第14章 羟基化

14.3.3 碱熔工艺与生产实例 1. 用熔融碱的常压碱熔
使用对象：不活泼的磺酸，如：
SO3H SO3H
CH3 SO3H
等。
这种碱熔一般采用间歇式，避免凝固阻塞管道，通
常在反应器中先加~50%氢氧化钠，加热蒸发至90%左 右，再加磺酸化合物。 ①
SO3Na + 2NaOH 300~320℃
ONa + Na2SO3 + H2O
320℃, KOH m.p 410℃，为了使反应处于流动状态， 须使碱熔化，在过高温度下有机物容易焦化，如何使 碱在较低温度下熔化？向碱内加少许水，如90%的 NaOH在270~290℃就可熔化；另一方面采用混合碱，
NaOH+KOH混合m.p<300℃. 根据磺酸碱熔方程式，理论上磺酸与碱的分子比
为1：2，但一般都要碱过量，高温碱熔：1：2.5；中 温碱熔1：6~8或更多，其目的在于增大反应物料的流 动性。
通过示踪原子实验表明，羟基引入的位置是在与 磺酸基相连的碳原子上。 根据动力学结果推断，反应历程是加成-消去历程： k1
OH Ar SO3Na
ArSO3Na + OH
-
中间络合物
OH Ar SO3Na + OH-
k2
ArO- + NaSO3- + H2O
当k1<<k2，第一步是反应控制步骤，则是二级动力学关系；
H2SO4
HO3S
SO3H
NO2 SO3H
HNO3
HO3S
SO3H
NO2 SO3H
[H]
NH2 Hale Waihona Puke BaiduO3H
HO3S
24%NaOH 180℃ 0.6~0.8MPa
SO3H
HO3S NH2 ONa
H+
SO3H
NaO3S
SO3Na NH2 OH
NaO3S
SO3H
14.4 氨基被羟基置换
前一章布赫勒反应 ，这里 -NH2 -OH 是 -NH2 -OH ， 可看作布赫勒反应逆过程， 比较 多的是用于萘系， -NH2 ，主要从成本、原料、 -OH 合成是否方便，来考虑工业应用价值。
H
稀H2SO4 H N 2
OH
6. 取代
RX ROH (X=卤 ,SO3H,NH2)
7.氧化 CH(CH3)2
[O] H+
OH
8.发酵
农副产品
发酵
乙醇，丁醇
上述这些方法，有些已介绍过，本章介绍以前没涉及到 的引入羟基方法，重点放在方法6，亲核取代，包括卤代烃 的水解，磺酸基的碱熔，氨基水解等。
14.2 氯基的水解
而在消除反应中，水解剂是显示碱性接近β位上的氢原
子。由此看来，要进行取代反应须采用亲核性强，碱性 相对弱的水解剂，如碳酸钠；而要进行消除反应时，则 需采用亲核性弱的强碱，如氢氧化钠。
醇
收率 100 % 50
烯
9
11
13
15
pH
卤烷难溶于水，在碱性介质中水解是非均相反应， 反应发生在水相，水解生成的醇在水相中，而水相中卤 烷的浓度是一个常数，因此水解反应速率仅与水解剂的 浓度有关： V=k[OH-]
Cl
-H+ -ClOH-
O-
先脱质子，再脱氯基，生成苯炔，然后与 OH 成得酚负离子。 （2）加成-消除历程
ArCl + OH
-
加
Cl Ar OH
ArOH
这两个反应历程随反应条件的不同而异，有时以某
一历程为主。一般当芳卤环上没有取代基或有供电取代
基时，往往是苯炔历程；若环上有吸电子基时，则是加 成-消除的历程，由于芳卤反应活性低，不能用碳酸钠水
用此法方便。
NH2
NaNO2 H2SO4
N2+HSO4-
OH
稀HNO3 80℃
CH3 CH3
NO2
CH3Cl NaOH
CH3
OCH3 NO2
[H]
OCH3 NH2
（冰染色基）
CH3
CH3
14.6 烃类氧化法制酚
CH(CH3)2
CH3CH=CH2
[O]
CH3 CO-OH CH3
H
+
OH
O + CH3CCH3
CH2OCOR CH2OH 另一条生产路线是环氧氯丙烷水解： CH2-CHCH2Cl H2O HOCH2CH(OH)-CH2Cl O Na2CO3 HOCH CH(OH)CH OH 2 2 这个反应在列管式反应器内，于0.6~1MPa压力下 完成。
2. 芳卤水解 芳卤水解历程有两种可能： （1）芳炔历程
OH NH2
~16%NaOH
OH OH
HO3S
SO3H
