精细化工反应单元工艺.ppt

1、第七章 精细化工反应单元工艺第一节 概述 第二节 磺化 第三节 硝化 第四节 重氮化和偶合反应 第五节 酯化反应 第六节 胺化反应 第七节 缩合反应,第一节 概述,精细化工的定义 精细化工 是生产精细化学品的工业，指一些具有特定应用性能的、合成工艺中步骤繁多、反应复杂、产量小、品种多、产品附加值高的商品，例如医药、化学试剂等。 精细化学品 是化学工业中用来与通用化工产品或大宗化学品相区分的一个专用术语。指一些应用范围广泛，生产中化工技术要求高，产量大的商品，例如石油化工中的合成树脂、合成橡胶及合成纤维等三大合成材料。,精细化工反应单元工艺 概述,精细化学品公认定义：对基本化学工业生产的初级或次

2、级化学品进行深加工而制取的具有特定功能、特定用途、小批量生产的系列产品。 国外精细化工概况 精细化率：也称精细化工产值率，是指精细化工产值占化工总产值的百分数。,精细化工反应单元工艺 概述,国内精细化工概况 技术开发与生产厂点布局缺乏统筹规划和强有力的管理 牺牲环境质量，换取短期利益，后患严重 信息渠道不通，市场导向不灵 远未实现基地化、系统化 技术开发缺乏后劲 加入世贸组织，既是动力，更是压力,精细化工反应单元工艺 概述,商品化技术水平日益提高现代科技的发展，不仅充实了理论基础，而且提供了先进的实验手段和分析技术，使商品化技术水平不断提高，从而又促进了有机合成理论及分析测试水平的提高。 在此

3、，最突出的表现是迄今已知的最毒的物质之一海葵毒素的全合成。被称为有机合成史上的里程碑。其分子中具有64个手性中心和7个骨架内双键，因而可能的异构体数是2的71次方，近乎天文数字。哈佛大学的Kishi于1989年宣布成功实现了全合成，美国化学与工程（新闻）的评论说：如果有机合成中也有珠穆朗玛峰的话，海葵毒素的合成就是珠穆朗玛峰。,精细化工反应单元工艺 概述,海葵毒素结构式,精细化工反应单元工艺 概述,精细化工的特点 品种日益增多按不同的化学结构估计，总数有3万多种，其中化学原料药3700多种，染料5400多种，表面活性剂5100多种，食品添加剂1300多种，合成香料5100多种，合成材料助剂11

4、00多种，兽药与饲料添加剂500多种等。,精细化工反应单元工艺 概述,产品的质量水平不断提高不同行业和不同企业对不同产品质量要求不同，但其共性是：纯度高、性能稳定、有效期长等。由此可见，质量是第一位的，必须以质量求生存。 精细化工生产装置的特点大多为间歇式反应釜，主要材质为不锈钢或搪玻璃。但近年来已由间歇式向连续化、自动化方面过渡。,精细化工反应单元工艺 概述,精细化工中的技术 (1) 相转移催化技术当反应物分别处于不同的相时，反应速度很慢，甚至不反应，通过加入某种物质可以使反应速度加快，即称为相转移催化反应。实现相转移催化的各种非均相体系中，最常见的是液液体系。对于阴离子的相转移，最常见的催

5、化剂分两类，一类是季铵盐和叔胺，如：四丁基溴化铵、三丁胺等；另一类是聚醚，如冠醚等。,精细化工反应单元工艺 概述,(2)立体定向合成技术(3) 固定化酶技术固定化酶又称为水不溶性酶，它是将水溶性的酶或含酶细胞固定在某种载体上，使酶仍具有活性，且其性质稳定，可长期使用，并使工艺大大简化，适于连续化生产。 (4)电解精细有机合成技术,精细化工反应单元工艺 概述,(5) 现代生物技术现代生物技术是以遗传基因重组、细胞融合、细胞大量培养、改良的发酵技术和生物反应器等为基础技术的新生物技术，对于开发精细化工新产品，改造传统化工生产工艺，节省能源，治理污染等均有重大作用。目前实现商品化生产的药品有胰岛素、

6、干扰素和人生长激素等。在其它高附加值的精细化工产品中，也已运用生物技术，如各种氨基酸、酶制剂、维生素、单细胞蛋白和染料等产品的新工艺。,精细化工反应单元工艺 概述,第二节 磺化,概念：有机化合物分子中引入磺酸基(-SO2OH或-SO3H)，或其相应的盐或磺酰卤基的任何化学过程。 作用：1、使水溶性大大增加，在染料方面有重要意义；2、磺酸基比较容易被一些亲核试剂取代，磺酸是常用的有机合成中间体；3、利用各组分磺化难易程度的不同，可以进行分离和纯化；4、利用磺酸基可以水解的特点，可作为有机合成中的保护基。,精细化工反应单元工艺 磺化,磺化剂和主要磺化法,硫酸磺化常用的有硫酸(质量分数为9293%的

7、绿矾油和质量分数为98100的一水化合物)、发烟硫酸(内含游离三氧化硫20%, 40%, 60%等)、焦硫酸(2SO3H2O，常写作H2S2O7)。用硫酸或发烟硫酸进行的磺化也称液相磺化。硫酸在反应体系中起到磺化剂、溶剂和脱水剂三种作用。,精细化工反应单元工艺 磺化,三氧化硫磺化采用三氧化硫磺化的优点是不生成水，三氧化硫的用量可接近理论量，反应快、三废少。但三氧化硫过于活泼，磺化时易形成砜，因此常用空气或溶剂稀释，如氯仿、二氯乙烷等。,精细化工反应单元工艺 磺化,共沸去水磺化在用苯和氯苯制苯磺酸的过程中，将过量68倍的苯蒸气在120180通入浓硫酸中，利用共沸原理由未反应的苯蒸气将反应生成的水

