精細(xì)有機(jī)合成化學(xué)與工藝學(xué)第9章氨基化

2024/11/71第9章氨基化22024/11/7本章教學(xué)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(yīng)的適用范圍及應(yīng)用，了解反應(yīng)歷程。2、鹵素的氨解a.反應(yīng)理論：掌握催化氨解和非催化氨解的適用范圍，反應(yīng)歷程及動(dòng)力學(xué)方程。b.影響因素：掌握胺化劑、鹵素、溶解度、攪拌、溫度對(duì)鹵素氨解反應(yīng)的影響。c.實(shí)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(lán)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(xué)重點(diǎn)：?鹵素的氨解。?亞硫酸鹽存在下的氨解：Bucherer反應(yīng)。?Hofmann重排反應(yīng)。教學(xué)難點(diǎn)：?催化氨解和非催化氨解的適用范圍、反應(yīng)歷程及動(dòng)力學(xué)方程。?Bucherer反應(yīng)的適用范圍、應(yīng)用、反應(yīng)歷程。?Hofmann重排反應(yīng)的應(yīng)用、反應(yīng)歷程。32024/11/79.1概述氨解指的是氨與有機(jī)物發(fā)生復(fù)分解反應(yīng)而生成伯胺的反應(yīng)。氨解反應(yīng)通式可簡(jiǎn)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(yīng)。42024/11/7二、反應(yīng)的目的制備脂肪族伯、仲、叔胺及季銨鹽制備芳胺52024/11/7三、氨基化劑液氨氨水氨氣銨鹽有機(jī)胺（伯、仲、叔胺）主要用于需避免水解副反應(yīng)的氨基化過(guò)程。缺點(diǎn)：操作壓力大，過(guò)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(diǎn)：來(lái)源易得，操作方便，過(guò)量的氨可用水吸收循環(huán)使用。62024/11/79.2羥基的氨解72024/11/79.2.1醇羥基的氨解醇類用氨的氨解反應(yīng)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82024/11/7氣固相接觸催化脫水氨解法（1）應(yīng)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。92024/11/7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(guò)Cu-Ni催化劑而完成的。其整個(gè)反應(yīng)過(guò)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。102024/11/7仲胺的生成叔胺的生成112024/11/7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122024/11/7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℃。132024/11/7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

O142024/11/7工業(yè)上的乙醇胺類是以環(huán)氧乙烷和氨反應(yīng)制得：9.2.2環(huán)氧烷類的加成胺化152024/11/7反應(yīng)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(zhuǎn)變成烷基醇胺類。這些反應(yīng)都是放熱的，通常采用50℃～60℃，1～2MPa壓力等條件即可。應(yīng)用普通的28％氨水時(shí)，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(shí)，隨環(huán)氧化物對(duì)氨的摩爾比從0.5增至2.5時(shí)，叔胺摩爾百分?jǐn)?shù)由20增至近l00；仲胺摩爾百分?jǐn)?shù)從最初的40到最大的50，繼而下降為零；伯胺摩爾百分?jǐn)?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(yīng)速度比它和氨的反應(yīng)速度要快，因此要制備乙醇胺和二乙醇胺時(shí)，就必須采用大量過(guò)量的氨。162024/11/79.2.3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(guò)程。工業(yè)上實(shí)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(jìn)行的氣固相催化反應(yīng)；一、苯系酚類的氨解172024/11/7以苯酚氣相催化氨解制苯胺為例：182024/11/7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℃192024/11/7二、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(yīng)：202024/11/71、反應(yīng)歷程2-萘酚先從烯醇式互變異構(gòu)為酮式，它與亞硫酸氫鈉按兩種方式發(fā)生加成反應(yīng)生成醇式加成物（Ⅰ）或（Ⅲ），然后（Ⅰ）或（Ⅲ）與氨發(fā)生氨解反應(yīng)生成胺式產(chǎn)物（Ⅳ）或（Ⅴ），然后（Ⅳ）或（Ⅴ）發(fā)生消除反應(yīng)脫去亞硫酸氫鈉生成亞胺式的2-萘胺，最后再互變異構(gòu)為2-萘胺。醇式加成物酮式加成物反應(yīng)規(guī)律212024/11/7反應(yīng)歷程222024/11/7反應(yīng)歷程232024/11/7

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(jìn)行這類反應(yīng)，其規(guī)律為：

(A)當(dāng)羥基處于l位時(shí)，2位和3位的磺基對(duì)氨解反應(yīng)起阻礙作用；若在4位上存在磺基，則反應(yīng)容易進(jìn)行。

