1、1第十二章第十二章 羟基化羟基化 2第一节第一节 概述概述 一、羟基化反应及其重要性一、羟基化反应及其重要性 羟基化是指向有机化合物分子中引入羟基制得醇、酚等物质的反应。 羟基化产物在精细化工中具有广泛的用途，主要用于生产合成树脂、各种助剂、染料、农药、表面活性剂、香料和食品添加剂等。另外，通过酚羟基的转化反应还可以制得烷基酚醚、二芳醚、芳伯胺和二芳基仲胺等许多含其他官能团的重要中间体和产物。 3 二、羟基化方法二、羟基化方法 磺化碱熔、水解等。 4第二节第二节 芳磺酸盐的碱熔芳磺酸盐的碱熔 一、碱熔反应及其影响因素一、碱熔反应及其影响因素 1. 碱熔反应概述碱熔反应概述 （1）反应机理：属于
2、亲核置换反应 （2）举例： 例如 2-萘酚钠的合成： SO3NaNaOHONaNa2SO3H-OH+2+5 芳磺酸盐在高温与熔融的苛性碱溶液作用下，使磺酸基被羟基所置换的反应称为碱熔。生成的酚再用无机酸酸化，即转变成游离酚。 SO3SO3OHOH-OHO+6 2. 影响因素影响因素 （1）磺酸的结构 碱熔反应属于亲核置换反应，因此芳环上含有吸电子基（如磺酸基和羧基）时，对磺酸基的碱熔起活化作用。 （2）无机盐的影响 在用熔融碱进行碱熔时，磺酸盐中无机盐含量要求控制在10%（质量分率）以下。7 （3）碱熔的温度和时间 不活泼芳磺酸的碱熔反应需在较高的温度下（300400）进行，活泼的芳磺酸可在较
3、低的温度（180270） 进行，更活泼的萘系多磺酸的碱熔反应可在更低的温度下进行。 必须根据具体反应选择适宜的碱熔温度和时间。 （4）碱的浓度和用量 磺酸盐碱熔时，磺酸盐与碱熔剂的理论用量比是1：2（物质的量比），但实际上碱必须过量。8 二、碱熔方法二、碱熔方法 1. 用熔融碱的常压碱熔（常压高温碱熔）用熔融碱的常压碱熔（常压高温碱熔） 此法主要用于磺基活泼的情况，也可用于单磺酸或多磺酸中的磺基完全被羟基置换。用这种方法可以制得苯系和萘系许多酚类，重要的有苯酚、间苯二酚、混合甲酚、1- 萘酚、2- 萘酚等。 SO3NaNaOHONaNa2SO3H-OH+2+9 2. 用浓碱液的常压碱熔（常压中
4、温碱熔）用浓碱液的常压碱熔（常压中温碱熔） 萘系的某些多磺酸、氨基和羟基多磺酸可用70 80 %苛性钠溶液进行常压碱熔。反应温度是常压下碱液的沸点（180 270）。此法可使萘多磺酸中的一个磺基被羟基置换，而氨基和其他磺基则不受影响。 NH2SO3NaNaO3SNaOHNH2ONaNaO3SH3OHO3SOHNH2+J酸10 3. 用稀碱液的加压碱熔（加压中温碱熔）用稀碱液的加压碱熔（加压中温碱熔） 萘系的多磺酸也可以用稀碱液（20 30）在180 230进行碱熔。因这种反应温度已超过了稀碱液的常压时的沸点，所以碱熔过程需要在压热釜中进行。通过控制反应温度和碱浓度来控制多磺酸中磺基被置换的数目
5、或控制芳环上的氨基是否被水解。 NaO3SNH2NaOHNaOHONaONaNaO3SONa熔 融32050%200 220，1.1MPa11 三、应用实例三、应用实例 1. 2-萘酚的制备萘酚的制备 2-萘酚及其磺酸衍生物是合成染料、有机颜料、农用化学品、医药化学品、香料以及表面活性剂的重要中间体。12 萘的高温磺化-碱熔法是生产2-萘酚的主要方法。它是在碱熔锅中加入熔融碱，在285320下慢慢加入2-萘磺酸钠湿滤饼（含-盐70%80%），物质的量之比为1:2.3。加料完毕，快速升温到330340，保温30min左右，当碱熔物中的游离碱含量下降到4%以下时为反应终点。碱熔过程的收率可达90%
