氨基化精細有機合成

氨基化精細有機合成第1頁/共59頁2023/4/152第9章氨基化第2頁/共59頁32023/4/15本章教學基本內(nèi)容和要求1、羥基化合物的氨解：了解醇類的氨解、酚類的氨解，掌握苯胺、防老劑丁的制備；了解亞硫酸鹽存在下的氨解：掌握Bucherer反應的適用范圍及應用，了解反應歷程。2、鹵素的氨解a.反應理論：掌握催化氨解和非催化氨解的適用范圍，反應歷程及動力學方程。b.影響因素：掌握胺化劑、鹵素、溶解度、攪拌、溫度對鹵素氨解反應的影響。c.實例：掌握鄰硝基苯胺及2-氨基蒽醌的制備。d.芳胺基化：掌握安安藍B色基的制備。3、了解羰基化合物的氨解。4、了解磺基及硝基的氨解。教學重點：?鹵素的氨解。?亞硫酸鹽存在下的氨解：Bucherer反應。?Hofmann重排反應。教學難點：?催化氨解和非催化氨解的適用范圍、反應歷程及動力學方程。?Bucherer反應的適用范圍、應用、反應歷程。?Hofmann重排反應的應用、反應歷程。第3頁/共59頁42023/4/159.1概述氨解指的是氨與有機物發(fā)生復分解反應而生成伯胺的反應。氨解反應通式可簡單地表示如下：R-Y+NH3→R-NH2+HY式中R可以是脂基或芳基，Y可以是羥基、鹵基、磺酸基或硝基。一、定義氨基化氨解胺化胺化指的是氨與雙鍵加成生成胺的反應。第4頁/共59頁52023/4/15二、反應的目的制備脂肪族伯、仲、叔胺及季銨鹽制備芳胺第5頁/共59頁62023/4/15三、氨基化劑液氨氨水氨氣銨鹽有機胺（伯、仲、叔胺）主要用于需避免水解副反應的氨基化過程。缺點：操作壓力大，過量的液氨較難再以液氨的形式回收。工業(yè)氨水的濃度一般為25%，是廣泛使用的胺化劑。優(yōu)點：來源易得，操作方便，過量的氨可用水吸收循環(huán)使用。第6頁/共59頁72023/4/159.2羥基的氨解第7頁/共59頁82023/4/159.2.1醇羥基的氨解醇類用氨的氨解反應可用下式表示：氣固相接觸催化氨解氣固相臨氫接觸催化胺化氫化高壓液相氨解工藝方法第8頁/共59頁92023/4/15氣固相接觸催化脫水氨解法（1）應用：甲醇氨解制二甲胺；（2）催化劑：SiO2/Al2O3；

（3）溫度：350～500℃；（4）壓力：0.5～5MPa。第9頁/共59頁102023/4/15氣固相臨氫接觸催化胺化氫化

催化醇脫氫催化加氫即將醇、氨和氫的氣態(tài)混合物在200℃左右、常壓或不太高的壓力下通過Cu-Ni催化劑而完成的。其整個反應過程包括：醇的脫氫生成醛或酮、醛或酮的加成胺化、羥基胺的脫水和烯亞胺的加氫生成胺等步驟。第10頁/共59頁112023/4/15仲胺的生成叔胺的生成第11頁/共59頁122023/4/15例如：乙醇連續(xù)氨解生產(chǎn)乙胺。9.2羥基的氨解9.2.1醇類的氨解第12頁/共59頁132023/4/15高壓液相氨解（1）用于C8～10醇的氨；（2）催化劑：骨架鎳或三氧化二鋁。（3）壓力：常壓～0.7MPa。（4）溫度：90～190℃。第13頁/共59頁142023/4/15例如：N,N-二甲基乙胺的制備

異丙胺的制備

環(huán)己胺的制備

O第14頁/共59頁152023/4/15工業(yè)上的乙醇胺類是以環(huán)氧乙烷和氨反應制得：9.2.2環(huán)氧烷類的加成胺化第15頁/共59頁162023/4/15反應條件：

