烷基化反应

卤代烃的烷基化反应
（１）烷基相同时，不同的卤素形成的卤代烷烃的反应活性 顺序为RI ＞RBr＞RCl 。
（２）卤代烷烃中卤素相同时，不同的烷基则反应活性顺序 为:
CH2X ＞ R3CX ＞ R2CHX ＞ RCH2X＞ CH3X
（３）不能用卤代芳烃如氯苯、溴苯代替卤代烷进行烷基化 反应，因为连接在芳环上的卤素反应活性较低，不能进行 烷基化反应。
OH
C H
CCl3 +H2O
若按三氯乙醛：苯=1:9.45，在40℃左右慢慢加入无水AlCl3，则得到香
料中间体三氯甲基苄醇。
C烷基化反应的特点
（1）碳烷基化反应是连串反应：
由于烷基是给电子基团，芳环上引入烷基后，烷基化速度更快。如 苯分子结构中引入乙基后，进一步烷基化反应速度比苯快1.5~3倍。
磷酸或多磷酸：无水磷酸（H3PO4）凝固点42.4 ℃，是烯 烃烷基化的良好催化剂。通常使用85～89％的含水磷酸。 多磷酸是各种磷酸多聚物的混合物，对许多类型的有机物 是良好的溶剂。
OH
HO
OH
H3PO 4
+(C H3)3C O H
HO
二甲苯溶
剂回流
+ C(CH3)3 H2O
优点：烷基化反应时没有氧化副反应，也不会发生芳环的 磺化反应。尤其是芳环上含有敏感性基团（如羟基）时， 用磷酸效果比三氯化铝或硫酸都好。
烷基化反应在精细有机合成中的应用
O
CNH2
+EtBr
OH
NaO H
80~100OC 1. 96MPa
O CNH2
OEt 75%
镇痛药邻乙氧 基苯甲酰胺
NHCH2Ph
Me2NCH2CH2 NCH2Ph
N
+ClCH2CH2NMe2HCl
NaNH2/Tol 6h
N
88%
抗组胺药
CH CH COOH
+
AlCl3
+ NH2
C4H9OH
Z nCl2 210oC 0.8 MPa
NHC4H9
Z 240oC
n2C.2lM2 PaC4H9
NHC4H9 +H2O
NH2Z nCl2
+2C4H9OH+H2SO4
SO3H
(C4H9)2 +3H2O
渗透剂拉开粉BX的合成
Cat
CH3 +CH3OH
H3C
CH3 +H2O
对二甲苯：目前主要采用甲苯歧化反应生成苯和混合二甲苯 的方法制备对二甲苯。Mobil公司开发的改性ZSM-5新型分 子筛（烷基铵型分子筛），甲苯:甲醇(摩尔比)=1:1，400600℃，甲苯单程转率37%，二甲苯理论收率100%（其中 对二甲苯含量约97%）。
5位
CH3CHCH2CH2CHCHCH2CH2CH2CH2CH2CH3
6位 2位
利用丙烯烷基化-酸解技术生产2－萘酚和丙酮，此技术 比过去磺化、碱熔制2－萘酚更先进。
H2SO4 65 O C
SO3H 160OC
SO3H NaO H
O Na
AlCl3 80O C
CH(CH3)2 (1) oxidation
R
R
+
2
R
R
+ H+
R
R
+ R+
利用该原理制备1，2，3－三烷基苯、4-叔丁基苯乙
酮等难于制备的化合物。
R'
R
R
R
R
R
R
(CH3)3CCl AlCl3
R' Cl AlCl3
C(CH3)3
R
R
R'
AlCl3
R
R
C(CH3)3
CH3 CH3 C
CH3
O
CH3 CH3C Cl
C CH3
CH3
AlCl3
O CH3 C
缺点：价格比三氯化铝、硫酸贵得多，限制了应用。
十二烷基苯 目前采用HF为催化剂 十二烷基苯中苯在5、6位异构体含量高，2位异构体含
量只有15%。
0.4-0.6MPa HF + CH3(CH2)9CH=CH2
35-40OC
CH2(CH2)10CH3
实验发现：2-苯基烷烃经过磺化制得的洗涤剂易降解。 UOP公司开发的氟改性硅铝分子筛为催化剂，苯与烯烃 在160℃、1.5MPa反应，2-苯基烷烃含量超过25%。
C、工业生产使用的是一定粒度的颗粒状三氯化铝，既不易吸 潮，还可避免颗粒太小引起反应初期反应过于激烈。
D、只有乙烯作烷基化剂时，生成乙苯，碳原子数3以上的烯 烃，生成支链芳烃（如异丙苯的制备）。
+CH3 CH CH2 AlCl3
CH3 CH 70% CH3
CH2CH2CH3 30 %
（2）质子酸：硫酸、氢氟酸和磷酸。