8、不断的带出，使硫酸浓度不致下降太多，此法硫酸利用率高。烘焙磺化该法用于某些芳伯胺的磺化。,精细化工反应单元工艺 磺化,氯磺酸磺化氯磺酸也是比较重要的磺化剂，它是SO3和HCl的加成物。RH + ClSO3H RSO2OH + HClRSO2OH + ClSO3H RSO2Cl + H2SO4 用等物质量的氯磺酸使芳烃磺化可得芳磺酸，用物质的量为45甚至更多的氯磺酸使芳烃磺化可得芳磺酰氯。氯磺酸还能与胺反应，将磺酸基接到氮原子上，产物为氨基磺酸。RNH2 + ClSO3H RNHSO3H + HCl,精细化工反应单元工艺 磺化,用二氧化硫加臭氧脂肪族化合物是不用三氧化硫或浓硫酸进行磺化的，一般采

9、用二氧化硫加臭氧或氯气在紫外光作用下进行磺化。,精细化工反应单元工艺 磺化,磺化反应特点及副反应,磺化反应是一种平衡反应 磺酸基容易被水解对于有吸电子基的芳磺酸，芳环上的电子云密度降低，磺酸基难水解。对于有给电子的芳磺酸，芳环上的电子云密度较高，磺酸基容易水解。 磺酸的异构化在有水的硫酸中，磺酸的异构化是一个水解再磺化的过程，而在无水溶液中则是分子内的重排过程。 副反应用SO3磺化时，极易形成砜，可以用卤代烷烃为溶剂，也可以用三氧化硫和二氧六环、吡啶等的复合物来调节SO3的活性。,精细化工反应单元工艺 磺化,磺化反应的影响因素,被磺化物的结构磺化反应是典型的亲电取代反应，当芳环上有给电子基团时

10、，磺化反应较易进行，如-CH3, -OH, -NH2,磺酸基进入该类取代基的对位。芳环上有吸电子基团时，对磺化反应不利，如硝基、羧基的存在，使其磺化的速率较苯环降低。 磺化剂的浓度和用量 硫酸浓度对磺化速率有显著影响 硫酸浓度降至某一程度反应自行停止，此时剩余的硫酸（即“废酸”）以SO3的质量分数表示，称为“值”。,精细化工反应单元工艺 磺化,磺化产物的分离,液体磺酸与硫酸不同之处是它们的钙盐、钡盐等都易溶于水。 某些磺酸可用乙醇或氯仿重结晶 大多数的磺酸纯化比较困难，需要通过酰氯化进行分馏（减压）或是转化为磺酰胺，经重结晶来纯化，纯化后再水解成酸。,精细化工反应单元工艺 磺化,具体有如下几种

11、分离方法,稀释酸析法某些芳磺酸在5080%硫酸中的溶解度很小，磺化结束后，将磺化液加入水适当稀释，磺酸即可析出。例如对硝基氯苯邻磺酸、对硝基邻甲苯磺酸，1，5蒽醌二磺酸等可用此法分离。,精细化工反应单元工艺 磺化,直接盐稀法利用磺酸盐的不同溶解度向稀释后的磺化物中直接加入食盐、氯化钾或硫酸钠，可以使某些磺酸盐析出，可以分离不同异构磺酸，其反应式如下：例如，2-萘酚的磺化制2萘酚6，8二磺酸（G酸）时，向稀释的磺化物中加入氯化钾溶液，G酸即以钾盐的形式析出，称为G盐。过滤后的母液中再加入食盐，副产的2萘酚3，6二磺酸（R酸）即以钠盐的形式析出，称为R盐。有时也有加入氨水，使其以铵盐形式析出。,精

12、细化工反应单元工艺 磺化,中和盐析法 为了减少母液对设备的腐蚀性，常常采用中和盐析法。稀释后的磺化物用氢氧化钠、碳酸钠、亚硫酸钠、氨水或氧化镁进行中和，利用中和时生成的硫酸钠、硫酸铵或硫酸镁可使磺酸以钠盐、铵盐或镁盐的形式盐析出来。例如在用磺化碱熔法制2萘酚时可以利用碱熔过程中生成的亚硫酸钠来中和磺化物，中和时产生的二氧化硫又可用于碱熔物的酸化：,精细化工反应单元工艺 磺化,脱硫酸钙法 为了减少磺酸盐中的无机盐，某些磺酸，特别是磺酸，不能用盐析法将他们很好的分离出来，这时需要采用托硫酸钙法。磺化物在稀释后用氢氧化钙的悬浮液进行中和，生成的磺酸钙能溶于水，用过滤法除去硫酸钙沉淀后，得到不含无机盐