環(huán)氧烷類如環(huán)氧乙烷、環(huán)氧丙烷等在氨作用下采用液相氨解方法，容易轉變成烷基醇胺類。這些反應都是放熱的，通常采用50℃～60℃，1～2MPa壓力等條件即可。應用普通的28％氨水時，可得伯胺、仲胺和叔胺，它們的比例隨氨比不同而變化。如環(huán)氧丙烷氨解時，隨環(huán)氧化物對氨的摩爾比從0.5增至2.5時，叔胺摩爾百分數(shù)由20增至近l00；仲胺摩爾百分數(shù)從最初的40到最大的50，繼而下降為零；伯胺摩爾百分數(shù)連續(xù)下降，并很快由約30變成很小值。已發(fā)現(xiàn)，環(huán)氧乙烷和伯胺、仲胺的反應速度比它和氨的反應速度要快，因此要制備乙醇胺和二乙醇胺時，就必須采用大量過量的氨。第16頁/共59頁172023/4/159.2.3酚類的氨解（芳環(huán)上羥基的氨解）②液相氨解法：它是酚類與氨水在氯化錫、三氯化鋁、氯化銨等催化劑存下于高溫高壓下制取胺類的過程。工業(yè)上實現(xiàn)酚類的氨解法一般有兩種：①氣相氨解法：它是在催化劑(常為硅酸鋁)存在下，氣態(tài)酚類與氨進行的氣固相催化反應；一、苯系酚類的氨解第17頁/共59頁182023/4/15以苯酚氣相催化氨解制苯胺為例：第18頁/共59頁192023/4/15其他酚類的氨解：1、甲苯胺的生產(chǎn)：2、防老劑丁的生產(chǎn)：·200℃～260℃第19頁/共59頁202023/4/15二、萘酚類的氨解（亞硫酸鹽存在的氨解）萘酚與氨在酸式亞硫酸鹽存在下引起的可逆變化，稱布赫爾(Bucherer)反應：第20頁/共59頁212023/4/151、反應歷程2-萘酚先從烯醇式互變異構為酮式，它與亞硫酸氫鈉按兩種方式發(fā)生加成反應生成醇式加成物（Ⅰ）或（Ⅲ），然后（Ⅰ）或（Ⅲ）與氨發(fā)生氨解反應生成胺式產(chǎn)物（Ⅳ）或（Ⅴ），然后（Ⅳ）或（Ⅴ）發(fā)生消除反應脫去亞硫酸氫鈉生成亞胺式的2-萘胺，最后再互變異構為2-萘胺。醇式加成物酮式加成物反應規(guī)律第21頁/共59頁222023/4/15反應歷程第22頁/共59頁232023/4/15反應歷程第23頁/共59頁242023/4/15

1-萘酚和2-萘酚中的羥基都能在酸性亞硫酸鹽存在下置換成氨基，但它們的磺基衍生物并非都能順利進行這類反應，其規(guī)律為：

(A)當羥基處于l位時，2位和3位的磺基對氨解反應起阻礙作用；若在4位上存在磺基，則反應容易進行。

(B)當羥基處于2位時，3位或4位的磺基對氨解起阻礙作用，而1位的磺基起促進作用。

(C)當羥基與磺基不處于同一環(huán)時，磺基的影響很小。2、適用范圍（反應規(guī)律）注意：Bucherer反應是可逆的，因此有時也用于從萘胺衍生物水解制備相應的萘酚衍生物。例如對氨基萘磺酸的水解制1-萘酚-4-磺酸。這時，磺基位置的影響也遵循上述規(guī)律。第24頁/共59頁252023/4/153、應用舉例（1）吐氏酸的制備第25頁/共59頁262023/4/15（2）以2-萘酚為原料制備2-氨基-8-萘酚-6-磺酸(r酸)第26頁/共59頁272023/4/15（3）J酸（2-氨基-5-萘酚-7-磺酸）的制備第27頁/共59頁282023/4/159.3鹵素的氨解9.3.1鹵代芳烴的氨解（芳環(huán)上鹵基的氨解）200～230℃，7MPa170～190℃，3MPa115～120℃，常壓液氨，NaNH2-33℃第28頁/共59頁292023/4/15一、反應理論1、非催化氨解

適用范圍：活潑的鹵素衍生物，如芳環(huán)上含有硝基的鹵素衍生物，通常以氨水處理時，可使鹵素被氨基置換。按鹵素衍生物活潑性的差異，可分為非催化氨解和催化氨解。反應歷程：屬芳香族的親核取代反應。例如：反應動力學：屬雙分子反應（SN2反應），反應速度直接正比于氨和鹵化物的濃度，。9.3.1鹵代芳烴的氨解（芳環(huán)上鹵基的氨解）第29頁/共59頁302023/4/152、催化氨解

