精细有机合成单元反应_03磺化反应

合集下载
  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
SO3 H2O H2SO4
80 X
18
98 Y
ω(H2SO4) = 100-x+y=100-x+(98/80)x=100+(18/80)x 例如:20%发烟硫酸换算为ω(H2SO4) ,酸中含为80g H2SO4 20g三氧化硫折算为H2SO4:(98/80)×20g,
100g酸中含有H2SO4量为80+98/80×20g
H2NCH2CH2OH + H2SO4 H2NCH2CH2OSO3H + Na2SO3 H2NCH2CH2OSO3H + H2O H2NCH2CH2SO3H + Na2SO4
R R H 光或引发剂 R
R R R H
R
+
H
+ SO2
R SO2 + O2 + R H
SO2
SO2O2 SO2O2H + R + OH
链增长:
R
SO2O2 R R
SO2O2H + R
SO2O R
SO2O
SO3H + R
R H + OH
R + H2O
副反应:
R
SO2O2H
+ H2O + SO2
R
SO3H + H2SO4
OH
OH
溴化
HO 3S
Br
水解 H+
Br
SO3H
O 2N
δ
+
Cl + H2N
..
OCH 3
芳氨基化
O2N
NH
OCH 3
磺化
δ +
H+,水解
Cl + H2N
O2N
..
OCH 3
芳氨基化
O2N
NH SO3H
OCH 3
SO3H
磺化试剂
九八酸(98%) 九二酸(92~93%)
浓硫酸(浓H2SO4) 三氧化硫(SO3)
R CH2CHCH2 CH2 O R CH2CHCH O SO2 SO2
CH2SO3H
OHSO3Na
返回
3.3 高碳脂肪酸甲酯用三氧化硫的取代磺化
3.3.1 反应历程和动力学
从反应结果看,磺化反应是亲电取代反应,但实际上这个反应历程 相当复杂,其主要反应可简单表示如下:
O R CH2 C OCH3 (1) +SO3 ,k1 亲电加成 OSO3 R CH2 C OCH3 (2) k2 氢转移 OSO3H R CH C OCH3 (3) +SO3 亲电加成 OSO3H R CH SO3 (4) C OCH3
酸性染料对蛋白质纤维上染
C12H25
SO3Na
H2O
C12H25
SO3
-
胶束
阴离子表面活性剂
• 可将-SO3H转化为其它基团,如-OH,-NH2,
-CN,-Cl等。
SO3H
碱性水解 OH
Cl O Cl
Cl
O
Cl
• 利用-SO3H的可水解性,辅助定位或提高反应
活性。
OH
OH
HO 3S 磺化 SO3H
20~25% 60~65%
发烟硫酸(SO3•H2SO4) 氯磺酸(ClSO3H) 其它:氨基磺酸(NH2SO3H)、亚硫酸盐(Na2SO3)
磺化方法
过量硫酸磺化法(液相磺化法,H2SO4) 共沸去水磺化法(气相磺化法, H2SO4) 亲电取代 三氧化硫磺化(SO3) 氯磺酸磺化(ClSO3H) 芳香族 芳伯胺烘焙磺化法 化合物
而焦化,本身易聚合。 3. 三氧化硫磺化的方式: ① 气体三氧化硫的磺化 ② 液体三氧化硫磺化 ③ 三氧化硫溶剂法磺化
返回
(6) 亚硫酸盐磺化法 用亚硫酸盐的磺化是一种亲核置换的磺化法,用于将芳环上的卤素或
硝基置换成磺基。
例如,2,4-二硝基苯磺酸钠的制备
Cl NO2 2 2NaHSO3 MgOH 60~65℃ 2 SO3Na NO2 MgCl2 NO2 H2O
返回
(1) 过量硫酸磺化法及硫酸化法 π值的含义及换算 (1) 当硫酸浓度降低至反应停止时,剩余的硫酸叫做废酸。习惯上
把这种废酸以三氧化硫的重量百分数来表示,称之为“π”值。
易磺化,π值要求低;难磺化,π值要求高。 (2) π值计算单磺化取代的 磺化剂用量=消耗量+废酸含量 α表示原料中SO3的重量百分数,以1mol磺化产物为基准, X×α% = 80 + (X-80) ×π%,
SO3H 65%发烟硫酸 SO3H 60~85℃
100%H2SO4 145℃
SO3H
HO3S SO3H HO3S SO3H SO3H HO3S HO3S SO3H 异构化 HO3S SO3H 65%发烟硫酸 155℃ HO3S SO3H
