羟基化

有机相 R(CH3)3 N+Cl－ + ROH R(CH3)3 N+Cl－ + OH － R(CH3)3 N+OH－ + RCl R(CH3)3 N+OH－ + Cl－
水
相
2
• 向反应体系中加入表面活性剂，由于可产生乳化 作用，降低扩散阻力，也可加速反应，例如当进 行2，4-二硝基氯苯的水解时，如加入含12～18 个碳原子的N-烷基吡啶氯化物阳离子表面活性剂， 可使水解反应加速。
• 碱性脱氯化氢反应的活泼性随β-碳原子上氢原子 的酸性增强而增加，当分子中存在吸电子取代基 时，有利于消除反应的发生。 • 当氯原子和羟基处在相邻位置的氯代醇类化合物 与碱作用时，存在取代和消除两种反应的可能性。 不过，前者生成二元醇，后者生成α -氧化物。
1
OH OH CH3CHCH2-Cl + NaOH CH3 CH3CHCH2-OH + NaCl O CH CH2 + NaCl + H2O
1
• 2. 2-氨基-5-萘酚-7-磺酸（J酸）的生产
• J酸也是重要的染料中间体，它是由吐氏酸经磺 化、酸性水解和碱熔而制得的。 其化学反应过 程如下：
SO3H NH2 SO3H
发烟硫酸 磺化
HO3S SO3H
NH2
酸性水解 中和 盐析
NaO3S SO3Na
NH2
＞ 60% NaOH，碱熔 190℃， 0.3～ 0.4MPa （然后酸析）
1
• （3）硝基氯苯的水解
• 当苯环上氯基的邻位或对位含有硝基时，由于硝 基的强吸电子作用的影响，苯环上与氯基相连的 碳原子上的电子云密度显著降低，亲核反应活性 显著增加，使氯基较易水解。因此只需要用稍过 量的氢氧化钠溶液，在较温和的反应条件下进行 水解。例如：
2
Cl + 2 NaOH NO2 Cl NO2 NO2 + 2 NaOH
• 由此可见，当氯衍生物与碱作用时，亲核取代与 消除反应都有可能发生，何者为主与许多因素有 关，如温度、介质、水解剂等，其中对反应选择 性起决定作用的是水解剂的选择。进行取代反应 要求采用亲核性较强的弱碱(如Na2CO3)作水解剂， 进行消除反应时要求采用亲核性较弱的强碱(如 NaOH)作水解剂。
1
• 此法的缺点是催化剂活性下降快，转化率低。 • 现在氯苯水解法制取苯酚已逐渐被异丙苯氧化酸解法所取代。
1
• （2）多氯苯的水解
• 二氯苯分子中的氯基虽然稍微活泼一些，但是氯 基的水解仍需要相当强的反应条件。而多氯苯分 子中的氯基要活泼一些，氯基的水解需要比较强 的反应条件。 • 1,2,4,5-四氯苯与氢氧化钠的甲醇溶液在130～ 150℃、0.1～1.4MPa反应可以得到2,4,5-三氯苯 酚。
2
• 二、羟基化方法
• 磺化碱熔、水解等。
3
第二节 芳磺酸盐的碱熔
• 一、碱熔反应及其影响因素 • 1. 碱熔反应概述
– ★（1）反应机理：属于亲核置换反应 – （2）举例：
• 例如 2-萘酚钠的合成：
SO3Na ONa
+
2 NaOH
+
Na2SO3
+
H-OH
4
SO3
HO
+ OH
SO3
O
-OH
• 芳磺酸盐在高温与熔融的苛性碱溶液作用下，使 磺酸基被羟基所置换的反应称为碱熔。生成的酚 再用无机酸酸化，即转变成游离酚。
2
NH 2
低温
+
NaNO2
+
H-Cl
N 2Cl
N 2Cl
H 3O
+
OH
+
N2
副反 应
Cl
2
• 三、芳伯胺的水解 • ★1. 酸性水解
• 酸性水解反应是在稀硫酸中、在高温和压力下进 行的。此法的优点是工艺过程简单。缺点是要用 搪铅的压热釜，设备腐蚀严重，生产能力低、酸 性废水处理量大。酸性水解主要用于从1-萘胺水 解制1-萘酚。
Cl2 Fe
N 2HSO4 Cl OH
Fe/H-Cl
Cl
NaNO2,H 2SO4 0~5℃
H 3O +
Cl Cl
2
• 重氮盐是很活泼的化合物，水解时会发生各种副 反应。为了避免这些副反应，总是将冷的重氮硫 酸盐溶液慢慢加到热的或沸腾的稀硫酸中，使重 氮盐在反应液中的浓度始终很低。水解生成的酚 最好随同水蒸气一起蒸出。 • 重氮盐的水解不宜用盐酸和重氮盐酸盐，因氯原 子的存在会导致重氮基被氯原子取代。
HO3S OH
J酸
NH2
1
• 该法是在碱熔锅中加入45%的碱液和固碱，在 190～200℃和0.3～0.4MPa时，加入氨基J酸钠盐， 再在190～200℃保温反应6h，然后进行中和，酸 析得J酸。
– 思考：写出分别由氯苯和苯磺酸为原料制备 间硝基苯酚的合成方法。