適用范圍：對于不活潑的鹵素衍生物，如氯苯、1-氯萘、1-氯萘-4-磺酸和對氯苯胺，要在存在下，才能反應。銅催化劑反應歷程：分兩步進行：一價銅或二價銅都可以作為芳氯化合物氨解時的催化劑，選擇何者則要根據(jù)具體條件而定。當反應溫度低于210℃時，使用一價銅鹽的反應速度快，當反應溫度高于210℃時，則使用二價銅鹽的反應速度快。第一步·第二步···第30頁/共59頁312023/4/15

當氯苯用KNH2在液氨中進行氨解反應時，產(chǎn)物中有將近一半的苯胺，其氨基是連結在與原來的氨互為鄰位的碳原子上：3、用氨基堿氨解

按苯炔歷程進行注意：鄰位氫原子是生成苯炔中間體的必要因素。堿的形式親核試劑第31頁/共59頁322023/4/15鹵代芳烴氨解反應的基本特征：1、芳環(huán)上電子云密度越低，反應越容易進行；芳環(huán)上的吸電子基團越強，離去基團越容易離去，反應越容易進行；2、鹵素不同，反應活性不同。3、吸電基團會使芳環(huán)上電子云密度減小，且主要影響鄰、對位；4、鹵代芳烴上吸電基團較弱時反應難于進行，必須借助于催化劑才能進行，催化劑多用不同價態(tài)的銅。電子云密度Ev活化能與電子云密度的關系第32頁/共59頁332023/4/15二、影響因素1、氨化劑2、鹵化物的結構3、溶解度4、攪拌5、反應溫度常用氨化劑為氨水。芳氯化合物氨解時所用氨的摩爾比稱為氨比，理論上2，實際上，間歇氨解時氨比為6～15；連續(xù)氨解時為10～17。例如硝基只對鄰位和對位離去基因有作用，氨解反應的活潑性順序為：提高反應溫度可加快氨解反應速度；但溫度過高會加劇副反應，甚至出現(xiàn)焦化現(xiàn)象；溫度變化會影響氨水的pH值；因此，采用碳鋼材質(zhì)的高壓釜進行間歇氨解時，反應溫度一般應低于170℃一190℃，在優(yōu)質(zhì)不銹鋼管道中進行連續(xù)氨解時，由于材質(zhì)的抗腐蝕性較強，且氨水用量較多，可以允許在較高的溫度下進行。過量氨的作用第33頁/共59頁342023/4/15過量氨解劑的作用：①提高鹵化物和氨解產(chǎn)物的溶解度②減少芳胺和酚副產(chǎn)物的生成③減少對設備的腐蝕第34頁/共59頁352023/4/15三、反應實例1、鄰硝基氯苯氨解制備鄰硝基苯胺第35頁/共59頁362023/4/152、2-氨基蒽醌的制備制備藍色還原染料的重要中間體反應條件：溫度210℃～218℃，加壓下進行，硫酸銅催化劑，1摩爾2-氯蒽醌需0.09摩爾硫酸銅，氨比為17.5，反應10小時，收率為90％。第36頁/共59頁372023/4/15縛酸劑催化劑溶劑鹵代芳烴干燥胺（氨）蒸發(fā)結晶/過濾氨解蒸餾中和萃取分層目標產(chǎn)品氨溶劑溶劑H2O(酸或堿)溶劑ML溶劑ww.①無水及其他親核試劑②盡可能以過量氨溶劑兼作縛酸劑③必要時加入堿性(或酸性)非質(zhì)子溶劑①高轉化率②高選擇性目標工藝要點回收過量氨或溶劑中和溶解脫除鹽水回收溶劑液固分離除去易揮發(fā)組分①蒸出的胺或溶劑脫水后用②必要時中和后水汽蒸餾分出兩相,必要時加鹽調(diào)密度有機相與水相分離不高于反應溫度,必要時減壓①慢攪拌下冷卻過濾②注意母液的回收干燥(必要時要減壓)推薦的氨解反應工藝第37頁/共59頁382023/4/15四、芳胺基化

