精细有机合成卤化ppt.pptx

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,精细有机合成卤化,第一节 概述,卤化反应得定义,卤化反应得目得,卤化反应得分类,卤化剂,卤化热力学,一、卤化反应定义,氟化,氯化,溴化,碘化,向有机化合物分子中碳原子上引入卤原子得反应叫做卤化反应。,二、卤化反应得目得,1,、赋予最终产品某些性能,(1),色光,铜酞菁(酞菁蓝),高氯代铜酞菁(酞菁绿),七氟菊酯,(,2,)杀虫、杀菌性,敌敌畏,(,3,)阻燃性,2,、,作为中间体使用,(“,领路”作用,需要什么就可以领什么,),X(,Cl),NH,2,OH,F,OR,OAr,亲核置换,+,卤代烃得转化反应,R,X,为重要有机中间体,(,intermediates,),3,作为溶剂使用,二氯甲烷 三氯甲烷 四氯化碳,四氯乙烯 氯苯 二氯苯 三氯苯,大家学习辛苦了,还就是要坚持,继续保持安静,三、绿色卤化,对氯得争论,问题得提出,绿色与平及其她环境组织已经号召逐渐停止生产氯气及由其制造得产品。,问题得原因,具有生物活性得卤素,其代谢物聚集到不希望她们到达得地方,如地下水、河流与大气,会对一些生物体带来严重影响。,含氯化合物得毒性,持久性得多氯代化合物如,DDT,(二二三,双对氯苯基三氯乙烷)与多氯联苯(,PCBs,)会引起蛋壳变薄,使其不能繁殖。美国在,1973,年就禁止使用,DDT,但就是在美国中西部得水井中仍能检测到毒性更强得它得代谢物,DDE,(通过脱卤化氢形成)。,2,3,7,8-,四氯二噁英:,1971,年在密苏里,向一小牧场喷洒含,3310,-6,这种二噁英得废油后,几周内有,65,匹马相继死去。,纸得漂白,传统得用氯漂白纸得方法生产,1t,纸浆产生,45-90kg,得有机废物,其中,4-5kg,为与有机物结合得氯,包括各种氯代呋喃酮、环戊烯二酮等,水得消毒,1908,年在新泽西首先用氯对水消毒,可以去除存在于水中微生物,包括能引起霍乱、伤寒、肝炎等得细菌。但就是,由于产生了少量有致癌性得氯仿,使得有,116,种疾病得爆发就是由于自来水得污染。,研究发现,水中氯得含量超过,75g/L,时,流产得几率就会增加。,氯氟烃与臭氧得损耗,氯氟烃不可燃、无毒、无腐蚀性,可以用作制冷剂、泡沫绝缘物得起泡剂、清洗电子部件得溶剂。但就是,这些化合物会破坏同温层得臭氧。,1998,年,9,月南极得臭氧空洞已达,2500,10,4,km,2,。,争论得继续,毒理学会,美国医药学会,美国化学会,密歇根环境科学委员会以及英国化学工业协会联合指出,绿色与平组织得要求就是氯恐怖症得结果。,自然界存在有,1500,种天然氯化物,包括两种人类生命所需要得基本物质:胃里得盐酸与甲状腺素。,甲状腺素,氯工业得现状,社会生活中常用得氯产品,氯乙烯 聚氯乙烯,氯甲烷,氯乙烷,乙基纤维素 缓释药物、墨水,二氯乙烯 乙二胺 造纸用化学品、油添加剂,磁带,食品化妆品容器,管道、薄膜,氯硅烷 半导体,甲基纤维素 食品增稠剂,硅酮 电子部件包裹物、化妆品,二氯甲烷,氯仿,四氯化碳,药品、化妆品,反应溶剂,干洗,绿色卤化,对氯得争论并未影响到氯工业得商业利益,其产品已经有了一系列得变化。