230℃ 3MPa
HO3S
SO3H
(变色酸)
（3）亚硫酸氢钠法 某些结构的芳胺，在亚硫酸氢钠水溶液中，常压下
沸腾回流，然后加碱处理，即得酚：
NH2
NaHSO3 100℃
OH
SO3H
SO3H
实际上这是布赫勒（Bucherer）反应的逆过程，规 律与前相同，在1-氨基的邻、间位或迫位上有磺酸基时，
通过氯基水解制醇酚还是有意义的，因为有机氯化 物较容易制备，再与氢氧化钠、碳酸钠等碱剂水解，即
可得到。
脂肪族卤代烷R-Cl上的氯只受诱导效应影响，比较 容易水解，而芳卤 生。 脂肪族卤代烷在碱性水解的同时，还容易发生消除 反应得到烯烃。
Cl
， C-Cl之间还有p-π共轭影
响，水解较困难。当环上有吸电子基时，水解才容易发
这个方法在生产苯酚的同时联产丙酮，是40年代开 发研究出来，五十年代工业化的，其优点是：三废少， 连续操作，生产能力大。
熔锅，分子比1：2.3，加完后快速升温至330~340℃， 保温30min，碱熔物中游离碱含量下降至4%以下为终点。
放入水中稀释，
溶于水中，用二氧化硫使之
ONa
酸化，萘酚在水中溶解度小，静置分层，用热水洗去无 机盐，然后蒸馏得产品，收率90~95%。
2. 用浓碱常压碱熔 以70~80%氢氧化钠浓碱在常压下碱熔，适于多磺 酸中一个磺酸基被羟基置换，常用于萘系多磺酸 ，如 J-酸，γ-酸的制备中都有使用。 J-酸的最后一步碱熔：
14.2.1 氯基水解的反应历程及动力学 1. 脂肪烃类卤代烷碱性水解和脱去HCl的反应，分 别属于亲核取代和消除反应。水解反应大多情况 下是SN2双分子历程： - 慢 [R-CH2 Cl ]RCH2OH +ClR -CH2 -Cl + OH
OH 首先亲核试剂向与氯相连的碳原子上攻击，形成过渡态， 然后在生成新的C-O键同时，C-Cl键断开，完成反应，两步 过程中，第一步是反应控制阶段。
NaO3S NH2 + 2NaOH SO3Na
190℃ > 60%NaOH
NaO3S
NH2 + Na2SO3 + H2O ONa
3. 用稀碱在压力下碱熔 用20~50%氢氧化钠为碱熔剂，在相对低的温度和压力 下进行碱熔，适用对象与2. 相同，即多磺酸中置换一个磺
酸基，如H-酸生产中的碱熔。
SO3H
将43~50%的苯磺酸钠溶液在300~320℃加入碱熔 锅，与碱的分子比1：2.5，加毕在335~340℃反应一段 时间，放入适量水，使亚硫酸钠结晶析出，酚钠酸化后 得粗苯酚，蒸馏出纯品。 ②
SO3Na
ONa + 2NaOH
+ Na2SO3 + H2O β-萘磺酸湿滤饼（70~80%）在285~320℃加入碱
解，而要用强碱氢氧化钠。
芳卤水解制酚类化合物比脂肪卤烷的水解用得多一些，
没有取代基的氯苯水解条件太苛刻，400℃，33MPa，没有
实用价值，但有吸电子取代基的，条件要缓和些：
Cl + 2NaOH 160℃ 0.6MPa 2~4% NO2 NO2 ONa + H2O + NaCl
Cl NO2 ~100℃ + 2NaOH
若k1>>k2，第二步是反应控制步骤
则：
d[ArO-] d
OH k2 [ Ar ][OH-] SO3Na
OH [ Ar ] K [ArSO3Na][OH-] 由（1）式平衡： SO3Na
d[ArO-] 所以： d k`[ArSO3Na][OH-]2 是三级动力学关系
14.3.2 影响碱熔的因素 1. 磺酸化合物的性质
高温碱熔：在常压下进行，300~340℃。反应时间 短，常用80~90%熔融碱，这种情况下，若反应时间长， 会增加副反应，温度低会产生凝锅现象。 中温碱熔：在常压或加压下进行，180~230℃，用
20~80%氢氧化钠溶液，保温几个到十几个小时完成， 容易实现连续化。
3. 碱熔剂
高温碱熔是在熔融状态下进行的，NaOH m.p
由卤烷水解制醇，在生产上应用不是很广，甘油 （丙三醇）生产路线之一即是。甘油很有用，它进一步 生成甘油醛，甘油酸，硝化甘油，醇酸树脂，甘油本身 可做液体燃料的抗冻剂，化妆品，皮革的吸湿剂等。它 的主要来源是天然油脂水解的副产： CH2OCOR CHOCOR
H2O
CH2OH CHOH + 3RCOOH
