羟基化反应

OH
无催化剂
OH
＋
Cl
OH
催化剂
OH OH
CuSO4 NaOH
OH ＋ OH
OH Cl
190 ℃ 95 %
5%
KOH 178 ℃
OH OH ＋
OH
OH
62 % 38 %
卤代芳烃水解产物－－酚的分离
1、利用羟基的酸性除去非酸性物质
2、利用挥发酚与水共沸的原理减少水溶解损失 3、利用异构体氢键的差异分离异构体
R N N
R
A
水解（亲核）
P
偶合（亲电）
S
能 量
R
OH R
...+. .
N N R
EVS < EVP
OH R
OH
N+ N
R
R
N N R
芳基正离子
σ络合物
反应进程
图
重氮盐水解与偶合反应各阶段的能量变化
1、温度效应
原因：偶合反应较水解反应有较低的活化能。 结论：升高温度有利于水解反应。
2、浓度效应
⑴ 水浓度高，对水解有利 ⑵ 酚浓度高，对偶合有利 ⑶ 重氮盐高，对偶合有利
5、一步法及其应用范围
当芳胺上的电子云密度极低（硝基苯类、吡啶硫酸盐类）， 则产物酚的电子云密度仍很低，不易与重氮盐发生亲电取代偶 合反应。在此特殊情况下，若重氮基的水解能在较低的温度下 反应，则将亚硝酸钠水溶液直接滴至芳胺硫酸盐溶液中， 边滴
加 边重氮化 边水解，采用一步法制备酚类。
五、重氮盐水解工艺常见问题
对位有强吸电基团时，一般按SNAr机理进行；芳环上邻对位有 强供电基团时，一般按苯炔机理进行。 ② 无论哪种机理，芳环上电子云密度降低均有利于反应的进行。 按SNAr机理进行的反应一般有较低的活化能，而按苯炔机理反 应有较高的活化能。 ③ SNAr机理的产物不发生异构，而苯炔机理有异构物产生。根 据产物中有无异构，可断定有无苯炔机理存在。根据加入催化 剂后异构体量减少，可断定SNAr机理部分取代了苯炔机理。 ④ 水解反应速度取决于活性中间体的生成速度。按苯炔机理进 行的反应，需从苯环上脱除卤化氢，故需较高的碱浓度。而 SNAr机理进行的反应，较低碱浓度便可满足。
⑵
异构体用溶剂重结晶（烷烃类） ，只要保证结晶液的温度
不低于不对称异构物的熔点，异构体就不会结晶析出，用烷烃 洗去结晶表面的母液，对位异构体便可提纯。
酚提纯过程的主要问题
未认识“中和”与“吸附”联用的好处：吸附有机物而不 损失苯氧负离子。在过滤活性炭的过程中，反应液中的机械杂
质也一同除去，产品具有非常好的外观和内在质量。用碱性吸
三、重氮盐水解反应的重要影响因素
1、反应温度
T Ⅰ
Ⅱ
τ0
t
图
两种升温方法的温度变化
2、加料方式与分布
加料方式 要体现 浓度效应 和 温度效应。先加入稀硫酸溶
液，预热至反应温度后，将重氮盐溶液滴入反应系统，这样边 滴加边反应，既满足了重氮盐低浓度的要求，也保证了较高温 度有利于主反应竞争这一温度效应要求。
工艺过程：向500mL高压釜加入31g 1,2,4,5-四氯代苯、22.6g NaOH和100mL甲醇，加热至 160 ℃，保持7h。冷却，加水稀 释至500mL，加盐酸至呈酸性，进行水汽蒸馏。蒸馏液在冰浴 中冷却，析出2,4,5-三氯苯酚。滤出、干燥，得产品24.2g，熔 点63℃，产率84.9%。用石油醚重结晶，得无色针状结晶产品， 熔点66℃，沸点244~248℃（10.13KPa）
1、对重氮盐的低浓度有利于主反应而不利于偶合副反应认识不足，
而这是影响主副反应竞争的关键因素（重氮盐的低浓度有利于主
反应）； 2 、产物酚的低浓度与重氮盐的低浓度同等重要，对此认识不足
（酚的低浓度有利于主反应）；
3、对重氮盐溶液不能经过中间预热段，而硫酸溶液需预热认识不 足（硫酸溶液的高温，重氮盐的低温有利于主反应）。
2,5- 二氯硝基苯，密闭反应釜，加热至 60 ℃左右，开动搅拌，在 1.5~2h内升温至 130~136 ℃反应 10h。反应完毕，压送至结晶釜，
在80~90℃时加入300kg工业盐，使相对密度达1.18~1.20（25℃），
过滤。得100% 4-氯-2-硝基酚钠盐324kg，收率90%。用盐酸酸化 得4-氯-2-硝基酚。
卤代烃 重氮基
第十章
水
解
卤代烃 重氮基
卤代芳烃的水解与分离
卤代芳烃的水解反应机理和特征