绿色与平组织得呼吁引起了人们更多得关注,使用更绿色更环保得卤素产品替代原有得有毒物质成为今后得研究重点。,几种常用绿色卤化物介绍,1-,溴,-3-,氯,-5,5-,二甲基海因 俗 名:溴氯海因,作用:比氯具有更高得杀菌活性,广泛用于化工、制药、工业循环冷却水净化水质、杀菌、灭藻等。,溴氯海因,河北冀衡化学股份有限公司,河北冀衡化学股份有限公司就是中国最大得消毒剂生产厂家,主要产品:三氯异氰尿酸,二氯异氰尿酸钠等,三氯异氰尿酸(强氯精),1,、用作消毒杀菌剂,2,、工业上用作污水处理与化工原料,工艺制备路线,二氯异氰尿酸钠,具有高效、快速得清洁杀菌作用,广泛用作杀菌消毒脱臭剂、去污洗净剂、漂白剂、脱色剂、保鲜剂、羊毛防缩剂、养蚕消毒剂等。,二氧化氯,可,由氯酸钠与盐酸作用而制得,NaClO,3,+2HCl ClO,2,+0、5 Cl,2,+NaCl+H,2,O,二氧化氯就是联合国世界卫生组织确认得一种安全、高效、广谱、强力杀菌剂,其有效氯就是氯气得,2、63,倍,杀菌能力就是氯气得,5,倍,就是次氯酸钠得,50,倍以上,20,世纪中期,随着制备技术得提高,二氧化氯得应用领域与规模不断扩大。我国从,20,世纪,80,年代初期开始研究二氧化氯得制备与应用,目前已经大量应用到食品、医疗、卫生、工业循环水等国民经济得许多领域。,四、,卤化剂,(,1,)氯化剂:,Cl,2,、,HCl+,氧化剂、,HCl+,空气、,HCl,、硫酰二氯,(,2,)溴化剂:,Br,2,、,HBr+,氧化剂、,N-,溴代酰胺,(,3,)碘化剂:,I,2,、,ICl,(,4,)氟化剂:,HF,、,NaF,、,KF,第二节、,芳环上得取代卤化,卤素与芳香烃得反应有取代反应与加成反应,在有机合成中常见得就是苯系芳烃得取代反应。,取代反应又分为芳环上得卤化与芳环侧链得卤化。,芳环上的取代氯化是在催化剂存在下，芳环上的氢原子被氯原子取代的过程。,1,、路易斯酸：如金属卤化物三氯化铁、三氯化铝、二氯化锰、二氯化锌、四氯化锡、四氯化钛等；,2,、质子酸：浓硫酸或发烟硫酸；,3,、碘,4,、二氯硫酰（,SO,2,Cl,2,）,一、反应历程与催化剂,慢,快,1,、反应历程,(1),以,FeCl,3,为催化剂,Cl,2,FeCl,3,Cl,+,FeCl,4,-,Cl,+,FeCl,4,-,Fe,(2),以硫酸或碘为催化剂,(3),以二氯硫酰为催化剂,(,红棕色液体,),氯化铝,氯化铁,氯化锌等金属卤化物与硫酸,碘等,均可作为氯化用得催化剂。,一种高活性氯化剂,比氯得选择性好。,(5),盐酸加氧化剂为催化剂,在水介质中进行氯化时,一般用盐酸加氧化剂来产生,Cl,2,或,Cl,+,并利用控制氧化剂得用量来控制,Cl,2,得生成量。,(4),不用催化剂得情况:,前提:当有机物容易被氯化且反应可以在水介质中进行。