13、的磺酸钙溶液。将此溶液再用碳酸钠溶液处理，使磺酸钙盐转变为钠盐： 再过滤除去碳酸钙沉淀，就得到不含无机盐的磺酸钠溶液。它可以直接由于下一步反应，或是蒸发浓缩成磺酸钠盐固体。例如二（1-萘基）甲烷2，2二磺酸钠（扩散剂NNO）的制备。脱硫酸钙法操作复杂，还有大量硫酸钙滤饼需要处理，因此在生产上尽量避免采用。,精细化工反应单元工艺 磺化,萃取分离法 除了上述四种方法以外，近年来为了减少三废，提出了萃取分离法。例如将萘高温磺化、稀释水解除去1萘磺酸后的溶液，用叔胺（N,N二苄基十二胺）的甲苯溶液萃取，叔胺与2萘磺酸形成络合物被萃取到甲苯层中，分出有机层，用碱液中和，磺酸即转入水层，蒸发至干即得到2萘

14、磺酸钠，纯度可达86.8，其中含1磺酸钠0.5，硫酸钠0.8，2萘磺酸钠以水解物计，收率可达97.599。叔胺可回收再用。这种分离法为芳磺酸的分离和费酸的回收开辟了新途径。,精细化工反应单元工艺 磺化,磺化物的分析,中间体磺化物的量，主要是通过分析磺化物中其他取代基的量来确定的。 磺化过程控制中，通常需要分析磺化物中磺酸中的总量，一般采用滴定法和色层法。,滴定法 是将磺化物试样用NaOH标准浓度滴定，可测定硫酸和磺酸的总量。色层法 主要用于多磺酸的定性和定量测定；色谱展开剂多是弱碱溶剂系统。,精细化工反应单元工艺 磺化,苯、萘及其衍生物的磺化,苯的磺化,此方法的缺点是需消耗大量的硫酸和氢氧化钠

15、，并造成环境污染，现已被氯苯水解法替代。,第一阶段的磺化条件控制在7080，用100硫酸磺化，第二阶段用发烟硫酸磺化，温度为80 。,精细化工反应单元工艺 磺化,甲苯的磺化,甲苯经磺化可以制得混合加酚，产物中以对位异构物居多，是无色、淡黄色或粉红色液体，主要用作溶剂，分离可得p, o, m-甲酚纯品，用来制造树脂、医药、农药、增塑剂、抗氧剂和香料等。,精细化工反应单元工艺 磺化,糖精的制备,甲苯经氯磺化、氨化、环化可制得糖精，其甜味是食糖 的300500倍,少食无毒，但无营养价值，常用作饮料、糖浆、 食品和酒类的调味剂。,精细化工反应单元工艺 磺化,萘、萘胺和萘酚的磺化,精细化工反应单元工艺

16、磺化,共振理论认为，取代基进攻位形成的正碳离子中间体有两个稳定的极限式，而进攻位只有一个，前者比后者稳定，显然，稳定的碳正离子相对应的过渡态势能也相对较低，所以温度低时，先进攻位，反应活化能较小，反应速度快；温度升高，有利于提供位磺化所需的活化能，向位磺化转化增多。即萘磺酸的生成是受动力学控制的，而萘磺酸的生成是受热力学控制的。,精细化工反应单元工艺 磺化,萘的磺化产物中，拉开粉(1,2-二丁基-6-萘磺酸钠)，用作 合成橡胶的乳化剂、纺织印染中的渗透剂、也用作洗涤剂、分 散剂、润滑剂、杀菌剂和除草剂的原料。,精细化工反应单元工艺 磺化,以萘胺为原料，经磺化可制得萘胺磺酸及其盐类。如1-氨基-

17、4-萘磺酸钠，是偶氮染料的中间体，用于生产尼文酸(1-萘酚-4-磺酸)等。,精细化工反应单元工艺 磺化,萘酚为原料经磺化可制得一系列萘酚磺酸及其盐类。如2-萘酚-3,6-二磺酸二钠盐，2-萘酚-6,8-二磺酸二钠盐，都是染料中间体，用于制造各种染料、食用色素。,精细化工反应单元工艺 磺化,烷基苯的磺化烷基苯经磺化制得的烷基苯磺酸钠是目前合成洗涤剂中最重要的一种，即对水和油都有较高的亲和力。对于一种洗涤剂的基本要求是：无毒、分子中即含有亲水基团，又含有亲油基团；烷基苯磺酸钠中，烷基是亲油的， 磺酸基是亲水的，由12个碳原子的烷基生成的烷基苯磺酸具有最好的洗涤性能。烷基苯的磺化可在3060 的范围

18、内，用硫酸或发烟硫酸来实现，所得产品是含有三个异构体的混合物，它们都具有良好的洗涤性能，因此不必分离。,精细化工反应单元工艺 磺化,应指出，烷基苯的二磺酸盐的洗涤性能极差，在生产中应尽量避免烷基苯二磺酸盐的生成，操作中应严格控制反应条件(反应温度、硫酸浓度、反应时间等)。烷基苯磺酸不溶于废酸，生产中通常采用沉降澄清法分离，所得磺酸再与氢氧化钠反应，生成烷基苯磺酸钠，它与磷酸三钠、硅酸钠、碳酸钠等相混合，最后经喷雾干燥制得粉状合成洗涤剂。,精细化工反应单元工艺 磺化,主浴式发烟硫酸连续磺化工艺流程,1.烷基苯高位槽 2.发烟硫酸高位槽 3.烟酸过滤器 4.磺化泵 5.冷却器,6.老化器 7.混酸

