《精细及高分子化工基础》课程PPT教学课件（精细有机合成技术）第六章 烷基化

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(—CH2COOH、CHOH CH2C1、CHCH2C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 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 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 又如,消毒防腐药度米芬( Domiphen bromide)的 合成,也采用了烷基化反应。 N一烧化 110C, 6h BICH,CH Br COCH CH2Br 85C, gh(CH,NH 02)m1吗

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 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: t rcl 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 NH NCHar t ch +2H2 210C3MPa

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: NaOh 91 OCH CH OH C9Hg1rO(CH,CH+ECH,CH,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: RIRBI>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ACl3° 催化活性如下 AICI3> FeCl3>SbCl5>SnCl4> 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SO2、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ACl2-盐酸络 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