SNAr机理
R R R + XOH X
-
- XX OH OH
苯炔机理
R R R H+ - HX X OHR
OH
OH
小分子卤素
Ev
大分子卤素
电子云密度
图
不同卤素活化能与电子云密度的关系
① 芳环上原有取代基对反应机理影响很大。当芳环上卤素的邻
③ 亲核试剂的亲核性大小顺序一般为： NH2- > Ph3C- > PhNH- > ArS- > RO- > R2NH- > ArO- > OH> ArNH2 > NH3 > I- > Br- > Cl- > H2O > ROH HSO4- 一般不会发生亲核取代反应，因此重氮基水解反应 选择硫酸重氮盐。
O
N
O
O
H O
N
O
氢键结构
O
N
O O H
O
N
O H
O
氢键形式 挥发性质
分子内氢键 易挥发
分子间氢键 难挥发
分子间氢键 难挥发
4、利用熔点差异除去异构体
一般，对称结构物质熔点较高。可通过结晶方式提纯对称
结构物质，去除不对称结构物质。
⑴
异构体混合物先加热熔融，然后自然冷却结晶，倒出未结
晶的混合物，洗净结晶表面母液，结晶物即为纯品。
4、重氮盐水解的介质及催化剂
介 质：重氮盐水解反应应用硫酸重氮盐。硫酸负离子在水中
不表现亲核性质，不参与化学反应。若用盐酸重氮盐水解，则 由于氯离子本身是比水更强的试剂，氯代副反应不可避免。
催化剂：若Cu2O存在，并加入大大过量的Cu(NO3)2，可降低水 解反应的活化能，可在室温下进行重氮基水解反应，反应速度 加快，副反应减少。
过滤，少量冰水洗涤。滤饼置于滤纸 30 ℃左右干燥至恒重，得无
色针状晶体即产物10.3g，收率73.6%。
作业：4-氯-2-硝基酚
Cl NO2 H2O Cl NaOH Cl ONa NO2 H+ Cl OH NO2
工艺过程：在3000L压热釜中加入2100L水及675kg 30%液碱，搅
拌均匀后取样分析， NaOH 浓度应为 75~80 g/L 。然后加入 400kg
Cl
ONa H2O NaOH H+
OH
例，
对硝基苯酚
NO2
NO2
NO2
工艺过程：在装有搅拌器、温度计、回流冷凝管的 500mL 不锈钢 反应瓶中，加入NaOH 12g（0.3mol）、蒸馏水 12mL、搅拌使其 溶解，再加入对硝基氯苯15.7g（0.1mol）、硝基苯50mL、季铵盐 A-1(C 7~9 H 15~19 ) 3 N + CH 3 Cl - 3mL （ 0.06mol ），控制反应温度为 140 ℃，常压下搅拌 7h ，冷却至室温，过滤收集结晶产物，用 20mL硝基苯洗涤结晶，再加入100mL蒸馏水加热溶解，分去下层 油状物，上层溶液用硫酸酸化，冰浴中静置，沉淀析出完全后，
例，
2,4-二硝基苯酚
Cl NO2 H2O,NaOH ONa NO2 HCl OH NO2
NO2
NO2
NO2
工艺过程：将 1400L 水加入水解锅中，搅拌加热到 60 ℃，将 750kg 已熔化的 2,4- 二硝基氯苯加入锅内。继续升温到 90 ℃， 于1.5h内逐渐加入780L 30% NaOH溶液，加料中温度上升， 控制温度不超过 102~104 ℃，保温 30min 。冷却，过滤析出的 钠盐用水溶解，酸化至pH=1，析出黄色结晶即为目标产物。
强调：冷的重氮盐水溶液滴入高速搅拌的高温水溶液中，先分 散后反应 是反应要点。若滴在釜中反应物未及时分散，相当 于重氮盐的浓度未得到稀释，就不利于主反应。若重氮盐在未 滴入水中前已被预热了，那么在未滴入水中前副反应已经发生， 且高浓度的重氮盐更有利于副反应。
B
滴入重氮盐
A A B A A
分散
未分散 部分反 应
4、利用熔点差异除去异构体
1、利用羟基的酸性除去非酸性物质
R OHR H
+
R
化学方程式
X O-
OHOH
有机溶液溶解度 水溶性 活性炭吸附 挥发性
溶解 不溶解 吸附 挥发
不溶解 溶解 不吸附 不挥发
溶解 难溶解 吸附 挥发
2、利用挥发酚与水共沸的原理减少水溶解损失
大量酚类物质是挥发性的，即有一定的沸点；大量的酚
例，
2,4,-二甲酚