,二、反应动力学,苯一氯化得连串反应动力学,各种连串卤化反应得处理方法,1,、苯一氯化得连串反应动力学,C,6,H,6,Cl,2,C,6,H,5,Cl,HCl,C,6,H,5,Cl,Cl,2,C,6,H,4,Cl,2,HCl,C,6,H,4,Cl,2,Cl,2,C,6,H,4,Cl,3,HCl,k,1,k,3,k,2,反应类型,氯化,磺化,硝化,k,1,/,k,2,8、5,10,3,10,4,10,5,10,7,表 苯在氯化、磺化与硝化反应中,k,1,/,k,2,得比较,苯环上取代氯化就是个连串反应,在苯环上引入一个氯原子后,苯环上电子云密度下降,二氯化速率常数,K2,就是下降为苯一氯化反应速率常数得,1/10,1、,氯化深度,每摩尔纯苯所消耗得氯气得量(摩尔)叫做氯化深度,三、影响因素,方法:不同得氯化液组成有不同得相对密度,可由测出口处氯化液得相对密度来控制氯化深度。,2、,原料纯度,(,1,)水份:,0、04,高了会使氯化铁水解,催化剂失活,(,2,)氢气含量:,4,高了会引起爆炸,(,3,)苯中含有噻吩:使催化剂中毒;反应放出氯化氢腐蚀设备,(,4,)循环使用得苯(苯氯比,4:1,)中氯苯得影响,3、,氯化温度,T,18,25,30,k,2,/,k,1,0、107,0、118,0、123,表 苯氯化反应温度与,k,2,/,k,1,得关系,在取代氯化反应中,二氯化反应得速度,随着温度得增加,比一氯化增长更快。在早期得氯苯生产中,为了防止二氯苯生成过多,尽可能控制反应在,35,40,下进行。,反应温度高,卤取代数目多,还会发生异构化,含吸电子取代基得芳烃,特别就是硝基芳烃,温度高时吸电子取代基易被卤素原子置换。,4、,反应介质,液态:当原料与产物都就是液态时,如苯、甲苯与硝基苯得环上取代氯化,一般不使用溶剂,固态:,1、,水,2、,浓硫酸、发烟硫酸、氯磺酸等,3、,有机溶剂所选有机溶剂应就是更难氯化得物质,a,、,芳环上得取代卤化反应就是一个亲电取代反应,如果在芳环上带有较强得供电子基团(如羟基、氨基),在卤化时一般可不用催化剂。,b、,对活泼性较低得芳烃(如甲苯、苯、氯苯)得卤化,一般要加入金属卤化物作催化剂。,c、,对不活泼得芳烃(或蒽醌等)得直接卤化,则要求有强烈得卤化条件与催化剂,一般采用浓硫酸、碘或氯化碘作为催化剂。,5、,催化剂,以,2,6-,二氯苯胺为原料,四、反应实例,拟肾上腺素药克仑特罗,(Clenbuterol),中间体(,11,)得合成:,神经中枢兴奋药甲氯芬酯(,Meclofenoxate,)中间体(,12,),得合成:,祛痰药溴己新(,Bromhexine,)中间体(,13,)得合成,:,萘系与蒽醌环上取代氯化,(,1,)萘系环上取代氯化,一氯化时可生成,1-,氯萘与,2-,氯萘两种异构体。,二氯化时最多可得十种异构体,萘深度氯化所获得得多氯萘混合物,由于具有高介电常数,可用作电子工业中得绝缘材料,也可用作纺织物得表面涂层。,例,:,1-,氯萘,工艺概述:以锌作催化剂,萘氯比为:,1,:,0、84,1、17,(摩尔比),催化剂用量为萘质量得,0、4%,0、5%,通氯时间,3,6h,反应温度,90,95,1-,氯萘平均产率,82%,经二次分馏,产品含量,96%,。反应同时生成,2-,氯萘,约占,2%,20%,两种异构体沸点相近,化学性质相似,故难分离。,(二)芳环侧链得卤化,芳环侧链位上得氢原子较为活泼,在光照、加热或引发剂得作用下易发生取代反应,卤原子取代位上得氢原子。其反应机制属于游离基型取代反应。,在链得引发阶段就是游离基得产生阶段,一般来讲,这种反应就是由光照、辐射、热分解与引发剂等因素所引起得。