6、95%。将碱熔物放入热水中，使其完全溶解，然后在6080用酸酸化，静置分层，用热水洗去有机层中的无机盐，经脱水、蒸馏，得到产物2-萘酚。 13 2. 2-氨基氨基-5-萘酚萘酚-7-磺酸（磺酸（J酸）的生产酸）的生产 J酸也是重要的染料中间体，它是由吐氏酸经磺化、酸性水解和碱熔而制得的。 其化学反应过程如下： NH2SO3HHO3SSO3HSO3HNH2发烟硫酸磺化酸性水解中和盐析NaO3SSO3NaNH2HO3SOHNH2 60% NaOH，碱熔190，0.3 0.4MPa（然后酸析）J 酸14 该法是在碱熔锅中加入45%的碱液和固碱，在190200和0.30.4MPa时，加入氨基J酸钠盐，
7、再在190200保温反应6h，然后进行中和，酸析得J酸。 思考：写出分别由氯苯和苯磺酸为原料制备间硝基苯酚的合成方法。 15第三节第三节 有机化合物的水解有机化合物的水解 一、卤化物的水解一、卤化物的水解 1. 脂肪族卤化物的水解脂肪族卤化物的水解 碱性脱氯化氢反应的活泼性随-碳原子上氢原子的酸性增强而增加，当分子中存在吸电子取代基时，有利于消除反应的发生。 当氯原子和羟基处在相邻位置的氯代醇类化合物与碱作用时，存在取代和消除两种反应的可能性。不过，前者生成二元醇，后者生成-氧化物。 16 由此可见，当氯衍生物与碱作用时，亲核取代与消除反应都有可能发生，何者为主与许多因素有关，如温度、介质、水
8、解剂等，其中对反应选择性起决定作用的是水解剂的选择。进行取代反应要求采用亲核性较强的弱碱(如Na2CO3)作水解剂，进行消除反应时要求采用亲核性较弱的强碱(如NaOH)作水解剂。 CH3CHCH2-ClOH+ NaOHCH3CHCH2-OH + NaClOHCH3CHCH2O+ NaCl + H2O17 2. 芳香族卤化物的水解芳香族卤化物的水解 （1）氯苯水解制苯酚 碱性高压水解。 C6H5Cl + 2 NaOHC6H5ONa + NaCl + H2OC6H5ONa+ C6H5ClC6H5OC6H5+ NaCl18 常压气固相接触催化水解法。 此法的缺点是催化剂活性下降快，转化率低。 现在氯
9、苯水解法制取苯酚已逐渐被异丙苯氧化-酸解法所取代。 C6H5Cl + H2OC6H5OH + HCl19 （2）多氯苯的水解 二氯苯分子中的氯基虽然稍微活泼一些，但是氯基的水解仍需要相当强的反应条件。而多氯苯分子中的氯基要活泼一些，氯基的水解需要比较强的反应条件。 1,2,4,5-四氯苯与氢氧化钠的甲醇溶液在130150、0.11.4MPa反应可以得到2,4,5-三氯苯酚。 20 （3）硝基氯苯的水解 当苯环上氯基的邻位或对位含有硝基时，由于硝基的强吸电子作用的影响，苯环上与氯基相连的碳原子上的电子云密度显著降低，亲核反应活性显著增加，使氯基较易水解。因此只需要用稍过量的氢氧化钠溶液，在较温和