SO3H
SO3H
返回
SO
3
(1) 过量硫酸磺化法及硫酸化法
发烟硫酸的含义及换算 X%发烟硫酸的含义:100g酸中,Xg游离的SO3和(100-X)g H2SO4 浓度换算关系:ω(H2SO4)= 100 +0.225ω(SO3) ω(SO3)= 4.44(ω(H2SO4)-100) 解析:发烟硫酸ω(SO3)换算为ω(H2SO4 )
+
NH2
NH2 CH3
NH2 SO3H
H2SO4
H H
O OH H+ H
SO3H
H N H SO3H NH2
SO3H NH2 SO3H Cl
Cl NH2
N+ S O
百度文库
NH2
2 H+
H
SO3H
CH3
SO3H
SO3H
邻氨基苯甲醚、5-氨基水杨酸、2,5-二氯苯胺等在高温下易焦化的
苯系芳胺不易采用烘培法,而要用过量硫酸或发烟硫酸磺化法。 在低温磺化时磺基将进入甲氧基的邻对位而不是氨基的邻对位。
NO2
蒽醌-1-磺酸的制备
O NO2 Na2SO3 O 100~102℃ O SO3Na NaNO2 O
苯系多硝基物的精制
NO2 NO2 Na2SO3 NO2 SO3Na NaNO2
返回
3.2 α-烯烃用三氧化硫的取代磺化
3.2.1 反应历程
从α-烯烃与SO3的主要反应产物看,是磺基取代了烯烃碳原子上的氢,
1,2-磺酸内酯
1,3-磺酸内酯 R CH CHCH2CH2 SO3H 脱质子 (老化) 环合 开环 R CHCH2CH2 O CH2 SO2 1,4-磺酸内酯
返回
3.2 α-烯烃用三氧化硫的取代磺化
3.2.2 磺化和老化和主要反应条件
由α-烯烃与SO3反应生成1,2-磺酸内酯是强烈放热的快速可逆反 应,可在瞬间完成,故要用低浓度的SO3。由1,2-磺酸内酯转变为烯 烃磺酸或1,3-磺酸内酯等产物的反应都是慢速反应,亦称为老化反 应。磺化液在30℃经3~5min老化,1,2-磺酸内酯就完全消失。老化 时间长会生成较多难水解的1,4-磺酸内酯。
返回
3.4 链烷烃用二氧化硫的磺氧化和磺氯化
3.4.2 链烷烃的磺氯化
链烷烃的磺氯化是以二氧化硫和氯气为反应剂的自由基链反应,生成
的产物是磺酰氯,其反应历程可简单表示如下:
引发:
Cl2 Cl + R 光 H R 2Cl R + HCl SO2
R + SO2
链增长:
R
SO2
+ Cl2
R
SO2Cl + Cl
向有机化合物分子引入磺酸基(-SO3H) 的反应叫做磺化。
+
H2SO4
磺化
SO3H
+
H2O
磺化目的
• 赋予有机物酸性、水溶性、表面活性及对
纤维的亲和力等。
N N N N N Cu N N N (SO3H)2-4
磺化铜酞菁
HOOC-Wool-NH2
H+
HOOC-Wool-NH3+
Dye-SO3-
HOOC-W ool-NH 3+. -O3S-Dye
(3) 先在芳环上引入磺基,完成特定反应后,再将磺基水解掉。
2. 芳环上取代磺化的主要方法: (1) 过量硫酸磺化法及硫酸化法 (2) 共沸去水磺化法 (3) 芳伯胺的烘焙磺化法 (4) 氯磺酸磺化法 (5) 三氧化硫磺化法
(6) 亚硫酸盐磺化法
返回
(1) 过量硫酸磺化法及硫酸化法 以萘为原料,用过量硫酸磺化可得不同的磺化产物。根据产物的性 质来判断反应终点:试样能完全溶于碳酸钠溶液、清水或食盐水中
置换磺化(亚硫酸盐法) 氧磺化(SO2+O2) 游离基反应 氯磺化(SO +Cl ) 2 2 加成磺化(NaHSO3) 置换磺化
脂肪族 化合物
3.1 芳环上的取代磺化
1. 在芳环上引入磺基的主要目的:
(1) 使产品具有水溶性、酸性、表面活性或对纤维素具有亲和力; (2) 将磺基转化为-OH、-NH2、-CN、-Cl等取代基;
第三章
磺化和硫酸化
3.1 芳环上的取代磺化 3.2 α-烯烃用三氧化硫的取代磺化
3.3 高碳脂肪酸甲酯用三氧化硫的取代磺化
3.4 链烷烃用二氧化硫的磺氧化和磺氯化 3.5 烯烃与亚硫酸盐的加成磺化
3.6 亚硫酸盐的置换磺化
3.7 烯烃的硫酸化 3.8 脂肪醇的硫酸化 3.9 聚氧乙烯醚的硫酸化
返回
定义
它与亚硫酸盐的反应属亲核加成反应。