19、槽 8.分酸泵 9.冷却器 10.第一分离器,11.第二分离器 12.烷基苯流量计 13.发烟硫酸流量计 14.水流量计,精细化工反应单元工艺 磺化,第三节 硝化,概述 定义：指在有机化合物中引入硝基(-NO2)而生成硝基化 合物的过程。 作用：1、作为制备氨基化合物的重要途径；2、促进亲核取代反应的进行；例如诺氟沙星 的中间体3-氯-4-氟苯胺的合成。,精细化工反应单元工艺 硝化,3、制备各种有用的有机化合物或中间体；如主要用作炸药 的硝化甘油，又称硝酸甘油或甘油三硝酸酯。4、利用硝基的极性，加深染料的颜色。,精细化工反应单元工艺 硝化,硝化剂及硝化方法分类,硝化剂主要是硝酸，从无水硝酸到稀

20、硝酸都可以作为硝化剂； 硝化剂常常不是单独的硝酸，而是硝酸和各种质子酸（如硫酸）、有机酸、酸酐及各种路易斯酸的混合物。 硝酸 硝化反应是NO2+对芳环的亲电进攻。纯硝酸中有96以上呈HNO3分子状态，仅有约3.5%的硝酸经分子间质子转移离解成硝基正离子：,精细化工反应单元工艺 硝化,混合酸 混合酸是硝酸和硫酸的混合物，硫酸起酸的作用，硝酸起碱的作用。硝化反应介质中NO2+ 离子浓度的大小是硝化能力强弱的一个重要标志。因此，在硝酸中加入强质子酸可以大大提高其硝化能力。,精细化工反应单元工艺 硝化,混酸中硫酸的作用,硫酸是酸，提供质子； 质子接受体，因为硝酰正离子引入苯环上，同时要从苯环上移走一个

21、质子，HSO4接受质子； 反应过程中生成水，浓硫酸可以除去生成的水。,精细化工反应单元工艺 硝化,硝酸与乙酸酐的混合硝化剂硝酸与乙酸酐混合物放置时间太久，可能会生成四硝基甲烷，它是一种催泪物质，为了避免它的产生，硝酸和乙酸酐要现混现用。有机硝酸酯硝酸乙酰CH3CO-O-NO2 ，是硝酸和醋酸的混合酐，不稳定易爆炸。硝酸苯乙酰PhCO-O-NO2也有应用，它们的好处是可以和被硝化的有机物，一同溶解在有机溶剂如乙腈、硝基甲烷等中，形成均相反应液，这样反应就可以在无水介质中进行。,精细化工反应单元工艺 硝化,氮的氧化物氮的氧化物除了N2O以外，都可以作为硝化剂，如N2O3、N2O4及N2O5，这些氮

22、的氧化物在一定条件下都可以和烯烃进行加成反应。硝酸盐与硫酸最适用于如苯甲酸、对氯苯甲酸等难硝化芳烃的硝化。其他硝化剂硝酸加三氟化硼，硝酸加氟化氢，硝酸加硝酸汞都可作硝化剂。,精细化工反应单元工艺 硝化,硝化方法 （1）直接硝化法稀硝酸只适用于易被硝化的芳香族化合物的硝化，如含-OH，-NH2的化合物可用(HNO3) 20%的稀硝酸硝化，易被氧化的氨基化合物往往于硝化前先加以保护，即将其于羧酸、酸酐或酰氯作用使氨基转化为酰氨基，然后再行硝化。浓硝酸硝化法主要适用于芳香族化合物的硝化。此法未能应用广泛的原因在于：反应中生成的水使硝酸浓度降低，以致硝化速率不断下降或终止；硝酸浓度降低，不仅减缓硝化反

23、应速率，而且使氧化反应显著增加，有时会发生侧链氧化反应。 混酸硝化法是最常用的有效硝化法；,精细化工反应单元工艺 硝化,硝酸乙酰法即采用浓硝酸或发烟硝酸与醋酐反应生成的硝酸乙酰作为硝化剂，硝酸乙酰是强硝化剂，反应快且无水生成，反应条件温和，可在较低温度下进行反应。因为这种硝化剂具有酸性小、没有氧化性的特点，很适合易被强酸破坏（如呋喃类）或易与强酸成盐而难硝化的化合物（如吡啶类）的硝化。 (2) 间接硝化法 即化合物中的原子或基团被硝基取代的方法。芳香族化合物或杂环化合物上的磺酸基，用硝酸处理，可被硝基置换生成硝基化合物：,精细化工反应单元工艺 硝化,酚或酚醚类是易于氧化的物质，当引入磺酸基后，

24、由于苯环上的电子云密度下降，硝化时的副反应减少。当苯环上同时存在羟基（或烷氧基）和醛基时，若采用先磺化后硝化的方法，则醛基不受影响。,精细化工反应单元工艺 硝化,重氮基的取代硝化是指芳香族重氮盐用亚硝酸钠处理后，生成芳香族硝基化合物：,精细化工反应单元工艺 硝化,硝化过程 1、硝化过程 硝化过程有间歇与连续两种方式 由于生产方式和被硝化物的性质不同，一般有三种加料顺序，即正加法、反加法、并加法。2、硝化物的分析 硝化物的分析有化学法、色谱分析法、气液相色谱法和红外光谱法等。,精细化工反应单元工艺 硝化,3、硝化产物的分离硝化反应完成后，首先要将硝化产物与废酸分离。在常温下硝化物为液体或低熔点的

