精细化学品合成技术-第2章-常见精细有机合成反应
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• 路线短 • 总收率最高 • 易于工业化生产 • 成本低，经济效益高 • 原料易得
2.2 卤化 (Halogenation)
• 卤化反应的定义 • 卤化反应的目的 • 卤化试剂 • 卤化反应的类型
卤化反应定义
向有机化合物分子中碳原子上引入卤原 子的反应叫做卤化反应。
• 氟化（fluoration） • 氯化（chloration） • 溴化（bromation,bromination） • 碘化（iodation）
加成卤化：亲电加成：酸催化 游离基加成：光照，引发剂
置换卤化：亲核反应－置换卤化
1.芳环上的取代卤化反应
• 反应历程和催化剂 • 反应动力学及卤化深度 • 芳环取代卤化反应的影响因素 • 芳环取代卤化反应实例
反应历程
Cl
+ Cl2
+ HCl
+ Cl + 慢
H Cl
...+. ...
快
Cl
+ H+
邻对位卤化产物的比例。
苯的一氯化制氯苯 苯的二氯化制二氯苯 甲苯的氯化制对氯甲苯
FeCl3 Sb2S3,SbCl3, （三氯化锑） 复合催化剂
对氯甲苯氯化制2,4-二氯甲苯 苯酚氯化催化制邻氯苯酚
SbCl3、NaKL沸石 胺类碱性催化剂（收率93.5%）
对氯苯酚 2,4-二氯苯酚
AlCl3（二苯硫醚介质） Fe, ZMF-1
Biblioteka Baidu
以金属卤化物为催化剂：FeCl3,AlCl3,ZnCl2
Cl2 ＋ FeCl3
[Cl+ •FeCl4-]
Cl+＋FeCl4-
• 以硫酸为催化剂
H2SO4 • 以碘为催化剂 H+ ＋ Cl2
H+ ＋ HSO4Cl+ ＋ HCl
I2 ＋ Cl2 ICl I+ ＋ Cl2
2ICl I+ ＋ Cl-
Cl+ ＋ ICl
Cl HO
Cl
Br
Cl
CH3
HO
C
OH
CH3
Br
Cl
Br
CH3
C
OH
CH3 Br
Cl2 , 15 ℃ 1,2－ 二 氯 乙 烷 溶 剂
四氯化
CH3
HO
C
OH
CH3
（4）增加有机物分子的极性，通过卤素转化其他取代基
• －X(－Cl)
－NH2,－OH,－F,－OR,－OAr
亲核置换
OH
OH
Cl
δ+
OCH3
➢ 精细化学品：对基本化学品的初级或次级化学品深加工而制取的 具有特定功能、特定应用功能、合成工艺中步骤多、产量小、产 品附加值高等系列产品，例如医药、农药、食品添加剂等。
2、精细化工的特点
• 多品种，小批量 • 大量采用复配技术 • 投资小、附加价值高、利润大 • 技术密集度高、产品更新换代快
3、精细有机合成的单元反应
反应动力学及氯化深度
C6H6 ＋ Cl2 k1 C6H5Cl ＋ HCl C6H5Cl ＋ Cl2 k2 C6H4Cl2 ＋ HCl C6H4Cl2 ＋ Cl2 k3 C6H4Cl3 ＋ HCl
氯化深度
每摩尔纯苯所消耗的氯气的量（摩尔）叫 做氯化深度。
芳环取代氯化反应的影响因素
• 原料纯度 （1）水份：＜0.04％ （2）氢气含量：＜4％ （3）噻吩：使催化剂中毒；腐蚀设备 （4）循环使用的苯（苯氯比4:1）中氯苯的影响
• 混合作用 在连续反应时，由于反应器型式选择不当、传质不
均匀，使反应生成的产物未能及时离开，又返回反应区 域促进连串反应的进行，这种现象叫返混作用。
图 氯苯的生产工艺
• 反应介质
液态：无需溶剂 O2N 固态：水
HCl+NaClO
NH2 0~5℃,H2O
O2N
NH2 Cl
浓硫酸、发烟硫酸、氯磺酸等
主体结构 精细化学品
取代基
1) 精细化学品的主要取代基
• 卤素：-Cl、-Br、-I、-F • 含氮基团：-NO2、-NO、-NH2、-NHR、-NR1R2
-NHCO-、-NH2OH、-N2+X-、-N=N-、-NHNH2、 -CN • 含硫基团：-SO3H、-SO2Cl、-SO2NH2、-SO2NHR
OCH 3
NH3
NH2
卤化试剂
• 卤素单质：Cl2,Br2,I2 • 卤化氢＋氧化剂：
HCl+NaClO3(NaClO) HBr+NaBrO3(NaClO) • 卤化氢或盐：HF,NaF,SbF5,HCl,HBr,NaBr • 其它：SO2Cl2,COCl2,ICl
