烷基化

8.1
概述
• 苯乙烯的用途
• 苯乙烯如何制得？
洗衣粉的“源头”
• 洗衣粉→十二烷基苯磺酸钠→十二烷基苯
• 定义：烷基化反应指的是在有机化合物分子中的 碳、硅、氮、磷、氧或硫原子上引入烃基（为烷 基、烯基、芳基等）的反应的总称。 • 其中以在有机物分子中引入烷基最为重要。 • 用于烷基化的反应试剂称为烷基化剂。常用的有： • （1）卤烷 • （2）酯类 • （3）醇类和醚类 • （4）环氧化合物 • （5）烯烃和炔烃 • （6）羰基化合物
(双酚F)
• Байду номын сангаас碱催化时甲醛与酚类作用将在芳环上引入羟甲基：
OH H + C H O
碱催化 加成C 烷化
OH CH2OH
注意：如果不使用大过量的苯酚，无论是酸催 化还是碱催化都将生成酚醛树脂。
• 八、酮类对芳环的C-烷基化
• 酮类也是弱烷基化剂，酮对芳环的C-烷基化也 是在酸性催化剂存在下进行的。 • 如将丙酮与过量的苯酚在酸性催化剂存在下反 应，可制得2,2-双(4-羟基苯基)丙烷，商品名 称双酚A。反应为：
CH2
+ HCl
六、用醇对芳环的C－烷基化
• 醇类是反应能力较弱的烷基化剂，它 们只适用于活泼芳族化合物(例如苯胺、 苯酚和萘等)的C-烷基化。 • 常用的烷基化催化剂有路易斯酸和质子 酸等。 • 1．用醇对芳胺的C-烷基化
NH2
C4H9OH H2O ZnCl2催化 210℃， 0.8MPa
NHC4H9
OH OH (CH3)2CHOH +
磷酸催化 二甲苯溶剂回流
OH OH + H2O C(CH3)3
七、用醛类对芳环的C-烷基化
• 1、醛对酚类的C-烷基化 • 甲醛与过量苯酚在无机酸催化作用下反应， 可制得4,4'-二羟基二苯甲烷(双酚F)：
H C H O+ OH
H
H HO C H OH + H2O
8.2 芳环上的C-烷基化反应
一、 C-烷基化反应
定义：C-烷基化是在催化剂作用下往芳环上引入
烷基制备取代烷基芳烃的过程。
•
• 卤烷、烯烃是常用的较强的烷基化剂。 烯烃的优点：最便宜、来源最广的原料 • 醇、醛和酮都是较弱的烷基化剂
主要为付－克反应 (Friedel-Crafts反应)：
1、烯烃的烷基化
NH3 + R Z RNH2
/ /
RNH2 + HZ RNHR + HZ RNR2
/ /
+ R Z
RNHR + R Z
+ HZ
式中R-Z代表烷基化剂，包括醇、卤烷、酯等化合物。
• 1、用醇类的N-烷基化
• 醇的烷基化活性较弱，所以反应需在较强烈的 条件下才能进行。（相当于亲电取代反应历程） • 但某些低级醇（甲醇、乙醇）价廉易得，所以 工业上仍常选作活泼胺类的烷基化剂。 如
H Ar C R
H
Ar H H
Ar C R
Ar
二、芳环上C一烷基化反应特点
• ① C—烷基化可发生连串反应
② C一烷基化是可逆反应
CH(CH3)2 + CH(CH3)2
转移烷化
CH(CH3)2 2
③ 烷基正离子可能发生重排
CH3 CH2 CH2
异构化 (氢转移重排) 伯碳正离子 仲碳正离子
CH3
CH
H2C CH2 O k1 H2C CH2 O K2
R NH2
R
NHCH2CH2OH
R
N(CH2CH2OH)2
• 而某些叔胺与环氧乙烷作用还可以制得 季铵盐。例如：
CH3 C18H37 N CH3 + H2C O CH3 C18H37 N CH3 CH2CH2OH NO3
CH2 + HNO 3
异丙醇介质 90～110℃
CH3 + CH3 CH CH2
AlCl3
CH CH3
• ② 十二烷基苯 • 十二烷基苯是生产合成洗涤剂十二 烷基苯磺酸钠的中间体。
• 由苯制十二烷基苯的烷基化剂有四种， 即仲氯十二烷（C10～C14）、聚四丙烯 (C9～C15)、十二内烯烃(C10～C14)和α 十二烯(C10～C14)。
• 2．酚类的C-烷基化 • 烯烃与酚类在酸性催化剂存在下发生C-烷基化 反应，而不是O-烷基化反应。 • 烷基酚是重要的有机中间体，很多烷基酚本身 就是精细化工产品，如叔丁基酚是抗氧剂， 2,6-二甲酚是聚苯氧树脂的单体等。 • 常用的催化剂是浓硫酸、强酸性阳离子交换树 脂、活性白土和BF3-乙醚络合物等。 • 烷基主要进入酚羟基的对位。例如：
1、概述 2、烷基化反应的基本原理
第八章
（芳环上的 C- 烷基化反应、 氨或胺上的 N- 烷基化反应） 3、烷基化方法（用卤烷的 烷基化、用烯烃的烷基化、 用醇、醛和酮的烷基化、
烷基化反应
用环氧乙烷的 N- 烷基化和
C-烷基化） 4、应用实例。
要求和重点：
1、掌握烷基化的特点和方法
2、了解催化剂的种类及特点
CH3
④
芳环上取代基的影晌
• 芳环上的C-烷基化是亲电取代反应。 • 当芳环上有提供电子的烷基时，使反应容 易进行。 • 当芳环上含有吸电基时，它使芳环钝化。 • 如果在芳环上同时有致活和致钝的取代基 时，则付氏反应常常可以顺利完成。 • 硝基苯不能发生 C- 烷基化反应，但它可以 作C-烷基化的溶剂。
