精细有机合成

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1、 精细有机合成 课程讲稿授课题目（教学章、节或主题）： 第十一章 水解授课方式 （请打）理论课 讨论课 实验课 习题课 其他课时 安排4教学要求（分掌握、熟悉、了解三个层次）：掌握脂链上卤基的水解反应和芳环上卤基的水解反应。掌握芳环上磺酸基及其盐类、硝基、氨基 的水解反应；了解酯类的水解反应。教学重点、难点及关键知识点： 教学重点教学重点：卤基水解反应条件及应用。芳磺酸及其盐类水解反应条件及应用。 教学难点教学难点：芳磺酸及其盐类水解反应条件。 关键知识点：关键知识点：碱熔法进行水解。方法及手段教学基本内容（教学过程）改进设想水解指的是有机化合物 XY 与水的复分解反应。水中的一个氢进入一个产

2、物， 氢氧基则进入另一个产物。水解的通式可以简单表示如下：水解的方法很多，包括卤素化合物的水解、芳磺酸及其盐类的水解、芳环上硝基的水 解、芳伯胺的水解、酯类的水解及碳水化合物的水解等。在精细有机合成中应用最广 的是卤素化合物的水解和芳磺酸及其盐类的水解。11.1 脂链上卤基的水解脂链上卤基的水解脂链上的卤基比较活泼，它与氢氧化钠在较温和的条件下相作用即可生成相应的 醇。除了氢氧化钠外，也可使用廉价的温和碱性剂，例如，碳酸钠和氢氧化钙(石灰 乳)等。 脂链上的卤基水解反应历程属于亲核取代反应。 工业生产中，脂链上的卤基水解主要采用氯基水解法，只有在个别情况下才采用 溴基水解法，因为，氯素化合物价

3、廉易得，但溴基的水解比氯基活泼。 脂链上的卤基水解主要用于制备环氧类及醇类化合物。烯烃的氯化水解制备环氧 化合物的方法，大多数已被烯烃直接氧化法所取代，许多脂肪醇的生产已改用其他更 经济的合成路线。11.1.1 丙烯的氯化、水解制环氧丙烷环氧丙烷的工业合成法主要有以丙烯为原料的氯醇法、间接氧化法、电化学氯醇 法和直接氧化法等四种工艺路线。后两者尚未工业化。其中氯醇法占 48左右。 丙烯的氯醇法是目前国外主要采用的方法，它是以丙烯为原料，经次氯酸加成氯化制得氯丙醇，再经碱皂化而得，其反应方程式可简单表示如下：1975 年，环氧乙烷的生产已可用乙烯的空气直接氧化法。丙烯的空气直接氧化 法还不成熟，

4、因甲基也会被氧化。环氧丙烷的另一个工业生产方法是丙烯的间接氧化 法，国外已实现了工业化生产。 电化氯醇法是利用氯化钠(或氯化钾、溴化钠、碘化钠的水溶液，经电解生成氯 气和氢氧化钠的原理。在阳极区通入丙烯，生成氯丙醇；在阴极区氯丙醇与氢氧化钠 作用生成环氧丙烷。该法的优点是避免了氯醇法中氯化钙的处理难度，缺点是耗电量 高。11.1.2 丙烯的氯化、水解制 1，2，3-丙三醇(甘油)甘油最初主要来自油脂的皂化水解制肥皂。随着合成洗涤剂的出现，肥皂的生产 日益减少，而甘油的需求量却日益增加。目前，合成甘油已占世界甘油总产量的一半 以上。在合成法中丙烯的氯化水解法约占 80，是生产甘油的主要方法。从丙

5、烯制 甘油包括四步反应：丙烯的高温取代氯化生成烯丙基氯；烯丙基氯与次氯酸加成 氯化生成二氯丙醇；二氯丙醇的石灰乳水解脱氯化氢环合生成环氧氯丙烷；环氧 氯丙烷水解生成甘油。11.1.3 苯氯甲烷衍生物的水解苯环侧链甲基上的氯也相当活泼，其水解反应可在弱碱性缚酸剂或酸性催化剂的 存在下进行。通过这类水解反应可以制得一系列产品。 一、苯一氯甲烷(一氯苄)水解制苯甲醇 苯甲醇的工业生产方法主要是氯苄的碱性水解法，分为间歇法和连续法。 间歇法是将一氯苄与碳酸钠水溶液充分混合并在 8090反应，水解产物经油 水分离后得粗苯甲醇，再经减压分馏得到苯甲醇，收率约为 70一 72，主要副产 物是二苄醚。主反应副