碱熔的难易和反应条件的选择有关，但主要取决于 磺酸化合物的结构，如：
SO3H
SO3H
和
前者比后者活泼，前者可在300℃碱熔，后者要在
320~340℃；含硝基的磺酸化合物不可进行碱熔，因容易
发生氧化；含有2，3个磺酸基的多磺酸碱熔时，一般只发 生一个磺酸基的碱熔。
SO3H OH OH
易
SO3H SO3H
对反应有阻碍作用，如：
NH2 SO3H NaHSO3 OH
NH2 SO3H
NH2
NH2 NH2 NaHSO3 SO3H
NH2 OH
SO3H
14.5 重氮基被羟基置换
ArOH
ArNH2
ArN2+
H3PO2
ArH ArX （X=卤素，氰基等）
此法用得不多，因为重氮盐可与多种化合物作用，即反应 的选择性差，因此产物不纯，收率偏低。但在某些情况下，使
（1）酸性水解
NH2
200 ℃ + H2SO4 + H2O 1.2MPa (15%)
OH
+ NH4HSO4
95%收率
萘硝化时不可避免有少量β-异构体，还原成β-萘胺
是致癌的，本法受到限制。
NH2
36%HCl NH2 250℃,3hr 以前路线：
SO3H
H2SO4
OH
OH
OH
NaOH
SO3H
OH
（2）碱性水解
第14章 羟基化 （Hydroxylation）
14.1 概述 14.2 氯基的水解 14.3 磺酸碱熔 14.4 氨基被羟基置换 14.5 重氮基被羟基置换 14.6 烃类氧化法制酚 14.7 其它羟基化方法 14.8 烷氧基化和芳氧基化
14.1 概述
向有机分子中引入羟基，得到醇、酚类化合物的反应， 称为羟基化。 醇、酚类化合物有广泛用途，如C1-5醇常在工业上用 作溶剂，C6-12醇是增塑剂原料，C12以上醇主要用于合成 表面活性剂。酚类在精细化工合成中是重要的中间体，因 此羟基化是一类重要的反应。引入羟基途径很多，归纳起 来主要有：
1. 还原
RCOOH(RCOOR`,RCHO,RCOR`)
[H]
RCH2OH
2.齐聚
nCH2=CH2
3.羰基化
RCH2=CH2
Al(C2H5)3
Al[(CH2CH2)n+1H]3
[O]
[H2O]
ROH
CO +H2
RCH2CH2CHO
[H]
RCH2CH2CH2OH
4.缩合
ArH + CH2-CH2 AlCl3 ArCH2CH2OH （β -芳基取代乙醇） O 5.重排 NO2 NHOH
难
OH
HO3S
NH2
NaOH
HO3S
NH2 （J-酸） OH
SO3H
因为α-SO3H活泼，容易碱熔，β-SO3H吸电性，使α活化，而当α位转为羟基，这是供电子基，又使-β位钝化 。 2. 温度和时间 碱熔反应活化能较高，37~40kcal/mol，所以反应温
度要求较高，在200~300℃才能完成。
常压
ONa NO2 + H2O + NaCl NO2
NO2
多氯苯中的氯比硝基氯苯水解要难，要在较高温度和
压力下，并要有催化剂才能完成。
Cl Cl ONa
130℃ + NaOH CH OH
3
Cl
Cl
Cl
14.3 磺酸碱熔
ArSO3Na + NaOH ArONa + Na2SO3 +H2O
芳磺酸碱熔制酚是一个传统制酚的方法，优点：工艺 过程简单，设备要求不高，适于多种酚的制备。缺点：消
脱去HCl成烯的反应历程：
RCH2CH2Cl + OH[RCH CH2 Cl]H OH
RCH=CH2 + H2O + Cl-
羟基进攻β-C上的氢，脱去质子后形成新的C-C键，
同时C-Cl键断裂成烯。 可见氯烷在碱性条件下，水解和脱HCl这两个反应
都能发生，哪个为主？由反应条件来控制，与反应温度， 介质的性质都有关系，而最重要的是水解剂的选择，使 用的碱不同，所得产物比例不同。从上面反应历程看， 在取代反应中，水解剂是显示亲核性，去进攻C原子，
耗酸、碱的量大，废液多，工艺落后，尽管如此，我国仍
有不少品种是采用这条路线的。 14.3.1碱熔反应动力学和反应历程 对大多数磺酸是二级反应，如2-萘磺酸，1，5-二萘磺酸：
d[ArO-] d d[ArO-] d k[ArSO3Na][OH-]
个别的是三级反应，如苯磺酸，6-羟基-2-萘磺酸：
k`[ArSO3Na][OH-]2