10、的反应条件下进行水解。例如： 21ClNO2ONaNO2ClNO2NO2ONaNO2NO2+ 2NaOH+2 NaOH160,0.6MPa(10%15%溶液)(10%水溶液)90100,常压+ NaCl+ H2ONaCl+ H2O+22 3相转移催化卤化物的水解相转移催化卤化物的水解 采用的催化剂是其中含有一个长碳链烷基的季铵盐，以便具有一定的亲油性，在反应过程中，R(CH3)3N+OH-被带入有机相与氯化物发生水解反应，生成的R(CH3)3N+Cl-回到水相，与水相中的OH-进行离子交换又得到R(CH3)3N+OH-，加入相转移催化剂可以使水解反应加速。 有机相水 相R(CH3)3N+Cl+
11、 ROHR(CH3)3N+OH+ RClR(CH3)3N+Cl+ OHR(CH3)3N+OH+ Cl23 向反应体系中加入表面活性剂，由于可产生乳化作用，降低扩散阻力，也可加速反应，例如当进行2，4-二硝基氯苯的水解时，如加入含1218个碳原子的N-烷基吡啶氯化物阳离子表面活性剂，可使水解反应加速。 24 二、重氮盐的水解二、重氮盐的水解 NO2Fe/H-ClNH2NaNO2,H-ClN2ClNaNO2,H2SO4,N2HSO4氯 化重 氮苯重 氮苯 硫 酸 氢 盐050525 重氮盐在酸性条件下水解可制得酚。此法对某些不易制得的酚具有重要的制备意义。如：间氯苯酚的合成： NO2Cl2FeCl
12、NO2Fe/H-ClNH2ClNaNO2,H2SO4N2HSO4ClH3OOHCl+0526 重氮盐是很活泼的化合物，水解时会发生各种副反应。为了避免这些副反应，总是将冷的重氮硫酸盐溶液慢慢加到热的或沸腾的稀硫酸中，使重氮盐在反应液中的浓度始终很低。水解生成的酚最好随同水蒸气一起蒸出。 重氮盐的水解不宜用盐酸和重氮盐酸盐，因氯原子的存在会导致重氮基被氯原子取代。 27NH2NaNO2H-ClN2ClN2ClH3OOHN2Cl+低温+副反 应28 三、芳伯胺的水解三、芳伯胺的水解 1. 酸性水解酸性水解 酸性水解反应是在稀硫酸中、在高温和压力下进行的。此法的优点是工艺过程简单。缺点是要用搪铅的压
13、热釜，设备腐蚀严重，生产能力低、酸性废水处理量大。酸性水解主要用于从1-萘胺水解制1-萘酚。 NH2OHH2SO4NH4HSO4+H2O+15%20%硫 酸200，1.21.5MPa +29 2. 碱性水解碱性水解 在磺酸基碱熔时，如果提高碱熔温度，可以使萘环上位的磺酸基和位的氨基同时被羟基所置换。此法只用于变色酸（1,8-二羟基萘-3,6-二磺酸）的制备。反应式如下： NH2NaO3SSO3HH4NO3SNH2NaO3SSO3HOH16%NaOH, 228, 2.8MPa反应 10h,然后酸析碱熔水解水解T 酸铵钠盐H 酸单钠盐NaO3SSO3HOH OH变色酸30 3. 在亚硫酸氢钠溶液中
14、水解在亚硫酸氢钠溶液中水解 在工业上，此法用于由1-氨基-4-萘磺酸制备1-羟基-4-萘磺酸（NW酸）。 但是，在1-位氨基的邻位、间位和对位有磺酸基时，对布赫勒反应有阻碍作用，限制了此法的应用范围。 NH2SO3HOHSO3HNaHSO331 四、硝基化合物的水解四、硝基化合物的水解 OOO2NNO2OOOO -+ 2Ca(OH)2环丁砜280Ca2+ Ca(NO2)2+ H2O2 32 五、应用实例五、应用实例 12,4-二硝基苯酚的生产二硝基苯酚的生产 2,4-二硝基苯酚为浅黄色结晶，它主要用于硫化染料、苦味酸和显像剂的生产。其合成反应式如下： Cl+ HNO3H2SO455 80ClN
