基化剂，由于烯 烃是各类烷化剂中生产成本最低、来源最广的原料，故 广泛用于芳烃、芳胺和酚类的C-烷基化。常用的烯烃有： 乙烯、丙烯、异丁烯以及一些长链α-烯烃，它们是生产 长碳链烷基苯、异丙苯、乙苯等最合理的烷化剂。 （3）醇、醛和酮 它们都是较弱的烷化剂，醛、酮 用于合成二芳基或三芳基甲烷衍生物。 醇类和卤烷烷化剂除活性上有差别外，均特别适合 于小吨位的精细化学品，在引入较复杂的烷基时使用

第二节烷基化反应的基本原理 2.催化剂 (1)路易斯酸主要是金属卤化物,其中常用的是AC2y 催化活性如下: AICI3> FeCl3>SbCl5 >SnC14> BF3>TICI4 >ZnCl2 路易斯酸催化剂分子的共同特点是都有一个缺电子中心 原子,如ACl3分子中的铝原子只有6个外层电子,能够接受 电子形成带负电荷的碱性试剂,同时形成活泼的亲电质点。 无水三氯化铝是各种FC反应中使用最广泛的催化剂。它 由金属铝或氧化铝和焦炭在高温下与氯气作用而制得。为使 用方便,一般制成粉状或小颗粒状。其熔点192℃,180℃开 始升华。无水三氯化铝能溶于大多数的液态氯烷中,并生成 烷基正离子(R+)。也能溶于许多供电子型溶剂中形成络合 物。此类溶剂有SO3、CS2、硝基苯、二氯乙烷等

第二节 烷基化反应的基本原理 2．催化剂 （1）路易斯酸 主要是金属卤化物，其中常用的是AlCl3。 催化活性如下： AlCl3＞ FeCl3＞SbCl5 ＞SnCl4＞ BF3＞ TiCl4 ＞ZnCl2 路易斯酸催化剂分子的共同特点是都有一个缺电子中心 原子，如AlCl3分子中的铝原子只有6个外层电子，能够接受 电子形成带负电荷的碱性试剂，同时形成活泼的亲电质点。 无水三氯化铝是各种F-C反应中使用最广泛的催化剂。它 由金属铝或氧化铝和焦炭在高温下与氯气作用而制得。为使 用方便，一般制成粉状或小颗粒状。其熔点192℃，180℃开 始升华。无水三氯化铝能溶于大多数的液态氯烷中，并生成 烷基正离子（R+）。也能溶于许多供电子型溶剂中形成络合 物。此类溶剂有SO2、CS2、硝基苯、二氯乙烷等

第二节烷基化反应的基本原理 工业上生产烷基苯时,通常采用的是AlCl2-盐酸络 合物催化溶液,它由无水三氯化铝、多烷基苯和微量水 配制而成,其色较深,俗称红油。它不溶于烷化产物, 反应后经分离,能循环使用。烷基化时使用这种络合物 催化剂比直接使用三氯化铝要好,副反应少,非常适合 大规模的连续化工业烷基化过程,只要不断补充少量三 氯化铝就能保持稳定的催化活性 用卤烷作烷化剂时,也可以直接用金属铝作催化剂 因烷基化反应中生成的氯化氢能与金属铝作用生成三氯 化铝络合物。在分批操作时常用铝丝,连续操作时可用 铝锭或铝球

第二节 烷基化反应的基本原理 工业上生产烷基苯时，通常采用的是AlCl3 -盐酸络 合物催化溶液，它由无水三氯化铝、多烷基苯和微量水 配制而成，其色较深，俗称红油。它不溶于烷化产物， 反应后经分离，能循环使用。烷基化时使用这种络合物 催化剂比直接使用三氯化铝要好，副反应少，非常适合 大规模的连续化工业烷基化过程，只要不断补充少量三 氯化铝就能保持稳定的催化活性。 用卤烷作烷化剂时，也可以直接用金属铝作催化剂， 因烷基化反应中生成的氯化氢能与金属铝作用生成三氯 化铝络合物。在分批操作时常用铝丝，连续操作时可用 铝锭或铝球