25、固体的情况下，可在带有水蒸气夹套的分离器中利用硝化产物与废酸有较大的密度差而实现分离。 废酸中的硝基化合物有时用有机溶剂萃取。 大多数硝基化合物在浓硫酸中有一定的溶解度，而且硫酸浓度越高，溶解度越大，为了减少溶解度，有时在静置分层前先加入少量水稀释，溶解度会大大降低。 中和后，用有机溶剂萃取，此法适用于杂环化合物的硝化，如吡啶。,精细化工反应单元工艺 硝化,4、废酸处理混酸硝化后废酸组成是硫酸、硝酸、亚硝酰硫酸及硝基物。硝化废酸的回收主要采用浓缩的方法。在用蒸浓的方法回收废酸前需脱硝，当硫酸浓度低于75时，只要达到一定的温度，硝酸及亚硝酰硫酸很易分解，逸出的氧化氮需要用氢氧化钠水溶液进行吸收处

26、理。具体如下： 闭路循环利用； 用芳烃萃取、脱硝、蒸发浓缩，使浓度达92.595%，可用于配制混酸； 通过萃取、吸附或过热蒸汽吹扫等手段，除去有机杂质，再用氨水制成化肥等。,精细化工反应单元工艺 硝化,芳烃的硝化芳烃硝化影响因素,被硝化物的结构温度 硝化反应是强烈的放热反应，易引起多 硝化及氧化等副反应，同时还将造成硝酸的 大量分解，产生大量红棕色的NO2气体，甚 至发生事故。温度的安全限度取决于被硝化 物的化学结构。搅拌,苯环上取代基的影响 在已存在给电子基团的苯环上，硝化 的产物，往往是邻位异构体多于对位。苯胺的硝化 芳胺容易被硝酸氧化，需要将氨基保护起来。苯环上的多硝化 由于硝基是吸电子

27、基团，也是钝化基团，所 以在苯环上多硝化比较困难。用直接硝化法， 不论硝化剂和反应条件如何强烈，一个苯环 上最多只能引入三个硝基。,精细化工反应单元工艺 硝化,第四节 重氮化和偶合反应,重氮化和偶合反应是重要的有机合成反应，在精细化工中有很重要的地位。该类反应在染料合成中应用很广，是两个主要的工序，重氮化后，氨基化合物可直接或间接转变成几乎所有可能的官能团，例如：氨基可以变成卤素、氰基、羟基、肼基、氢原子、羧基等。 偶合反应可以合成酸性、冰染、直接、分散、活性、阳离子等类型的染料，还可合成各类黄色或红色偶氮型有机颜料。,精细化工反应单元工艺 重氮化和偶合反应,重氮化和重氮化合物,1.重氮化反应

28、及影响因素 芳香族伯胺和亚硝酸（或亚硝酸盐）作用生成重氮盐的反应称为重氮化。重氮化反应要在强酸中进行，实际上是亚硝酸作用于铵离子。 重氮化是放热反应，重氮盐对热不稳定，因此要在冷却的情况下进行，一般都用冰盐浴冷却，并调节亚硝酸钠的加入速率，维持反应温度在0 重氮化反应的亚硝化学说：重氮化反应是由亚硝酸产生的亲电质点对游离芳伯胺基进行亲电取代反应。,精细化工反应单元工艺 重氮化和偶合反应,重氮化反应的主要影响因素 (1) 酸的影响 主要考虑酸的种类、用量及浓度 由反应式可以看出酸的理论用量为2mol，在反应中无机酸的作用是：首先是使芳胺溶解，其次可和亚硝酸钠生成亚硝酸，最后是生成稳定的重氮盐。

29、反应时若酸量不足，生成的重氮盐容易和未反应的芳胺偶合，生成重氮氨基化合物。这是一种自偶合反应，是不可逆的。一旦重氮氨基化合物生成，即使再补加酸液，也无法使重氮氨基化合物转变为重氮盐，从而使重氮盐的质量变差，产率降低。在酸量不足的情况下，重氮盐还易分解，温度愈高，分解愈快。,精细化工反应单元工艺 重氮化和偶合反应,(2) 不同的反应物及浓度的影响 苯胺、萘胺以及芳环上含有给电子基团的芳胺，重氮化可以在稀的无机酸的溶液中反应，在0附近，加入等物质的量的亚硝酸钠和34 mol的无机酸即可。 如果芳胺环上有吸电子基团，它们的碱性较弱，它们的盐，特别是硫酸盐，在水中的溶解性小。在重氮化时可以把它们和稀酸

30、一起加热使之溶解，随即迅速搅拌冷却到0，这样可得到铵盐的细结晶，便于进行重氮化。 对于碱性很弱的芳胺，重氮化反应必须在强酸中进行。,精细化工反应单元工艺 重氮化和偶合反应,(3) 芳胺的碱性在重氮化反应中，芳胺存在以下两种碱性平衡：当酸度一定时碱性较强的芳胺，一方面较易生成Ar-NH-N=O，对重氮化有利；另一方面由于ArNH3+ 较稳定，较难解离出ArNH2，游离胺浓度低，不利于重氮化。 (4) 温度由于重氮化反应是放热反应，而重氮盐的热稳定性很差，重氮化反应大多在低温下进行，重氮化反应的温度主要决定于芳胺的碱性和重氮盐的稳定性。,精细化工反应单元工艺 重氮化和偶合反应,2、重氮化反应的分析