NH2 CH3 + NaNO2 , H2SO4 CH3 - NaHSO4 , H2O CH3 N2+ HSO4CH3 + H2O + H2SO4 CH3 OH CH3
工艺过程：在盛有300mL水的1000mL四口烧瓶中加入 250mL
浓硫酸，混匀，趁热加入121g（1mol）2,4-二甲基苯胺，溶后
按SNAr反应机理进行的水解反应
Cl OH145~165℃ NO2
OH
Cl
NO2 O2N 210℃ O NO2
NO2
一般可将水解反应看作简单反应（浓度效应、温度 效应在一定范围内均不显著，一般不予讨论）。
按苯炔反应机理进行的水解反应
OH KOH CH3 Cl
OH KOH Cl
OH
HO
CH3
CH3
F F F
H2O,KOH NO2
F F OK
H2O NO2 HCl
F F OH NO2
例，
2,3-二氟-6-硝基苯酚：在装有搅拌器、液体加料管、温度计
及取样管的1000mL的四口烧瓶中依次加入220mL水和34.8gKOH，升 温至 45 ℃，待 KOH全溶解后，滴加 30.4g 三氟硝基苯，加料以不使反 应温度剧烈上升为宜。反应液逐渐由无色变为橙色、黄色、粉红色、 红色、深红色。当反应进行 1.5h，边反应边取样分析，当两次分析浓 度不再变化时，停止反应（约2h左右）。然后向烧瓶中加入300mL环 已烷，再滴加盐酸，反应液由深变浅，由深红色变为黄色，这时减慢 滴加盐酸的速度，同时用pH试纸测反应液的pH值，当pH=1~2时，此 时反应液为淡青色，终止滴加盐酸，停止搅拌，把反应液移入分液漏 斗，分出有机相，水相用 50mL环已烷萃取两次后弃去，有机相合并， 减压蒸馏回收环已烷，剩下的结晶即为目标产物，收率82%~84%。
卤代烃 重氮基
芳 烃 重 氮 基 水 解
一、重氮基水解反应的机理（SN1）和特征
R N+ N 慢 R
R
+X
-
快 R
X
R：芳环上原有化学性质稳定的取代基； X：羟基、卤素、氢、氟硼酸、硫化物等亲核试剂
SN1 机理的特征：
① 反应速度取决于重氮盐的裂解速度（芳基正离子生成速度）， 与重氮盐浓度成正比（一级反应），与亲核试剂浓度无关； ② 亲核取代反应的选择性与亲核试剂的亲核性和浓度有关；
P A 继续反应 B A P
S S
B
A A B 水 A P S
重氮盐 酚
偶氮化合物
B
A A
部分反应
P A B
A P
移走酚
A
B
A
继 续 反 应
再移走酚
B
P P
B
图
选择性随原料分布的影响
3、产物的移走
3.1 相转移法（溶剂法）
浓度效应 ⑵ 酚浓度高，对偶合有利
将重氮盐滴入水与有机溶剂的非均相混合物中，水解反应 在水相进行，生成的水解产物迅速转移至有机相，从而减少偶 合反应。此方法适用于产物酚不易挥发的重氮盐水解过程。 3.2 水汽蒸馏法 将重氮盐滴至含硫酸的沸水中，边滴加 边反应 边蒸出酚 与水的共沸物，从而减少偶合反应。（适用于易挥发酚） ① 避免重氮盐溶液在滴入沸水之前被加热； ② 重氮盐溶液滴入水中后应立即分散，良好的搅拌是必要的。
附方法后，一般不必用重结晶方法，使过程更简单易行。
对水汽蒸馏能获得定量的回收率认识不足。由于酚羟基的
极性较强，多数酚在水中的溶解度较大。而水汽蒸馏即可回收
挥发酚，蒸出物分离出酚后的水仍是含酚饱和水溶液，应将其 用于下一批水汽蒸馏。但人们往往对酚的水溶性重视不足。
例，
2,4,5-三氯苯酚
Cl Cl Cl Cl + NaOH CH3OH Cl Cl OH Cl + NaCl
在重氮盐以SN1机理进行的反应中，水解反应制备酚是最常 用和最有代表性的。
此外，以氟硼酸重氮盐制取氟化物或重氮盐以卤素取代、 以硫化物取代和氢取代等，应用也十分广泛。本节仅就水解反 应进行讨论。
二、重氮基水解的主副反应
NN X NN+XH2O R R OH R
+ -
OH R N N
R
kP
kS
HO
类物质又是水溶性的，即有较大的水溶解度；利用酚与水共
沸原理可以将酚从水中蒸净。
从蒸出的酚水中回收酚（酸化后分层或过滤）后，水层 是酚的饱和水溶液，可返回到下一批的水汽蒸馏，这样酚的 损失可减少至最低。
3、利用异构体氢键的NO2 OH
异构体
O
H
H O
O N O