活性次序是：HF>H2SO4>H3PO4
硫酸是以烯烃、醇、醛和酮为烷基化剂广泛使用的催化剂， 为了避免磺化、氧化、酯化、脱水等副反应，必须选择合适 的浓度。
例如，异丁烯，用85～90％的硫酸催化制备烷基苯，除了 发生烷基化反应外，还发生酯化反应；使用80％的硫酸则不 发生烷基化反应，而发生酯化反应和烷基化产物的聚合反应。
H+ NHCH3
N(CH3)2 +
NH2
（3）实例
液相烷基化：在强酸存在下，芳胺与醇类的反应要求在高 压釜中进行。
strong H2SO4
NH2 +2 CH3OH
200oC
NH(CH3)2+2H2O
临氢烷基化：在骨架镍、钯/炭等催化剂存在时，碱性条件 下，芳胺与醇类的反应制备单烷基胺。因为催化剂具有加 氢功能，可以硝基化合物为原料合成苯胺。
卤烷的C烷基化反应历程
slow
+R+ AlCl4-
H quick
+ R AlCl4-
R
+HCl +AlCl3
当R为叔烷基或仲烷基时，较容易生成R+；当R为伯烷基时，往往不 生成R+，而是以分子络合物参与反应。
R Cl+AlCl3
R Cl AlCl3
R+ AlCl4-
分子络合物 离子对或离子络合物
理论上不消耗三氯化铝，所以用烯烃和卤代烃作烷基化剂时，三氯化 铝的用量只需催化剂量。
§7.1 概述
一、定义 有机物分子中的碳、氮、氧等原子上引入烃基 的反应。 广义上讲，包括引入烷基、烯基、炔基、芳基、 羧甲基(-CH2COOH)、羟甲基(-CH2OH)、氯甲 基（-CH2Cl）等。
二、烃化剂 发生取代反应的：卤烷、醇类和酯类 发生加成反应的：不饱和烃和环氧化合物 发生脱水缩合反应的：醛类和酮类
CH3 C CH3 CH3
（3）低温、低活性催化剂利于形成邻对位异构体；高活性催 化剂如三氯化铝、高温利于形成间位异构体；使用BF3、氯化 锌等更温和的催化剂，利于克服间位异构体的生成。
（4）碳烷基化反应可能发生重排。因此，用伯卤代烷、伯
醇、端烯作烷基化剂时，常发生重排，形成混合物。
+CH3 CH CH2 AlCl3
但是，随着烷基叔目的增多，随着空间位阻的增大，反应速度反而下 降。
高产率制备单烷基化产物：选择适宜的催化剂和反应条件，其中最 重要的是控制原料苯和烷基化剂的用量比，使苯过量较多，反应后回收 利用。
（2）碳烷基化反应是可逆反应：烷基苯在强酸催化剂存在下能 发生烷基的歧化和转移，即苯环上的烷基可以从一个苯环上转 移到另一个苯环上，或从一个位置转移到另一个位置上，如：
OH
OH
Cat +CH2=CH(CH3)3
C(CH3)3
常用甲基叔丁基醚（沸点55.3℃）代替异丁烯（-6.8℃）
醇类对芳环C的烷基化反应
醇类反应活性较弱，一般选用硫酸、氯化锌作催化剂。
用醇的烷基化：在酸性催化剂的作用下，醇对芳胺进行 烷基化时，如果温度不高（200-250℃），首先发生N的 烷基化。如果温度升高，烷基转移到芳环上，主要生成 对位烷基芳胺。
催化剂一般不直接使用无水三氯化铝，直接使用铝锭或铝球。
烯烃：乙烯、丙稀、异丁烯 1、对芳烃C的烷基化
反应历程
催化剂：路易斯酸、质子酸 （1）路易斯酸：三氯化铝
A、新鲜制备的升华无水三氯化铝几乎不溶于烃类，并且对用 烯烃的C烷基化反应没有活性，必须有少量水分或氯化氢存在， 才能显示催化活性。
B、无水三氯化铝吸水性很强，遇水立即分解释放出氯化氢和 大量的热甚至引起爆炸；接触空气会吸潮结块，失去催化活性， 因此应储存在隔绝空气的密闭容器中。
25OC 4h
CH CH2COOH 冠状动脉扩张 药普尼拉明
95%
§7.2 碳的烷基化反应
1877年法国化学家Friedel和美国化学家Crafts将苯和氯甲 烷中加入三氯化铝发生强烈反应，放出氯化氢气体，从反应 混合物中分离出甲苯。
பைடு நூலகம்
AlCl3
+ CH3Cl
CH3
芳烃的选择性烷基化及其后续转化反应是需要重点研究的 问题。
(C2H5)2AlCl 300OC, 6.5-7MPa, 115min
C2H5
NH2 C2H5
87%
NH2 C2H5
97.9%
烷基铝作催化剂，使烷基有选择性地进入芳环氨基或羟基的邻位；遇水 或空气会分解燃烧，因此，反应要求无水、隔绝空气，具有良好的搅拌。