31、 由于重氮化反应必须有少量亚硝酸的存在，检验亚硝酸的方法是碘化钾淀粉法：在无机酸存在下，亚硝酸和碘化钾反应，析出的碘使淀粉变蓝。 3、重氮化合物性质 水溶性和电离性重氮盐多半溶于水，只有少数杂酸盐和复盐不溶 稳定性重氮盐的稳定性与芳环中取代基有关，未取代的或有烷基取代的重氮盐很不稳定，遇热或摩擦、冲撞，都能引起爆炸，只可用它们的水溶液在0左右进行合成。具有吸电子基团的重氮盐，虽然它们较难于形成，但是稳定性却较好，重氮化时温度可较高，使用时也可在室温进行。,精细化工反应单元工艺 重氮化和偶合反应,化学活泼性,重氮盐的化学性质很活泼，可与多种试剂反应，最主要的是发生亲核取代反应。,1、桑德迈尔反应

32、,精细化工反应单元工艺 重氮化和偶合反应,2、水解反应,精细化工反应单元工艺 重氮化和偶合反应,3、席曼反应,重氮盐和氟硼酸反应，再加热引入氟原子。例如：喹喏酮类抗菌药氧氟沙星和洛美沙9的中间体2,3,4-三氟硝基苯的合成,精细化工反应单元工艺 重氮化和偶合反应,4、还原反应(脱氨基，还原为肼),改进脑血管功能的药物丁咯地尔的中间体三溴苯的合成,非甾体抗炎药依托度酸的中间体邻乙基苯肼盐酸盐的合成,此外，重氮盐还可以发生Gomberg-Bachmann反应，形成联苯或其衍生物；还可以与酚或芳胺进行偶合反应形成各种染料。,精细化工反应单元工艺 重氮化和偶合反应,偶合和偶氮化合物,偶合反应概述偶合反

33、应是指重氮盐与含活泼氢原子的化合物发生的以偶氮基取代氢原子的反应。AH + ArN2+ AN=NAr + H+这一反应是重氮正离子的亲电取代反应。 芳胺和酚的偶合反应芳胺和酚的对位（和邻位）电子云密度较大，易发生偶合反应，但一般仅进攻对位，这是因为重氮正离子受羟基或氨基的位阻影响，不易对邻位进攻。若邻位被其他基团占据，则视该基团的性质，或进入其邻位，或是芳偶氮基取代该基团(SO3H,COOH),生成对羟基偶氮化合物。,精细化工反应单元工艺 重氮化和偶合反应,以上反应是偶氮染料化学的基本反应，酚和重氮盐的偶合，必须在弱碱性溶液中进行。在强酸性的溶液中，偶合反应一般不发生。,精细化工反应单元工艺

34、重氮化和偶合反应,萘系化合物的偶合反应 -萘胺(酚)作偶合组分时，偶氮产物主要在4-位。若4-位被占据，则进入2-位。 -萘酚(胺)作偶合组分时，芳偶氮基进入-位。若-位被占据，一般不发生偶合或在个别情况下发生偶合时， -位原基团脱掉。 -萘酚(胺)磺酸作偶合组分时，芳偶氮基进入的位置和磺酸基所在的位置有关。 氨基萘酚磺酸在酸性或碱性介质中偶合时，芳偶氮基分别进入氨基和羟基的邻位。可见，芳偶氮基进入的为止决定于介质的pH值。,精细化工反应单元工艺 重氮化和偶合反应,偶合反应的影响因素 由于重氮盐一般都在水中制备，因此偶合反应一般也在水中进行。 在水中很难溶解的脂肪族化合物可以加一些乙醇、吡啶或

35、是醋酸。如果重氮盐很活泼，像二硝基苯重氮盐之类，偶合反应也可在冰醋酸中进行。 偶合反应在碱性介质中进行较适宜，最佳反应条件是以醋酸钠缓冲溶液的弱碱性介质。,精细化工反应单元工艺 重氮化和偶合反应,芳环上的取代基由于偶合反应是亲电取代反应，因此重氮盐芳核上的吸电子取代基对偶合反应起活化作用，反之芳环上有给电子取代基时则使偶合活性降低。当偶合组分芳环上有供电子取代基时(如存在-OH,-NH2,-OCH3等)增加芳环上电子云密度，使偶合反应更易进行。 当因空间位阻使偶合反应不易进行时，加入催化剂吡啶，常有加速反应的效果。,偶合反应的分析控制(P583) 偶合反应的控制主要是通过测定重氮盐和偶合组分来

36、实现，一般要求在反应终点重氮盐消失，偶合组分只有微量。,精细化工反应单元工艺 重氮化和偶合反应,偶氮化合物 偶氮化合物都有颜色，其中有不少可用做染料，这类染料被定名为偶氮染料。 偶氮染料的另一个重要用途是用作酸碱指示剂和鉴别金属元素的试剂。例如酸碱指示剂属偶氮染料的有甲基橙、亮黄、茜素黄GG、刚果红等；用于检测金属的有酸性铬深蓝，它用于检验钙、镁和锌。例如：甲基橙,精细化工反应单元工艺 重氮化和偶合反应,重氮盐和偶合反应的工业实例 永固黄2G的制备,永固黄主要用于高级透明油墨、玻璃纤维和塑料制品的着色P585生产工艺,双重氮化,偶合,精细化工反应单元工艺 重氮化和偶合反应,第五节 酯化反应,7

37、.5.1 概述酯化反应：通常指醇或酚与含氧的酸类(包括有机酸和无机酸)作用生成酯和水的过程，也就是在醇或酚的羟基的氧原子上引入酰基的过程，也称为氧酰化反应。,精细化工反应单元工艺 酯化反应,几种主要的酯化反应,酸和醇或酚直接酯化法 直接酯化法的影响因素 酸的结构脂肪族羧酸中烃基对酯基的影响，除了电子效应会影响羰基碳的亲电能力，空间位阻对反应速率也有很大的影响。芳香族羧酸，一般比脂肪族羧酸酯化要困难得多，空间位阻的影响同样比电子效应大得多，而且更加明显，以苯甲酸为例，当邻位有取代基时，酯化反应速率减慢；如两个邻位都有取代基时。则更难酯化，但形成的酯特别不易皂化。,精细化工反应单元工艺 酯化反应,