以芳胺為氨化劑與鹵素衍生物進行胺化，可使鹵素轉化為芳胺基，也屬親核置換反應，它是芳胺基化反應中的一類重要過程。通過鹵素衍生物的芳胺基化反應，可制備一系列重要中間體，反應中常加入縛酸劑氧化鎂、碳酸鈉、乙酸鈉等，以中和酸性。第38頁/共59頁392023/4/15例如，對硝基氯苯經(jīng)下列路線可制得安安藍B色基：第39頁/共59頁402023/4/15對于不太活潑的芳胺，則加銅鹽催化，又稱烏爾曼(ul1mann)反應。如式中，R＝H，CH3；X＝SO3H，H，Br。當X＝SO3H，R＝H時，則為溴氨酸的芳胺基化，產(chǎn)物可合成蒽醌系深色染料。以1-氨基蒽醌為胺化劑，可得蒽醌亞胺，為蒽醌咔唑染料的中間物：第40頁/共59頁412023/4/15δ-δ-δ+一、脂肪族鹵素衍生物的氨解9.3.2脂肪族鹵素衍生物的氨解脂肪胺常用的制備方法：1.醇的氨解;2.羰基化合物的胺化氫化;3.-CN和-CONH2的加氫.第41頁/共59頁422023/4/15脂肪族鹵代物的氨解是制取脂肪胺的重要方法之一，亦屬親核置換反應，但同時往往有脫去鹵化氫的消除反應發(fā)生。如：一、脂肪族鹵素衍生物的氨解氯乙酸經(jīng)氨解得氨基乙酸，又稱甘氨酸，它是醫(yī)藥、有機合成、生物化學研究的重要原料。第42頁/共59頁432023/4/15二氯乙烷氨水氨解中和NaOH脫鹽精餾70%乙二胺第43頁/共59頁442023/4/159.4芳環(huán)上磺基的氨解磺基的氨解也是親核置換反應。苯環(huán)和萘環(huán)上磺基的氨解相當困難，但是蒽醌環(huán)上的磺基由于9，10位兩個羰基的活化作用，比較容易氨解。蒽醌-2,6-二磺酸2,6-二氨基蒽醌此法還可用于從蒽醌-1-磺酸、蒽醌-1,5-二磺酸和1,8-二磺酸制1-氨基蒽醌、1,5-二氨基蒽醌和1,8-二氨基蒽醌。第44頁/共59頁452023/4/15硝基的氨解這里主要是指硝基蒽醌經(jīng)氨解為氨基蒽醌。9.5芳環(huán)上硝基的氨解第45頁/共59頁462023/4/15要使該反應實現(xiàn)．首先芳環(huán)上應存在著吸電子取代基，以降低芳環(huán)堿性；其次，要有氧化劑或電子受體參加，以便在反應中幫助H脫去，所以用氨基對包含有電子受體的原子或基團的芳香化合物進行氫的直接取代是可能的。但應該指出，這種方法目前尚處于探索性的研究階段。9.6直接氨解（自學）羰基化合物的氨解第46頁/共59頁472023/4/15一、堿性介質(zhì)中以羥胺為胺化劑的直接氨解9.6直接氨解（自學）第47頁/共59頁482023/4/15例如：第48頁/共59頁492023/4/15二、芳烴用氨的催化氨解苯或其同系物用氨在高溫、存在下可氣相催化氨解為苯胺：催化劑為Ni-Zr-稀土元素（鑭、釔、鈥、鏑、鐿、釤、鐠）混合物1-氨基蒽醌在金屬鹽(CoCl2)催化劑存在下可直接氨解：9.6直接氨解（自學）第49頁/共59頁502023/4/159.7羰基化合物的胺化氫化

在還原劑存在下，羰基化合物（醛或酮）與氨、氫氣發(fā)生胺化氫化反應，分別生成伯胺、仲胺或叔胺。反應生成的伯胺同樣也能與原料醛反應，生成仲胺甚至生成叔胺。例如：第50頁/共59頁512023/4/15由不飽和醛經(jīng)胺化氫化可制得飽和胺：利用苯甲醛與伯胺反應，再加氫，此法只生成仲胺。例如：幻燈片53第51頁/共59頁522023/4/15脂肪胺的制備方法：1、脂肪族鹵素衍生物的氨解；2、醇羥基的氨解3、羰基化合物的氨解芳香胺的制備方法：1、鹵代芳烴的氨解；2、酚羥基的氨解3、芳環(huán)上磺基、硝基的氨解；4、芳環(huán)上氫的直接氨解5、硝基化合物的還原反應引入氨基的方法第52頁/共59頁532023/4/159-8、寫出由對硝基氯苯制備：（1）供合成染料用和（2）供合成醫(yī)藥用2-氯-4-硝基苯胺的合成路線，并作簡要說明。說明：對硝基氯苯的氨解制對硝基苯胺有大規(guī)模生產(chǎn)，對硝基苯胺的環(huán)上親電取代一氯化工藝簡單，生產(chǎn)費用低，但上述氯化反應是連串反應，產(chǎn)品中含有少量的對硝