6、反应连续法是将氯化苄与碱的水溶液在高温 180及加压 16.8MPa 下充分混合后 通过反应区，反应只需要几分钟。采用塔式反应器，用质量分数 10的碳酸钠水溶 液在 145及 1.8MPa 下水解反应可得到纯度为 98的苯甲醇，收率 98。 二、苯二氯甲烷(二氯苄)水解制苯甲醛 二氯苄比一氯苄容易水解，一般都采用酸性-碱性联合水解法。 酸性水解碱性水解11.2 芳环上卤基的水解芳环上卤基的水解11.2.1 氯苯水解制苯酚氯苯分子中的氯很不活泼，它的水解需要极强的反应条件，在工业上曾经用氯苯 水解法制苯酚。水解方法有两种：碱性水解；气相接触催化水解。现在，氯苯的 水解制苯酚已经被异丙苯的氧化酸解

7、法所代替。11.2.2 硝基卤代苯的水解卤素的碱性水解是亲核取代反应，当苯环上氯基的邻位或对位有硝基时，由于硝 基的吸电效应，使苯环上与氯相连的碳原子上电子云密度显著降低，使氯基的水解较 易进行。因此，只需要用稍过量的氢氧化钠水溶液，在较温和的反应条件下即可进行 水解。氯基水解是制备邻、对硝基酚类的重要方法，还可以制得的硝基酚类有 4-氯-邻硝基苯酚、4-羟基-3-硝基苯磺酸等，将这些硝基酚类还原可制得相应氨基酚类，它们 都是重要的精细化工中间体。11.2.3 多氯苯的水解多氯苯分子中的氯比硝基氯苯分子中的氯较难水解，一般要求较高的温度，并需 要铜催化剂。多氯苯中的氯比二氯苯中的氯活泼一些。例

8、如将六氯苯在 160170gL 的 NaOH 溶液中，在 230240，2.5MPa 下水解可得五氯苯酚。 1，2，4，5-四氯苯与 NaOH 的甲醇溶液在 130150、0.5.1.4MPa 反应可得到 2，4，5-三氯苯酚11.2.4 蒽醌环上卤基的水解蒽醌环上 -位的氯基，特别是溴基比较活泼。例如，1-氨基-2，4-二溴蒽醌在浓 硫酸中、在硼酸存在下，在 120进行酸性水解，可制得 1-氨基-2-溴-4-羟基蒽醌，是 分散染料中间体。在这里，用浓硫酸水解法的原因，一方面是为了使反应物溶解，另一方面是因为 碱性水解法会引起副反应。 用类似的反应条件还可以从 1-氨基-2，4-二氯蒽醌的水解

9、制备 1-氨基-2-氯-4-羟基 蒽醌。11.3 芳磺酸及其盐类的水解芳磺酸及其盐类的水解脂链的磺基非常稳定，不易水解，但芳环上的磺基比较容易水解，而且随着水解 介质的不同，所得产品也不同。芳磺酸的水解包括酸性水解和碱性水解。11.3.1 芳磺酸的酸性水解芳磺酸的酸性水解是指芳磺酸在稀硫酸介质中磺基被氢原子置换的反应。酸性水解是磺化反应的逆反应，是亲电取代反应历程。酸性水解可用来除去芳环上的 磺基。11.3.2 芳磺酸盐的碱性水解碱熔芳磺酸盐在高温下与苛性碱相作用，使磺酸基被羟基置换的水解反应叫碱熔。生成的酚钠盐用无机酸如 H2SO4酸化，即转变为游离酚。一、碱熔反应的影响因素 (1)芳磺酸的

10、结构 (2)碱熔剂 (3)无机盐(4)碱熔的温度与时间 (5)碱的用量 二、碱熔方法 碱熔的方法主要有用熔融碱的常压高温碱熔法、用碱溶液的中温碱熔法和用稀碱 的加压碱熔法。 (1)熔融碱的常压高温碱熔法 (2)碱溶液的中温碱熔法11.4 芳环上氨基的水解芳环上氨基的水解为了在芳环上引入羟基，也可以采用先硝化、还原在芳环上引入氨基，然后将氨 基转变为羟基的方法。但此法比磺化.碱熔法或氯化.水解法的合成路线长。因此其应 用受到限制。实际上，主要用于 1-萘酚及其某些衍生物和在某些特定位置上引入羟基 的情况。在工业上芳伯胺的水解有三种方法。11.4.1 氨基的酸性水解氨基的酸性水解一般是在稀硫酸中进

11、行的，若所要求的水解温度高，硫酸会引起 氧化副反应。可采用磷酸或盐酸代替硫酸。此法主要用于 1-萘胺及其衍生物的水解， 例如 1-萘胺水解为 1-萘酚。此法的优点是工业过程简单，收率高(为 88)，质量好，纯度 95。是目前国内 的工业生产方法。但缺点是要用搪铅高压釜，设备腐蚀严重，生产能力低，酸性废水 处理量大。 用酸性水解还可以从相应的 l-萘胺磺酸衍生物制备以下 1-萘酚磺酸衍生物。在酸性水解时，在 1-氨基的 8-位和 -位的磺基并不会被水解掉。但是 1-氨基的 4-位和 5-位的磺酸将同时被水解。因此由 1，4-和 1，5-萘胺磺酸的水解以制备 1，4- 和 1，5-萘酚磺酸时，不能