返回
3.6 硫酸盐的置换磺化 (亲核置换反应)
3.6.1 牛磺酸的制备 牛磺酸的化学名称是2-氨基乙基磺酸,它的重要的合成路线如下: ① 1,2-二氯乙烷先用Na2SO3磺化得2-氯乙磺酸钠,再氨解。 ② 环氧乙烷先与NaHSO3加成得2-羟基乙基磺酸钠,再氨解。 ③ 环氧乙烷先用浓氨水胺化得乙醇胺,后者用氯化氢(或溴化氢) 氯化(或溴化)得2-氯(溴)乙基胺,最后再用亚硫酸氢钠置换磺化。 ④ 乙醇胺先用浓硫酸酯化得2-氨基乙基酸性硫酸酯,后者再用亚 硫酸钠将磺氧基置换成磺基,反应式如下:
k3 O R CH SO3H (6) C OCH3 -SO2 ,k5 老化 R CH SO3H (5)
OSO3 C OCH3
k4 氢转移
3.3.2 磺化和老化的主要反应条件(略)
返回
3.4 链烷烃用二氧化硫的磺氧化和磺氯化
3.4.1 链烷烃的磺氧化
高碳链烷烃(C14~C18)的磺氧化是以二氧化硫和空气为反应剂的 自由基链反应,其反应历程可表示如下: 引发:
3.2.3 老化液的中和与水解
R CH2CH CHCH2 SO2 O R CH2CH2 CHCH2 SO3H NaOH 2 NaOH R CH2CH SO3Na CCH2 + R CH2CH2CHCH2SO3Na OH R CH2CHCH2 CH2 OH 2 NaOH R CH2CHCH SO3Na CH2SO3Na
ArH ArSO2OH ClSO3H ClSO3H ArSO3H ArSO2Cl HCl H2SO4
返回
(5) 三氧化硫磺化法 由于SO3非常活泼→注意温度控制和加料顺序 1. 优点:不生成水,用量可接近理论量,反应迅速,三废少,经济合 理。
2. 缺点:熔沸点接近,液相区窄,瞬时放热大,易引起物料局部过热
即它是取代反应,但是从反应历程看,则是亲电加成-氢转移反应, 其反应历程可简单表示如下:
R CH2CH2CH R CH2CH2CH CH2 + SO3 CH SO3H 脱质子 (老化) 亲电加成 R CH2CH2CHCH2SO3 碳正离子中间体(1) 氢转移 R CH2CH CHCH2 SO3H 脱质子 环合 开环 R CH2CHCH2CH2SO3 (老化) 碳正离子中间体(2) 氢转移 R CHCH2CH2CH2SO3 碳正离子中间体(3) R CH2CHCH2 O CH2 SO2 环合 开环 R CH2CH2CH O CH2 SO2
X
80(100 ) a
1. 纯SO3,α=100,则X=80
2. 发烟硫酸,H2SO4浓度越高,则α越小,X要求的越大
3. α=π,X趋于无穷
返回
(3) 芳伯胺的烘焙磺化法 适用于芳香族伯胺的磺化,磺基主要进入氨基的对位,当对位 被占据时才进入邻位。此法可降低硫酸的用量。
O NH2 NH3 · HSO4- -H2O NH S O OH H
氯磺化反应是在300~ 400nm紫外光照射下,在30~ 65℃进行的。为 了抑制烷烃的氯化副反应,SO2/Cl2的摩尔比为1.05~1.10︰1。磺氯 化产物中伯烷基磺酰氯含量较多,但二磺酰氯含量也高,为了抑制二 磺氯化副反应,必须控制链烷烃的转化率。
返回
3.5 烯烃与亚硫酸盐的加成磺化链烷烃
烯烃和炔烃与亚硫酸盐的加成磺化一般是通过自由基链反应而 完成的,其反应历程可简单表示如下:
返回
(4) 氯磺酸磺化法 由于氯原子的电负性较大,硫原子带有较大部分的正电荷,所以氯磺 酸的磺化能力很强,磺化能力很强,仅次于三氧化硫;氯磺酸遇水分 解成硫酸和氯化氢。 氯磺酸磺化时,根据氯磺酸用量的不同可制得芳磺酸或芳磺酰氯。等 分子比或稍过量的氯磺酸磺化,得到芳磺酸;过量很多的氯磺酸磺化, 得到芳磺酰氯。
引发:
HSO3 R CH 引发剂 H + SO3 R CH CH2SO3
CH2 + SO3
链增长:
R CH CH2SO3 + HSO3 R CH2 CH2SO3 + SO3
最常用的烯烃是高碳α-烯烃(C10~C20),加成产物是高碳伯烷 基磺酸钠,它也是一类阴离子表面活性剂,性能良好,但α-烯 烃供应量少,价格贵,产品成本高。 当烯烃的共轭碳原子上连有羰基、硝基、氰基等强吸电子基时,
相关文档
最新文档