3、烯烃对酚类的C烷基化反应
若用质子酸、Lewis酸、酸性氧化物等催化剂，烷基优 先进入羟基的对位；若用三苯酚铝，则优先进入邻位。
CH3 H2SO4
+CH2 C CH3
CH3
C CH3+CH3
CH3
CH3 C CH3 O SO3H
氢氟酸：沸点19.5℃，凝固点-83 ℃ 主要优点： （1）对含氧、氮和硫的有机物溶解度较大，对烃类也有一定 溶解度，因此，液态时即是催化剂又是溶剂； （2）不易引起副反应，尤其是AlCl3或H2SO4作催化剂有副 反应时，采用氢氟酸较好； （3）沸点低，反应后氢氟酸容易蒸馏除去； （4）凝固点低，容易在低温下反应。 缺点：价格较贵，腐蚀性强。 应用：工业上用于制备十二烷基苯。
四氯化碳与氟苯在无水ZnCl2催化下，生成二（4-氟苯基） 二氯甲烷，经水解得到4,4’-二氟二苯甲酮（熔点109℃）， 用作医药中间体、光记录、电记录材料的成像剂和电荷控 制剂、聚合反应的引发剂及共聚单体。
F + CCl4
ZnCl2
F
-5-0OC
F
Cl C Cl
+H2O
O C
F +2HCl F +2HCl
CH3 CH 70% CH3
CH2CH2CH3 30 %
§7.3 N－烷基化反应
常用的烷基化剂
醇和醚：甲醇、乙醇、甲醚、乙醚等 取代卤烷烷：氯甲烷、碘甲烷、溴乙烷、氯苄等
基化剂
酯类：硫酸二甲酯、硫酸二乙酯、磷酸三甲酯等
加成环烷氧化合物：环氧乙烷、环氧氯丙烷 基化烯剂烃衍生物：丙稀腈、丙烯酸、丙烯酸甲酯 还基原化醛烷剂酮：各种脂肪族和芳香族的醛酮
NH
C CH2 C CH3
CH3 CH3
橡胶防老剂OD
除草剂拉索的中间体2，6-二乙基苯胺，还广泛用于医
药、染料等。高压釜中加入苯胺和催化剂，高温高压下
通入过量的乙烯，得到产品。
NH2
+2CH2=CH2
(C6H5NH)3Al 300OC, 6.5-7MPa, 115min
C2H5
NH2
+2CH2=CH2
1、用醇的N烷化
（1）历程
醇的烷基化活性较弱，需在较强烈的条件下才能进行。对 于活泼的胺类可用价格便宜的醇、醚烷基化。
（2）反应规律
胺类用醇进行的烷基化反应为亲电取代反应，胺的碱性越 强，反应越容易进行。
芳香族胺类，环上的给电子基团使芳胺易烷基化；环上的 吸电子基团使烷基化变困难。
胺类用醇的烷基化反应是连串反应和可逆反应 存在烷基的转移，即烷基化程度不同的胺之间存在着平衡。
(2) acidation
95 %
OH O
+CH3CCH3
思考题
在以下反应中，所用的HF属于那种类型的试剂？
HF +CH2=CH(CH2)9CH3
CH2CH2(CH2)9CH3
CCl3 +3HF
CF3 +3HCl
在苯和烯烃进行烷基化反应中氟化氢是亲电试剂，向 烯烃提供质子。
在三氯甲苯和氟化氢反应制备三氟甲苯反应中，氟化氢 是亲核试剂，参加反应的是负离子F- 。
2、烯烃对芳胺C的烷基化
若用质子酸、Lewis酸或酸性氧化物为催化剂，烷基 优先进入氨基的对位；若用烷基铝为催化剂，则优先 进入氨基的邻位。
NH
CH3 CH3 H3C C H2C C
CH3 CH3
CH3 CH3
+ H3C C CH C CH3
CH3
0.3-0.5MPa 130-150OC
CH3 CH3
（4）卤代烃作烷基化剂一般ZnCl2、AlCl3作催化剂，也可用 BF3、HF。
CH2Cl +
ZnCl2/H2O
70-75OC 10h
CH2
95%
抗过敏药中间体二苯甲烷（沸点140℃/400Pa）
ZnCl2/H2O
Cl
CH2Cl +
70-75OC
CH2
Cl
苯海拉明中间体4-氯二苯甲烷（沸点256℃），也用作 香料取代香叶油，用于香皂和洗发用品。
醛、酮对芳环C的烷基化反应
酮不如醛活泼，只能用于芳胺和酚的C的烷基化。
O
acid
2
OH + CH3CCH3
HO
双酚A的合成
CH3
C
OH
CH3
O Acid
2
+CCl3CH
CHCCl3 +H2O
三氯乙醛、苯和浓硫酸按1:3:1混合，在0-10℃滴入发烟硫酸，得到医
药中间体二苯基三氯乙烷。
O AlCl3 +CCl3CH