H2SO4
C6H5NH2 + 2CH3OH
C6H5N(CH3)2
• 2、用卤烷的N-烷基化
• 卤烷的反应活性比醇强，它是一类活泼的烷基 化剂，当需要在氨基氮原子上引入长碳链烷基 时，常用卤烷作烷基化剂。 • 对于难以烷基化的胺类，如，间氨基苯磺酸或 硝基芳胺等也要求使用卤烷作烷基化剂。 • 用卤烷进行的N-烷基化反应是不可逆的，可以 用以下通式来表示：
2、卤烷烷基化 3、醇烷基化 4、醛和酮烷基化
• 机理：芳烃上的C-烷基化反应都属于亲 电取代反应。
烯烃 卤烷 醇
H + CH2 CH3
慢
C2H5 +
快
C2H5 + H
R OH + H
质子化
离解
R OH2
H C OH R
R + H2O
H
醛酮
C R
O + H
质子化
H Ar H + C OH R
H2O 脱水缩合
4、用醛或酮的N-烷基化
• 氨或胺类化合物和许多醛或酮可发生还 原性烷基化，即伴随有还原反应的烷基 化反应，其化学反应通式如下：
H R C O H + NH3
H2O
R C NH
亚胺
还原剂
RCH2NH2
伯胺
R R
/
C
O + NH3
R
H2O
R
/
C
亚胺
NH
还原剂
R R
/
CHNH2
伯胺
H R C O
H + RCH2NH2
H2O
R C N CH2R
亚胺
还原剂
(RCH2)2NH
仲胺
作业
• 1．何谓烷基化？芳环上的C-烷基化有什 么特点？ • 2．试举例说明N-烷基化合成的精细化学 品。
三、催化剂
• C －烷基化反应是在催化剂存在下进行的亲电 取代反应。 • 1 、一类是路易斯酸，主要是金属卤化物，其 中最重要的是AlCl3、BF3和 ZnCl2 。 • （活泼 活泼 温和 ） • 2 、另一类是质子酸，其中主要是氯氟酸、硫 酸和磷酸等。 • （它们的催化作用是使烯烃、醇、醛和酮等C烷基化剂质子化，转变成亲电质点 ）
CH3 C O + 2 OH CH3 CH3
H 催化 脱水缩合
HO
C CH3
OH + H2O
（双酚A）
8.3
N-烷基化
• 定义：氨、脂肪族或芳香族胺类氨基上的氢原 子被烷基取代，或者通过直接加成而在氮原子 上引入烷基的反应叫N-烷基化反应。 • 这是制取各种脂肪族和芳香族伯、仲、叔胺的 主要方法，其反应通式如下：
HCl
CH3 C18H37 N CH3 + C6H5CH2Cl
异丙醇介质 90～110℃
CH3 C18H37 N CH3 CH2C6H5 Cl
阳离子表面活性剂
• 3、环氧乙烷的N-烷基化
• 环氧乙烷是活泼的烷基化剂，其分子具有三元 环结构，容易开环，与氨基氮原子上的氢发生 加成反应，在氮原子上引入羟乙基，故又称羟 乙基化。例如：
OH CH3 + CH2 C CH3
阳离子交换树脂 80～240℃
OH
C(CH3)3
• 3．苯胺的C-烷基化 • 用此法制得的重要产品是2,6-乙基苯胺。 它是重要的农药中间体，又是汽油抗爆 剂和橡胶抗臭氧剂。
NH2 + 2CH2 CH2
(C2H5)2AlCl 300℃ ， 6.5～7.0MPa 115min
四、用烯烃对芳环的C-烷基化
•
在 C- 烷基化反应中，烯烃是最便宜和 活泼的 C- 烷基化剂，广泛应用于工业上 芳烃、芳胺和酚类的C-烷基化。 • 常用的烯烃有乙烯、丙烯和长链-烯烃， 可以分别大规模制取乙苯、异丙苯和高 级烷基苯。
• 1．芳烃的C-烷基化 • ① 异丙苯 • 异丙苯的主要用途是再经过氧化和分解， 制备苯酚和丙酮。 • 工业上丙烯和苯的连续烷基化用液相和 气相两法均可生产。 • 所用的苯需预先脱硫，以免影响催化剂 的活性。
OH H5C2 C2H5
五、用卤烷对芳环的C-烷基化
• 卤烷是活泼的C－烷基化试剂，工业上一般使 用的是用氯烷。 • 但由于氯烷没有烯烃易得，因此其应用逐渐减 少。 • 制备不对称的二苯甲烷衍生物时，需要用氯苄 或它的取代衍生物作C-烷基化剂。例如
Cl
CH2Cl +
ZnCl2催化 85～90℃
Cl
Ar NH2 + R ArNHR + R ArNR2 + R X X X ArNHR + HX ArNR2 + HX ArNR3 X
例如：
C 2H 5 N H + ClCH2C6H5 N C 2H 5 CH2C6H5 HCl
R Cl
+
(CH3)2NH
NaOH 130~140 C
O
RN(CH3)2
仲胺
异构化 ZnCl2催化 2.2MPa 240℃，
NH2
C4H9
• 2．用醇对酚类的C-烷基化 • 醇和酚在硫酸催化剂的存在下加热，一般只发 生酚羟基的O-烷基化反应，而生成酚醚。 • 但是，用叔丁醇或异丁醇时，它在加热下可脱 水成异丁烯，并与酚类发生C-烷基化反应。 • 例如，将邻苯二酚、叔丁醇在磷酸催化剂存在 下，在二甲苯溶剂中回流可制得对叔丁基邻苯 二酚：