38、醇或酚结构醇对酯化反应的影响也主要受空间位阻的影响；伯醇的酯化反应速率最快，仲醇较慢，叔醇最慢。 催化剂催化剂对酯化反应是很重要的，强酸催化剂可以降低反应的活化能从而加速反应的进行。强酸性催化剂的应用以浓硫酸、干燥氯化氢、对甲苯磺酸为最多。除此之外，还有磺酸型阳离子交换树脂、二环己基碳二亚胺(DCC)、四氯铝醚络合物等。强酸性阳离子交换树脂具有酸性强、易分离、副反应少的优点，同时也可再生后用，是新型的高效催化剂。,精细化工反应单元工艺 酯化反应,平衡转化率酯化反应要把缩合反应所形成的水不断除去，以提高酯的产率。除去水的方法，有物理方法和化学方法。物理方法可用恒沸蒸馏法；化学除水方法，可以用无水

39、盐类，如硫酸铜，它能同水化合成水合晶体。,精细化工反应单元工艺 酯化反应,酸的衍生物与醇的酯化 酸酐与醇或酚的反应ROH + (R”CO)2O R”COOR + R”COOH酸酐为较强的酰化剂，适用于直接酯化法难以反应的酚羟基或空间位阻较大的羟基化合物，反应生成的羟酸不会使酯发生水解，所以这种酯化反应可以进行完全。醇和酸酐酯化反应的难易程度和醇的结构有关，伯醇仲醇叔醇。,精细化工反应单元工艺 酯化反应,酰氯与醇或酚的反应ROH + R”COCl R”COOR + HCl这是一个不可逆反应，酰氯的酯化极易进行，其酰化能力大于酸酐，反应生成的氯化氢较易除去。脂肪族酰氯活性较高，对水敏感，特别是低级

40、脂肪酰氯，遇水极易分解，如需用溶剂，可用非水溶剂，如苯、二氯甲烷等。由于酰氯化反应生成腐蚀性的HCl和SO2，为此采用如下方法改进：,酰氯化DMF(二甲基甲酰胺)改进法酰氯化吡啶改进法,精细化工反应单元工艺 酯化反应,酯交换反应 酯交换反应包括醇解、酸解、酯交换三种，这三类都是可逆反应，其中酯交换反应并不常用，而醇解是应用最多的。一般是把酯分子中的伯醇基由另一高沸点的伯醇基所替代，甚至可以由仲醇基所替代，其中伯醇最易反应，仲醇次之。 在硫酸或氯化氢的作用下，腈与醇也可发生醇解。,精细化工反应单元工艺 酯化反应,其他 乙烯酮是由乙酸在高温下热裂脱水而成，由于其活性极高，与醇类反应可顺利制得乙酸酯

41、。 乙烯酮的二聚体，即双乙烯酮，也有很高的反应活性，在酸或碱的催化下，双乙烯酮与醇能反应生成-酮酸酯。,精细化工反应单元工艺 酯化反应,第六节 胺化反应,制备胺类的化学反应称为胺化(amination)，通过胺化反应，在有机化合物中引入氨基是很重要的，有机化合物中的氨基通过重氮化可引入其他许多基团。 制备胺类的方法主要有还原胺化及氨解胺化两种方法。,精细化工反应单元工艺 胺化反应,一、还原胺化,1、CN化合物的胺化还原法1）硝基和亚硝基化合物还原法硝基和亚硝基化合物的还原较易进行，主要有化学还原法和催化氢还原法。 化学还原法根据催化剂的不同，又分为铁屑还原、含硫化合物的还原、碱性介质中的锌粉还

42、原等。铁粉还原法适用范围广，但产生大量含胺废水4ArNO2 + 9Fe + 4H2O 4ArNH2 + 3Fe3O4,精细化工反应单元工艺 胺化反应,含硫化合物的还原主要包括硫化碱类，如硫化钠、硫氢化铵、多硫化铵，这类反应称为齐宁反应(Zinin)。另一类应用比较多的含硫化合物的还原是亚硫酸盐和连二硫酸钠的还原，亚硫酸盐(包括亚硫酸氢盐)能将硝基、亚硝基、羟胺基、偶氮基等还原成氨基，将重氮盐还原成肼。催化加氢法加氢的催化剂主要有骨架镍、铜硅载体型的催化剂及贵金属附着在碳上的催化剂(如钯/碳),骨架镍又称雷尼镍，由铝镍合金制成。,精细化工反应单元工艺 胺化反应,精细化工反应单元工艺 胺化反应,2

43、）肟及亚甲胺的还原 醛、酮与羟胺反应成肟，与胺反应生成亚甲胺，肟与亚甲胺均可通过还原而得到胺。这是醛、酮基转变为相应胺基的简单而有效途径。还原硝基化合物为胺的还原剂，多数均能还原肟和亚甲胺。,催化氢化法亦是还原肟和亚甲胺成伯胺的有效方法，常用的催化剂有钯和镍： 金属铁亦可用于还原肟及亚甲胺，如咖啡中间体紫脲酸的还原：3）腈的还原 腈的还原主要使用催化氢化和金属氢化物还原法。 催化氢化法可在常温常压下用钯或铂为催化剂，或在加压下用活性镍作催化剂，,通常在得到主要还原产物伯胺时，还生成较多仲胺。采用钯或镍做催化剂，在酸性溶剂中还原，使产物成为铵盐从而阻止伯胺与反应中间物亚胺发生加成副反应。或用镍为