12、用酸性水解法，而必须用亚酸氢钠水解法。11.4.2 氨基的碱性水解在磺基碱熔时，如果提高碱熔温度，可以使萘环上 -位的磺基和 -位的氨基同时 被羟基所置换。此法只用于变色酸的制备。11.4.3 氨基用亚硫酸氢钠水解某些结构的芳胺，在亚硫酸氢钠水溶液中，常压沸腾回流(100104)，然后再 加碱处理，即可完成氨基被羟基置换的反应。此反应也称为“Bucherer反应。一般认 为它是萘酚转变为萘胺的逆反应。用于容易互变异构的亚胺式，并且容易和亚硫酸氢 钠形成加合物的芳胺的水解。但是在 1-位氨基的邻位、间位和迫位有磺基时，对 “Bucherer有阻碍作用，限制了此法的应用范围。11.511.5 其它

13、羟基化反应其它羟基化反应11.5.1 酯类的水解酯的水解是酯化反应的逆反应。工业上酯的水解反应主要用于生产肥皂以及脂肪 酸。从天然油脂水解后制得的各种脂肪酸具有直链偶数碳的特征，因此有一些独特的 性能。脂肪酸本身是表面活性剂的原料；用天然脂肪酸催化加氢后得到的天然脂肪醇 也是合成洗涤剂及表面活性剂的原料；此外，脂肪酸在合成润滑油、石油添加剂、制 取脂肪胺等方面也有广泛的用途。 天然油脂制取脂肪酸及盐的水解主要有三种方法：碱性水解、压热裂解和酶催化 水解。一、碱性水解皂化油脂的皂化是指油脂在氢氧化钠的作用下，被水解及中和成脂肪酸钠盐的过程。 它是生产肥皂的基础，所以习惯上称之为皂化。在精细有机合

14、成中，油脂的皂化被用 来生产一些特殊的脂肪酸盐，例如，在涂料工业中用此法生产不饱和脂肪酸盐。 油脂与碱液不能互溶。为了加速反应，必须进入乳化剂使之分散。肥皂本身就是 乳化剂，可在前一次反应结束后留少量生成皂在反应器内，或在油脂中先加入少量碱 液中和油脂中经常存在的游离脂肪酸使之产生肥皂。 工业生产上，采用质量分数 3236的苛性钠水溶液，在煮沸的情况下进行 皂化。皂化结束后用食盐水溶液洗涤生成的脂肪酸钠盐(油层)以回收其中的甘油，最 后静置 3638h，进行保温分层，废液中含质量分数 612甘油，送甘油回收工 段。上层的澄清皂层送去制皂基。在皂层与废碱液中有一层中间层，色泽很深，即为 皂脚，它

15、可以循环进入系统中再皂化，或分出制作低品位的肥皂。 皂化工艺不论在化学及设备工程方面都有许多改进。其中最重要的是在 0.2MPa 压力下，120的加压皂化法，它可使皂化时间大大缩短，实现连续化生产。二、压热裂解目前广泛使用的工业生产法是不用任何催化剂在 55.5MPa 压力下，250260 用水使油脂进行液相裂解，得到粗品脂肪酸及甘油和水。 该法有多种工艺，如塔式逆流裂解工艺为连续操作，主反应器是一根空管，反应 压力为 5.5MPa，温度 260。为避免油脂在高温下被油脂中的少量空气氧化，在进入 裂解塔前必须在真空下脱气。粗油脂从塔底送入，逆流至塔顶，而密度比油脂和脂肪 酸大的甘油水则由塔顶向

16、下流到塔底，单程裂解率可达 99以上。甘油水(含甘油质 量分数 1015)由裂解塔底的分离槽中连续流出，经闪蒸分离，减压至常压后送 到甘油回收工段以回收甘油。裂解生成的脂肪酸则从塔顶流出，经减压后送往蒸馏工 段。在闪蒸时放出的水蒸气冷凝后得到的水再回入系统中使用。由裂解塔出来的产品 脂肪酸与甘油水的温度均较高，可通过热交换器与原料油脂及水交换热量达到节能的 目的。三、酶催化水解酶催化水解脂肪酸是近代高技术发展中的生物工程。早在 20 世纪初，德国化学 家们已开发了这种工艺。当时采用的酶纯度较低，是由蓖麻籽中分离出的蓖麻油脂肪 酶。近年来，随着酶分离技术的改进，不少可用作催化剂的脂肪酶已经商品化。例如： 由皱褶假丝菌、无根白霉菌和黑曲霉菌中分离出来的脂肪酶均可达到高纯度和高活性， 因而促进了油脂酶催化水解的研究。 与常压皂化法、压热裂解法相比，酶水解法具有能耗低、设备简单、操作费用少、 条件温和等优点。此外，酶水解法得到的脂肪酸