15、O2+H2OClNO2+ HNO3H2SO465 100ClNO2NO2+ H2O33 首先将氯苯加入到硝化锅中，然后逐渐加入混酸，加料温度控制在55左右。混酸加完后，升温至80维持半小时，静置半小时后分离出废酸，一硝基氯苯留在锅内。在一硝基氯苯中在加入混酸，反应温度控制在65，混酸加毕，升温至100维持1小时。静置半小时后分离出废酸,用热水洗至不呈酸性。然后加入10%的氢氧化钠水溶液，在90100下，常压碱熔，冷却后过滤析出钠盐。用盐酸酸化钠盐至溶液pH=1，即可得2,4-二硝基苯酚黄色结晶状产品。 ClNO2NO2ONaNO2NO2+2NaOH(10%水 溶 液)90100,常 压NaCl
16、+H2O+34 22,3-二甲基苯酚的生产二甲基苯酚的生产 2,3-二甲基苯酚为白色针状结晶，溶于醇和醚等溶剂。主要用于有机合成。工业上通过重氮盐水解法制得，其合成过程如下： NH2CH3CH3NaNO2H2SO4N2HSO4CH3CH3H2SO4OHCH3CH335 先将2,3-二甲基苯胺和硫酸的混合物冷却至05，逐渐加入亚硝酸钠溶液进行重氮化反应。然后将重氮盐缓缓加入到已预热至160的稀硫酸中进行水解反应，生成的2,3-二甲基苯酚用水蒸汽蒸馏，所得的粗品用苯重结晶，即可得到产品。 36第四节第四节 其它羟基化反应其它羟基化反应 一、烃类的氧化一、烃类的氧化-酸解制酚酸解制酚 1异丙苯氧化异
17、丙苯氧化-酸解制苯酚酸解制苯酚 用异丙苯法合成苯酚是当前世界各国生产苯酚最重要的路线，它以苯和丙烯为原料，在催化剂存在下首先烷化得到异丙苯，而后用空气氧化得到异丙苯过氧化氢，最后经酸性分解得到苯酚和丙酮，每生产1吨苯酚，将联产0.6吨丙酮。因此这条路线的发展规模与经济效益，与丙酮的销路和价格密切相关。此法的优点是原料易得，不需要消耗大量的酸碱，而且三废少，能连续操作，生产能力大，成本低。其基本反应过程如下： 37 当异丙苯氧化时，开始只生成异丙苯过氧化氢，在许多因素的影响下，如温度、氧化深度、原料异丙苯的纯度、催化剂的用量、反应器壁的材料等，在氧化过程中能进一步生成许多氧化副产物。例如： CH
18、3CH=CH2CH(CH3)2O2C(CH3)2OOHOH+ CH3COCH3酸解C6H5C(CH3)2OOHC6H5COCH3+ CH3OHC6H5C(CH3)2OOHC6H5C(CH3)2OH + O238 异丙苯过氧化是制取苯酚和丙酮过程中的必要过程，获得最大的过氧化氢收率和尽量减少副产物生成，在整个生产过程中起十分重要的作用。由于酸性分解是放热反应，如果温度过高，异丙苯过氧化氢会按其他方式分解，产生副产物。甚至会发生爆炸事故。因此必须小心控制酸解温度，一般控制在60100。异丙苯过氧化氢酸性分解可以使用各种不同的酸，如硫酸、磷酸、对甲苯磺酸等。如果用硫酸作催化剂时，以80%异丙苯过氧化