44、催化剂，在溶剂中加入过量的氨，使副反应减少。,精细化工反应单元工艺 胺化反应,4）酰胺的还原 酰胺的还原可供选择的催化剂较少，不易用活泼金属还原，催化氢化法需在高温高压下进行，因此，金属氢化物是还原酰胺为胺的主要还原剂 。5）偶氮化合物的还原 偶氮化合物是通过氮-氮键的还原氢解反应制备伯胺的，催化氢化法，活泼金属和连二亚硫酸钠是最常用的还原方法。硼烷可在温和条件下还原偶氮化合物而不影响分子中的硝基，金属氢化物通常不能还原偶氮化合物。,精细化工反应单元工艺 胺化反应,2、羰基化合物的还原胺化法在还原剂的存在下，羰基化合物与氨、伯胺或仲胺发生还原胺化反应，常用的还原剂有催化氢化、活泼金属与酸、金属

45、氢化物、甲酸及其衍生物。当用甲酸类做还原剂，反应称Leuckart反应。1).氢化还原胺化法 在催化剂的作用下，羰基化合物与胺发生氢化胺化反应，生成伯胺、仲胺和叔胺，也称催化氢胺化反应，是低级脂肪胺的重要工业制法之一，原料包括醛、酮、醇。,精细化工反应单元工艺 胺化反应,2).Lenckart 反应 在甲酸及其衍生物存在下，羰基化合物与氨、胺的还原胺化反应具有较好的选择性，一些易被还原的基团，如硝基、亚硝基、碳-碳双键等不受影响。,精细化工反应单元工艺 胺化反应,二、氨解胺化,氨解胺化利用胺化剂将已有的取代基置换成氨基(或芳胺基)的反应。 1）卤素的氨解卤素的氨解包括脂肪族卤素化合物的氨解和芳

46、香族卤素化合物的氨解,精细化工反应单元工艺 胺化反应,2）羟基化合物的氨解对于某些胺类，如果通过硝基的还原或其它方法来制备并不经济，而相应的羟基化合物却有充分的供应时，则羟基化合物的氨解过程就具有很大的意义。,醇类的氨解是目前制备低级胺类最常用的方法,精细化工反应单元工艺 胺化反应,苯酚气相催化氨解制苯胺是典型的、重要的氨解过程,精细化工反应单元工艺 胺化反应,3）羰基化合物的氨解 a）磺基的氨解 磺基被氨基的置换只限于蒽醌系列。将蒽醌磺酸或其盐在压力釜中与氨水共热至高温，则磺基被氨基取代。反应如下式所示：b）硝基的氨解 硝基的氨解这里主要是对硝基蒽醌经氨解为氨基蒽醌,精细化工反应单元工艺 胺

47、化反应,4）磺基及硝基的氨解及直接氨解按一般方法，要在芳环上引入氨基，通常先引入-Cl 、-NO2、-SO3H等吸电子取代基，以降低芳环的碱性，然后，再进行亲核置换成氨基。 最重要的直接氨解法是在碱性介质中以羟胺为胺化剂的直接氨解法。氨基一般进入原有硝基的邻对位，反应常在醇溶液中加热进行,精细化工反应单元工艺 胺化反应,三、还原胺化反应的工业实例硝基化合物 的加氢还原硝基苯气相加氢制苯胺 硝基苯催化加氢还原制苯胺，分气相法和液相法。工业生产基本采用气相法。液相法制苯胺具有产率高、能耗低的优点,精细化工反应单元工艺 胺化反应,1）固定床加氢 气相固定床加氢制苯胺，有操作简便，不需进行催化剂分离回

48、收等优点,精细化工反应单元工艺 胺化反应,2）流化床加氢 流化床加氢工艺可避免固定床的局部过热及更换催化剂所引起的频繁停车，能保持长周期连续运转。,精细化工反应单元工艺 胺化反应,第七节 缩合反应,一.羰-羰缩合羰-羰缩合是两个羰基化合物，通过第一个化合物的羰基和第二个化合物羰基-位的氢原子缩合，失去一分子水，形成、 -不饱和羰基化合物。,精细化工反应单元工艺 缩合反应,1. 醛-醛缩合醛类在-位有两个氢原子的可以进行自缩合 2. 酮-酮缩合酮的羰基，由于位阻关系，缩合不如醛基方便，因此酮-酮缩合较醛-醛缩合困难，要用较活泼的催化剂或较强烈的反应条件,精细化工反应单元工艺 缩合反应,3.醛-酮缩合 醛和酮的缩合反应在羰-羰缩合中，研究和应用的最多有时催化剂的性质也能改变缩合的方向,精细化工反应单元工艺 缩合反应,一.羰-酯缩合羰-酯缩合即醛或酮与酯的缩合，可以分为两类：一是醛或酮与带有活性基团的酯进行脱水反应，这类反应，常称为瑙埃凡乃哥缩合（Knoeveagel condensation）。另一是酯的烷氧基与醛或酮-位的氢原子，进行脱醇反应，这类反应，常称为克来森缩合（Claisen condensation）。,