(B)當(dāng)羥基處于2位時(shí)，3位或4位的磺基對(duì)氨解起阻礙作用，而1位的磺基起促進(jìn)作用。

(C)當(dāng)羥基與磺基不處于同一環(huán)時(shí)，磺基的影響很小。2、適用范圍（反應(yīng)規(guī)律）注意：Bucherer反應(yīng)是可逆的，因此有時(shí)也用于從萘胺衍生物水解制備相應(yīng)的萘酚衍生物。例如對(duì)氨基萘磺酸的水解制1-萘酚-4-磺酸。這時(shí)，磺基位置的影響也遵循上述規(guī)律。242024/11/73、應(yīng)用舉例（1）吐氏酸的制備252024/11/7（2）以2-萘酚為原料制備2-氨基-8-萘酚-6-磺酸(r酸)262024/11/7（3）J酸（2-氨基-5-萘酚-7-磺酸）的制備272024/11/79.3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℃282024/11/7一、反應(yīng)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(shí)，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(yīng)歷程：屬芳香族的親核取代反應(yīng)。例如：反應(yīng)動(dòng)力學(xué)：屬雙分子反應(yīng)（SN2反應(yīng)），反應(yīng)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）292024/11/72、催化氨解

適用范圍：對(duì)于不活潑的鹵素衍生物，如氯苯、1-氯萘、1-氯萘-4-磺酸和對(duì)氯苯胺，要在存在下，才能反應(yīng)。銅催化劑反應(yīng)歷程：分兩步進(jìn)行：一價(jià)銅或二價(jià)銅都可以作為芳氯化合物氨解時(shí)的催化劑，選擇何者則要根據(jù)具體條件而定。當(dāng)反應(yīng)溫度低于210℃時(shí)，使用一價(jià)銅鹽的反應(yīng)速度快，當(dāng)反應(yīng)溫度高于210℃時(shí)，則使用二價(jià)銅鹽的反應(yīng)速度快。第一步·第二步···302024/11/7

當(dāng)氯苯用KNH2在液氨中進(jìn)行氨解反應(yīng)時(shí)，產(chǎn)物中有將近一半的苯胺，其氨基是連結(jié)在與原來(lái)的氨互為鄰位的碳原子上：3、用氨基堿氨解

按苯炔歷程進(jìn)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312024/11/7鹵代芳烴氨解反應(yīng)的基本特征：1、芳環(huán)上電子云密度越低，反應(yīng)越容易進(jìn)行；芳環(huán)上的吸電子基團(tuán)越強(qiáng)，離去基團(tuán)越容易離去，反應(yīng)越容易進(jìn)行；2、鹵素不同，反應(yīng)活性不同。3、吸電基團(tuán)會(huì)使芳環(huán)上電子云密度減小，且主要影響鄰、對(duì)位；4、鹵代芳烴上吸電基團(tuán)較弱時(shí)反應(yīng)難于進(jìn)行，必須借助于催化劑才能進(jìn)行，催化劑多用不同價(jià)態(tài)的銅。電子云密度Ev活化能與電子云密度的關(guān)系322024/11/7二、影響因素1、氨化劑2、鹵化物的結(jié)構(gòu)3、溶解度4、攪拌5、反應(yīng)溫度常用氨化劑為氨水。芳氯化合物氨解時(shí)所用氨的摩爾比稱為氨比，理論上2，實(shí)際上，間歇氨解時(shí)氨比為6～15；連續(xù)氨解時(shí)為10～17。例如硝基只對(duì)鄰位和對(duì)位離去基因有作用，氨解反應(yīng)的活潑性順序?yàn)椋禾岣叻磻?yīng)溫度可加快氨解反應(yīng)速度；但溫度過(guò)高會(huì)加劇副反應(yīng)，甚至出現(xiàn)焦化現(xiàn)象；溫度變化會(huì)影響氨水的pH值；因此，采用碳鋼材質(zhì)的高壓釜進(jìn)行間歇氨解時(shí)，反應(yīng)溫度一般應(yīng)低于170℃一190℃，在優(yōu)質(zhì)不銹鋼管道中進(jìn)行連續(xù)氨解時(shí)，由于材質(zhì)的抗腐蝕性較強(qiáng)，且氨水用量較多，可以允許在較高的溫度下進(jìn)行。過(guò)量氨的作用332024/11/7過(guò)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(duì)設(shè)備的腐蝕342024/11/7三、反應(yīng)實(shí)例1、鄰硝基氯苯氨解制備鄰硝基苯胺352024/11/72、2-氨基蒽醌的制備制備藍(lán)色還原染料的重要中間體反應(yīng)條件：溫度210℃～218℃，加壓下進(jìn)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(yīng)10小時(shí)，收率為90％。362024/11/7縛酸劑催化劑溶劑鹵代芳烴干燥胺（氨）蒸發(fā)結(jié)晶/過(guò)濾氨解蒸餾中和萃取分層目標(biāo)產(chǎn)品氨溶劑溶劑H2O(酸或堿)溶劑ML溶劑ww.①無(wú)水及其他親核試劑②盡可能以過(guò)量氨溶劑兼作縛酸劑③必要時(shí)加入堿性(或酸性)非質(zhì)子溶劑①高轉(zhuǎn)化率②高選擇性目標(biāo)工藝要點(diǎn)回收過(guò)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(shí)中和后水汽蒸餾分出兩相,必要時(shí)加鹽調(diào)密度有機(jī)相與水相分離不高于反應(yīng)溫度,必要時(shí)減壓①慢攪拌下冷卻過(guò)濾②注意母液的回收干燥(必要時(shí)要減壓)推薦的氨解反應(yīng)工藝372024/11/7四、芳胺基化