1
第三节 有机化合物的水解
• 一、卤化物的水解 • 1. 脂肪族卤化物的水解
NH2
NaHSO3
OH
SO3H
SO3H
• 但是，在1-位氨基的邻位、间位和对位有磺酸基 时，对布赫勒反应有阻碍作用，限制了此法的应 用范围。
3
• 四、硝基化合物的水解
O NO 2 + 2Ca(OH)2 O2N O O O环丁砜
280℃
Ca2+ + Ca(NO2)2 + 2 H2O O- O
3
• 五、应用实例 • 1．2,4-二硝基苯酚的生产
(10%水溶液) 160℃,0.6MPa
ONa + NaCl + H2O NO2 ONa
90～100℃,常压
(10%～15%溶液)
NO2 NO2
+ NaCl + H2O
2
• 3．相转移催化卤化物的水解
• 采用的催化剂是其中含有一个长碳链烷基的季铵 盐，以便具有一定的亲油性，在反应过程中， R(CH3)3N+OH-被带入有机相与氯化物发生水解 反应，生成的R(CH3)3N+Cl-回到水相，与水相中 的OH-进行离子交换又得到R(CH3)3N+OH-，加入 相转移催化剂可以使水解反应加速。
ONa NO2 NO2 + NaCl + H2O
• 首先将氯苯加入到硝化锅中，然后逐渐加入混酸， 加料温度控制在55℃左右。混酸加完后，升温至 80℃维持半小时，静置半小时后分离出废酸，一 硝基氯苯留在锅内。在一硝基氯苯中在加入混酸， 反应温度控制在65℃，混酸加毕，升温至100℃ 维持1小时。静置半小时后分离出废酸,用热水洗 至不呈酸性。然后加入10%的氢氧化钠水溶液， 在90～100℃下，常压碱熔，冷却后过滤析出钠 盐。用盐酸酸化钠盐至溶液pH=1，即可得2,4-二 硝基苯酚黄色结晶状产品。
熔 融 NaOH
NaO3S NH 2 ONa
ONa
320℃ 50% NaOH 200 ~220℃ ， 1.1MPa
NaO3S
ONa
1
• 三、应用实例 • ★1. 2-萘酚的制备
• 2-萘酚及其磺酸衍生物是合成染料、有机颜料、 农用化学品、医药化学品、香料以及表面活性剂 的重要中间体。
1
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• 萘的高温磺化-碱熔法是生产2-萘酚的主要方法。 它是在碱熔锅中加入熔融碱，在285～320℃下慢 慢加入2-萘磺酸钠湿滤饼（含β -盐70%～80%）， 物质的量之比为1:2.3。加料完毕，快速升温到 330～340℃，保温30min左右，当碱熔物中的游 离碱含量下降到4%以下时为反应终点。碱熔过程 的收率可达90%～95%。将碱熔物放入热水中，使 其完全溶解，然后在60～80℃用酸酸化，静置分 层，用热水洗去有机层中的无机盐，经脱水、蒸 馏，得到产物2-萘酚。
5
• ★2. 影响因素
– （1）磺酸的结构
• 碱熔反应属于亲核置换反应，因此芳环上含有吸 电子基（如磺酸基和羧基）时，对磺酸基的碱熔 起活化作用。
– （2）无机盐的影响
• 在用熔融碱进行碱熔时，磺酸盐中无机盐含量要 求控制在10%（质量分率）以下。
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– （3）碱熔的温度和时间
• 不活泼芳磺酸的碱熔反应需在较高的温度下 （ 300~400℃）进行，活泼的芳磺酸可在较低的 温度（ 180 ～ 270℃） 进行，更活泼的萘系多磺 酸的碱熔反应可在更低的温度下进行。 • 必须根据具体反应选择适宜的碱熔温度和时间。
NaO3S
NH 2
NaOH
NaO3S
NH 2
SO3Na
ONa
H 3O
+
HO3S
NH 2
OH
J酸
9
• 3. 用稀碱液的加压碱熔（加压中温碱熔）
• 萘系的多磺酸也可以用稀碱液（20 ~ 30％）在 180 ~ 230℃进行碱熔。因这种反应温度已超过了 稀碱液的常压时的沸点，所以碱熔过程需要在压 热釜中进行。通过控制反应温度和碱浓度来控制 多磺酸中磺基被置换的数目或控制芳环上的氨基 是否被水解。
• ★2. 芳香族卤化物的水解
– （1）氯苯水解制苯酚
• ① 碱性高压水解。
C6H5Cl + 2 NaOH C6H5ONa + C6H5Cl C6H5ONa + NaCl + H2O C6H5 O C6H5 + NaCl
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• ② 常压气固相接触催化水解法。