卤化反应类型
取代卤化：亲电取代：芳环 游离基取代：脂肪烃及芳环侧链
第二章 常见精细有机合成反应
§2.1 概述 §2.2 卤化 §2.3 磺化 §2.4 硝化 §2.5 酯化 §2.6 氧化 §2.7 加氢
§2.1 概述
1、精细化工和精细化学品
通用化学品
• 精细化工：即精细化学工业，是生产精细化学品的工业。
➢ 通用化学品（大宗化学品）：指应用范围广泛、生产中技术要求 高、生产批量大的化学品。如三酸、两碱、化肥、乙烯、苯及合 成树脂、合成橡胶、合成纤维等。
卤化反应的目的
• 赋予最终产品某些性能 (1)色光
NN N N Cu N NN N
NN
N
[
N Cu N
NN N
] Cl13～ 15
铜酞菁（酞菁蓝）
高氯代铜酞菁（酞菁绿）
（2）杀虫、杀菌性
H3C CH3
F
Cl
F3C C C
C OCH 2
O F
F CH 3
F
七氟菊酯
（3）引入一个或多个卤原子改进性能-阻燃性
• 以次卤酸为催化剂
Cl2 ＋ H2O
HOCl ＋ H+ ＋ Cl-
HOCl ＋ H+ 慢 H2+OCl
H2+OCl 快 Cl+ ＋ H2O
苯环上有吸电子取代基，反应较难进行，需要加入催化剂； 苯环上有供电子取代基，反应容易进行，可以不用催化剂。
催化剂的选择
催化剂的作用：卤化速率、卤原子进入芳环的位置、
• 含氧基团：-OH、-OR、-OAc、-COH、-COR、 -COOH、-COOR、-COCl、-CONH2
• 烷基、酰基
2) 精细有机合成的主要单元反应
• 卤化 • 磺化 • 硝化 • 酯化 • 加氢 • 氧化
• 氨解和胺化 • 水解 • 烃化 • 酰化 • 缩合 • 环合 • 聚合
合成工艺路线的选择依据
6-氯化液出口
O
Cl O Cl
有机溶剂
Cl2,I2,催 化 浓H2SO4,90～100℃
O
Cl O Cl
OH
Cl2,110℃
乙酸或氯苄介质
COOH
Cl OH
COOH
芳环取代氯化反应实例
• 氯苯的生产 （1）直接氯化法
Cl2 FeCl3
1-酸水排放口
2-苯及氯气入口
Cl
3-炉条
4-填料铁圈或废铁管
5-钢壳衬耐酸砖
2.2 卤化 (Halogenation)
• 卤化反应的定义 • 卤化反应的目的 • 卤化试剂 • 卤化反应的类型
卤化反应定义
向有机化合物分子中碳原子上引入卤原 子的反应叫做卤化反应。
• 氟化（fluoration） • 氯化（chloration） • 溴化（bromation,bromination） • 碘化（iodation）
加成卤化：亲电加成：酸催化 游离基加成：光照，引发剂
置换卤化：亲核反应－置换卤化
1.芳环上的取代卤化反应
• 反应历程和催化剂 • 反应动力学及卤化深度 • 芳环取代卤化反应的影响因素 • 芳环取代卤化反应实例
反应历程
Cl
+ Cl2
+ HCl
+ Cl + 慢
H Cl
...+. ...
快
Cl
+ H+
邻对位卤化产物的比例。
苯的一氯化制氯苯 苯的二氯化制二氯苯 甲苯的氯化制对氯甲苯
FeCl3 Sb2S3,SbCl3, （三氯化锑） 复合催化剂
对氯甲苯氯化制2,4-二氯甲苯 苯酚氯化催化制邻氯苯酚
SbCl3、NaKL沸石 胺类碱性催化剂（收率93.5%）
对氯苯酚 2,4-二氯苯酚
AlCl3（二苯硫醚介质） Fe, ZMF-1
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以金属卤化物为催化剂：FeCl3,AlCl3,ZnCl2
Cl2 ＋ FeCl3
[Cl+ •FeCl4-]
Cl+＋FeCl4-
• 以硫酸为催化剂
H2SO4 • 以碘为催化剂 H+ ＋ Cl2
H+ ＋ HSO4Cl+ ＋ HCl
I2 ＋ Cl2 ICl I+ ＋ Cl2
2ICl I+ ＋ Cl-
Cl+ ＋ ICl
Cl HO
Cl
Br
Cl
CH3
HO
C
OH
CH3
Br
Cl
Br
CH3
C
OH
CH3 Br
Cl2 , 15 ℃ 1,2－ 二 氯 乙 烷 溶 剂
四氯化
CH3
HO
C
OH
CH3
（4）增加有机物分子的极性，通过卤素转化其他取代基