19、氢氧化液在86左右进行酸分解反应最好，可利用丙酮的沸腾回流来控制反应温度。酸解液中约含苯酚30%35%，丙酮44%，异丙苯8%9%，甲基苯乙烯3%4%，苯乙酮2%。可以用适当的碱或离子交换树脂中和此溶液，加入适量水以利于除去无机盐，然后通过分离水洗或通过蒸馏获得产物。 39 2间甲酚的合成间甲酚的合成 甲酚有三种异构体，其中间甲酚是制备农药的重要中间体。甲苯异丙基化时主要生成异丙基甲苯，一般不经分离直接进行氧化酸解。因此涉及到混合甲酚的分离，其总的工艺流程比异丙苯法制备苯酚复杂的多。其反应式可表示如下： 40酸性分解CH3OH+CH3COCH3CH3CH3CCH3OOHCH3+ CH2=CHC
20、H3异丙基化CH3HCH3CCH3+O2CH3CH3CCH3OOH 液相氧化(空气)CH3HCH3CCH341 异丙基甲苯分子中有异丙基和甲基两个烷基，氧化时生成两种过氧化氢物。叔过氧化氢物酸性分解生成甲酚和丙酮，二伯过氧化氢物酸性分解则生成异丙基苯酚甲醛和树脂物。因此混合甲酚的收率比苯酚低。制得的混合物中约含有2/3的间甲酚和1/3的对甲酚。两者的性质极其接近，不能用通常的方法分离。目前采用异丁烯烷化法分离，反应式如下。42OHCH3+CH2=C(CH3)2H2SO470CH3(CH3)3CCH3C(CH3)3OHCH3+ CH2=C(CH3)2H2SO470OHCH3(CH3)3CC(CH
21、3)343 通过上述反应，可分别生成4,6-二叔丁基间甲酚和2,6-二叔丁基对甲酚，二者的沸点相差很大，可以通过精馏分离。分出的4,6-二叔丁基间甲酚在催化剂硫酸作用下，脱去叔丁基即可得到间甲酚，而副产2,6-二叔丁基对甲酚进一步精制得抗氧剂BHT（二叔丁基对甲苯酚）。 近来又出现了尿素络合物分离法。在甲苯中在10尿素与间甲酚形成络合物结晶，可用过滤法分离。将此络合物在甲苯中加热至8090，便分解为间甲酚和尿素。此法工艺简单、原料易得、产品纯度可达98%以上，适于中小型企业生产。 44 二、芳羧酸的氧化二、芳羧酸的氧化-脱羧制酚脱羧制酚 反应过程如下： （1）甲苯的氧化 CH3+O23/2 C
22、o140COOH+H2O45 （2）苯甲酸铜的热分解 COOHCuOCOO Cu 自身氧化还原OCOOHCO+COOCu246 （3）苯甲酸亚铜再生为苯甲酸铜 +2+ 1/2O22+ H2OCOOHCOO Cu氧化COOCu247 （4）苯甲酰基水杨酸水解生成水杨酸 +H2O水解COOHOCOOHCOCOOHOH48 （5）水杨酸脱羧生成苯酚 COOHOHOHCO2热脱羧+49 从总的反应式可以看到，这是一个均相催化反应，在反应过程中铜盐并不消耗，向铜盐中加入镁盐可起助催化剂的作用，由于反应温度高于苯酚沸点，生成的苯酚可随水蒸气一起蒸出，将混合汽送入分馏塔，向塔中加入甲苯，利用共沸蒸馏去水，而后蒸出产物苯酚。 积聚在氧化器中的焦油送往萃取器中，用水进行萃取，萃取得到的含苯甲酸及铜盐和镁盐的水溶液循环使用，不溶性的焦油则作为废料移出，在氧化器中加入一些抗氧剂可以减少焦油的生成。 50 上述方法也可用来由苯甲酸的衍生物合成酚类的衍生物，这时羟基总是进入到羧酸的邻位，例如，由对甲基苯甲酸和邻甲基苯甲酸为原料，所得到的产品都是间甲酚。 51