以芳胺為氨化劑與鹵素衍生物進(jìn)行胺化，可使鹵素轉(zhuǎn)化為芳胺基，也屬親核置換反應(yīng)，它是芳胺基化反應(yīng)中的一類重要過(guò)程。通過(guò)鹵素衍生物的芳胺基化反應(yīng)，可制備一系列重要中間體，反應(yīng)中常加入縛酸劑氧化鎂、碳酸鈉、乙酸鈉等，以中和酸性。382024/11/7例如，對(duì)硝基氯苯經(jīng)下列路線可制得安安藍(lán)B色基：392024/11/7對(duì)于不太活潑的芳胺，則加銅鹽催化，又稱烏爾曼(ul1mann)反應(yīng)。如式中，R＝H，CH3；X＝SO3H，H，Br。當(dāng)X＝SO3H，R＝H時(shí)，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：402024/11/7δ-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.412024/11/7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(yīng)，但同時(shí)往往有脫去鹵化氫的消除反應(yīng)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(jī)合成、生物化學(xué)研究的重要原料。422024/11/7二氯乙烷氨水氨解中和NaOH脫鹽精餾70%乙二胺432024/11/79.4芳環(huán)上磺基的氨解磺基的氨解也是親核置換反應(yīng)。苯環(huán)和萘環(huán)上磺基的氨解相當(dāng)困難，但是蒽醌環(huán)上的磺基由于9，10位兩個(gè)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。442024/11/7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452024/11/7要使該反應(yīng)實(shí)現(xiàn)．首先芳環(huán)上應(yīng)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(yīng)中幫助H脫去，所以用氨基對(duì)包含有電子受體的原子或基團(tuán)的芳香化合物進(jìn)行氫的直接取代是可能的。但應(yīng)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(xué)）羰基化合物的氨解462024/11/7一、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(xué)）472024/11/7例如：482024/11/7二、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(xué)）492024/11/79.7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(yīng)，分別生成伯胺、仲胺或叔胺。反應(yīng)生成的伯胺同樣也能與原料醛反應(yīng)，生成仲胺甚至生成叔胺。例如：502024/11/7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(yīng)，再加氫，此法只生成仲胺。例如：幻燈片53512024/11/7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(yīng)引入氨基的方法522024/11/79-8、寫出由對(duì)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(jiǎn)要說(shuō)明。說(shuō)明：對(duì)硝基氯苯的氨解制對(duì)硝基苯胺有大規(guī)模生產(chǎn)，對(duì)硝基苯胺的環(huán)上親電取代一氯化工藝簡(jiǎn)單，生產(chǎn)費(fèi)用低，但上述氯化反應(yīng)是連串反應(yīng)，產(chǎn)品中含有少量的對(duì)硝基苯胺和2,6-二氯-4-硝基苯胺，很難分離提純，不能用作醫(yī)藥中間體。但是在用重氮化-偶合法制偶氮型分散染料時(shí)，雜質(zhì)對(duì)硝基苯胺和2,6-二氯-4-硝基苯胺也生成了色光接近的偶氮染料，其混合可用于配制商品染料。532024/11/7說(shuō)明：對(duì)硝基氯苯的環(huán)上取代氯化是連串反應(yīng)，商品氯化物中有對(duì)硝基氯苯和硝基多氯苯等雜質(zhì)，但可用高效精餾法分離精制，3,4—二氯硝基苯分子中硝基