C6H5Cl + H2O
C6H5OH + HCl
第十二章 羟基化
1
第一节 概述
• 一、羟基化反应及其重要性
• 羟基化是指向有机化合物分子中引入羟基制得醇、 酚等物质的反应。 • 羟基化产物在精细化工中具有广泛的用途，主要 用于生产合成树脂、各种助剂、染料、农药、表 面活性剂、香料和食品添加剂等。另外，通过酚 羟基的转化反应还可以制得烷基酚醚、二芳醚、 芳伯胺和二芳基仲胺等许多含其他官能团的重要 中间体和产物。
2
• ★二、重氮盐的水解
NO2 NH 2 N 2Cl
Fe/H-Cl
NaNO2,H-Cl 0~5℃ NaNO2,H 2SO4, 0~5℃
N 2HSO4
氯 化重 氮苯
重 氮苯 硫 酸 氢 盐
2
• 重氮盐在酸性条件下水解可制得酚。此法对某些 不易制得的酚具有重要的制备意义。如：间氯苯 酚的合成：
NO2 NO2 NH 2
SO3Na ONa 2 NaOH
+
+
Na2SO3
+
H-OH
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• 2. 用浓碱液的常压碱熔（常压中温碱熔）
• 萘系的某些多磺酸、氨基和羟基多磺酸可用70 ~ 80 %苛性钠溶液进行常压碱熔。反应温度是常压 下碱液的沸点（180 ~ 270℃）。此法可使萘多磺 酸中的一个磺基被羟基置换，而氨基和其他磺基 则不受影响。
3
第四节 其它羟基化反应
• 一、烃类的氧化-酸解制酚 • ★1．异丙苯氧化-酸解制苯酚
• 用异丙苯法合成苯酚是当前世界各国生产苯酚最 重要的路线，它以苯和丙烯为原料，在催化剂存 在下首先烷化得到异丙苯，而后用空气氧化得到 异丙苯过氧化氢，最后经酸性分解得到苯酚和丙 酮，每生产1吨苯酚，将联产0.6吨丙酮。因此这 条路线的发展规模与经济效益，与丙酮的销路和 价格密切相关。此法的优点是原料易得，不需要 消耗大量的酸碱，而且三废少，能连续操作，生 产能力大，成本低。其基本反应过程如下：
– （4）碱的浓度和用量
• 磺酸盐碱熔时，磺酸盐与碱熔剂的理论用量比是 1：2（物质的量比），但实际上碱必须过量。
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• 二、碱熔方法 • 1. 用熔融碱的常压碱熔（常压高温碱熔）
• 此法主要用于磺基活泼的情况，也可用于单磺酸 或多磺酸中的磺基完全被羟基置换。用这种方法 可以制得苯系和萘系许多酚类，重要的有苯酚、 间苯二酚、混合甲酚、1- 萘酚、2- 萘酚等。
• 2,4-二硝基苯酚为浅黄色结晶，它主要用于硫化 染料、苦味酸和显像剂的生产。其合成反应式如 下：
Cl + HNO3 Cl
H2 SO4 55～ 80℃
+ NO2
H2O
Cl + HNO3 NO2
Cl
H2 SO4 65～ 100℃
NO2 + H2O NO2
3
Cl NO2 NO2 + 2 NaOH
(10%水 溶 液) 90~100℃,常 压
3
• 2．2,3-二甲基苯酚的生产
• 2,3-二甲基苯酚为白色针状结晶，溶于醇和醚等 溶剂。主要用于有机合成。工业上通过重氮盐水 解法制得，其合成过程如下：
NH2 CH3 CH3 N2HSO4 CH3 CH3 OH
H2 SO4
NaNO2
CH3 CH3
H2 SO4
3
• 先将2,3-二甲基苯胺和硫酸的混合物冷却至0～ 5℃，逐渐加入亚硝酸钠溶液进行重氮化反应。 然后将重氮盐缓缓加入到已预热至160℃的稀硫 酸中进行水解反应，生成的2,3-二甲基苯酚用水 蒸汽蒸馏，所得的粗品用苯重结晶，即可得到产 品。
NH2 + H2O + H2SO4
15%～ 20%硫 酸 200℃， 1.2～ 1.5MPa
OH + NH4HSO4
2
• 2. 碱性水解
• 在磺酸基碱熔时，如果提高碱熔温度，可以使萘 环上α 位的磺酸基和α 位的氨基同时被羟基所置 换。此法只用于变色酸（1,8-二羟基萘-3,6-二磺 酸）的制备。反应式如下：
H4NO3S NaO3S
T 酸铵钠盐
NH2 SO3H
碱熔—水解
OH OH
16%NaOH, 228℃, 2.8MPa 反应10h,然后酸析 水解
OH NH2 NaO3S
H 酸单钠盐
NaO3S
变色酸
SO3H
SO3H
2
• 3. 在亚硫酸氢钠溶液中水解
• 在工业上，此法用于由1-氨基-4-萘磺酸制备1-羟 基-4-萘磺酸（NW酸）。