• －X(－Cl)
－NH2,－OH,－F,－OR,－OAr
亲核置换
OH
OH
Cl
δ+
OCH3
➢ 精细化学品：对基本化学品的初级或次级化学品深加工而制取的 具有特定功能、特定应用功能、合成工艺中步骤多、产量小、产 品附加值高等系列产品，例如医药、农药、食品添加剂等。
2、精细化工的特点
• 多品种，小批量 • 大量采用复配技术 • 投资小、附加价值高、利润大 • 技术密集度高、产品更新换代快
3、精细有机合成的单元反应
反应动力学及氯化深度
C6H6 ＋ Cl2 k1 C6H5Cl ＋ HCl C6H5Cl ＋ Cl2 k2 C6H4Cl2 ＋ HCl C6H4Cl2 ＋ Cl2 k3 C6H4Cl3 ＋ HCl
氯化深度
每摩尔纯苯所消耗的氯气的量（摩尔）叫 做氯化深度。
芳环取代氯化反应的影响因素
• 原料纯度 （1）水份：＜0.04％ （2）氢气含量：＜4％ （3）噻吩：使催化剂中毒；腐蚀设备 （4）循环使用的苯（苯氯比4:1）中氯苯的影响
• 混合作用 在连续反应时，由于反应器型式选择不当、传质不
均匀，使反应生成的产物未能及时离开，又返回反应区 域促进连串反应的进行，这种现象叫返混作用。
图 氯苯的生产工艺
• 反应介质
液态：无需溶剂 O2N 固态：水
HCl+NaClO
NH2 0~5℃,H2O
O2N
NH2 Cl
浓硫酸、发烟硫酸、氯磺酸等
主体结构 精细化学品
取代基
1) 精细化学品的主要取代基
• 卤素：-Cl、-Br、-I、-F • 含氮基团：-NO2、-NO、-NH2、-NHR、-NR1R2
-NHCO-、-NH2OH、-N2+X-、-N=N-、-NHNH2、 -CN • 含硫基团：-SO3H、-SO2Cl、-SO2NH2、-SO2NHR
OCH 3
NH3
NH2
卤化试剂
• 卤素单质：Cl2,Br2,I2 • 卤化氢＋氧化剂：
HCl+NaClO3(NaClO) HBr+NaBrO3(NaClO) • 卤化氢或盐：HF,NaF,SbF5,HCl,HBr,NaBr • 其它：SO2Cl2,COCl2,ICl
卤化反应类型
取代卤化：亲电取代：芳环 游离基取代：脂肪烃及芳环侧链
第二章 常见精细有机合成反应
§2.1 概述 §2.2 卤化 §2.3 磺化 §2.4 硝化 §2.5 酯化 §2.6 氧化 §2.7 加氢
§2.1 概述
1、精细化工和精细化学品
通用化学品
• 精细化工：即精细化学工业，是生产精细化学品的工业。
➢ 通用化学品（大宗化学品）：指应用范围广泛、生产中技术要求 高、生产批量大的化学品。如三酸、两碱、化肥、乙烯、苯及合 成树脂、合成橡胶、合成纤维等。
卤化反应的目的
• 赋予最终产品某些性能 (1)色光
NN N N Cu N NN N
NN
N
[
N Cu N
NN N
] Cl13～ 15
铜酞菁（酞菁蓝）
高氯代铜酞菁（酞菁绿）
（2）杀虫、杀菌性
H3C CH3
F
Cl
F3C C C
C OCH 2
O F
F CH 3
F
七氟菊酯
（3）引入一个或多个卤原子改进性能-阻燃性
• 以次卤酸为催化剂
Cl2 ＋ H2O
HOCl ＋ H+ ＋ Cl-
HOCl ＋ H+ 慢 H2+OCl
H2+OCl 快 Cl+ ＋ H2O
苯环上有吸电子取代基，反应较难进行，需要加入催化剂； 苯环上有供电子取代基，反应容易进行，可以不用催化剂。
催化剂的选择
催化剂的作用：卤化速率、卤原子进入芳环的位置、
• 含氧基团：-OH、-OR、-OAc、-COH、-COR、 -COOH、-COOR、-COCl、-CONH2
• 烷基、酰基
2) 精细有机合成的主要单元反应
• 卤化 • 磺化 • 硝化 • 酯化 • 加氢 • 氧化
• 氨解和胺化 • 水解 • 烃化 • 酰化 • 缩合 • 环合 • 聚合
合成工艺路线的选择依据
6-氯化液出口
O
Cl O Cl
有机溶剂
Cl2,I2,催 化 浓H2SO4,90～100℃
O
Cl O Cl
OH
Cl2,110℃
乙酸或氯苄介质
COOH
Cl OH
COOH
芳环取代氯化反应实例
• 氯苯的生产 （1）直接氯化法
Cl2 FeCl3
1-酸水排放口
2-苯及氯气入口
Cl
3-炉条
4-填料铁圈或废铁管
5-钢壳衬耐酸砖