,在链得增长(传递)阶段,有一步完成或者多步传递进行得,其中每一步产生得游离基为下一步反应产生一个新得游离基而进行传递。,在链得终止阶段,游离基相互结合被消耗与不在产生,从而结束反应。,1、,主要影响因素,(,1,)引发条件:取代卤化反应得关键就是引发,需在较高得反应温度、光照或者引发剂得存在下来进行。较高温度引发,需根据不同得反应来定,提高温度有利于反应速度得加快,也有利于卤化试剂均裂成自由基。光照引发以紫外光照为最好,这就是因为紫外光得能量较高,有利于自由基得生成。,常用得自由基引发剂有过氧化物与对称偶氮化合物两大类,如氧化二苯甲酰(引发剂,BPO,)、二叔丁基过氧化物(引发剂,A,)与偶氮二异丁腈(,AIBN,)等。,(,2,)催化剂及杂质:含有不饱与键得原料在进行自由基取代反应时,为了避免在不饱与键上发生加成或芳环上发生亲电卤化等副反应,通常要避免反应与金属有接触。所以,该类反应不能用金属及金属卤化物一类得催化剂,不能用普通得钢设备,需用有玻璃、瓷或石墨做内衬得容器来做反应器,且原料作用物中也不能含有杂质铁。另氧气、水分等也不利于该类反应,在反应中也要注意控制。,(,3,)原料作用物得结构:原料作用物得结构与自由基得形成与稳定有关。,在无空间立体因素得影响前提下,被卤化得作用物中氢原子得活性顺序(与自由基稳定性规律相同)为:,苄位氢 烯烃氢 叔碳氢 仲碳氢 伯碳氢,氯化苄得生产,实例,如农药中间体,2,6,-,二氯苯甲醛:,医药中间体,3,-,羟基,-,苯甲醛:,实例,实例:对氯甲苯对氯三氯甲苯,光照,工艺概述:将对氯甲苯投入光氯化反应器中,加热至,120,150,在日光照射下通氯反应。每隔,10,15min,取微量反应液进行气相色谱分析。当对氯三氯苯含量大于,90%,后停止反应。产物减压蒸馏得对氯三氯苯。收率,90%,95%,。,举例:氯化石蜡得制备,氯化石蜡,就是碳数为,C,10,C,30,不同碳数得烷烃氯化制得氯含量为,13-74%,一类氯化衍生物得通称。氯化石蜡系列产品作为,PVC,辅助增塑剂、润滑油抗挤压抗磨添加剂与添加型阻燃剂广泛应用于化工、炼油、采矿、纺织、交通运输、建筑与机械等行业中。,氯化石蜡按其含氯量得多少可以分为氯化石蜡,-13,、氯化石蜡,-30,、氯化石蜡,-42,、氯化石蜡,-52,、氯化石蜡,-60,、氯化石蜡,-70,等多种产品。,第三节 羰基,-氢得取代卤化,醛与酮,-,碳上得氢原子因受羰基得吸电子诱导效应与超共轭效应影响而具有较大得活泼性,可被其它原子或基团取代。因此,醛与酮分子中得,-,氢原子也容易被卤素取代,生成,-,卤代醛、酮。,(一)酮得,-,卤取代,在酸或碱得催化作用下,羰基,位碳原子上得氢原子可被卤素取代,但酸或碱得催化反应机制有所不同。,酸催化机制:,作为催化剂使用得酸通常就是质子酸与酸,整个合成反应得速率取决于上述机制中得第二步,即烯醇化得速度。这个过程中也需要适当得碱(,B,:)得参与,目得就是使,位得氢脱去。,为了提高反应速率,常在反应开始时加入少量卤化氢进行“诱导”,随着反应得继续,生成得卤化氢可不断得促使反应加快速度。,在酸作催化剂时,不对称酮得,-,卤代主要就是发生在与供电子基相连得,位碳原子上,因其有利于烯醇化过程。反之,若连有吸电子基时,-,碳上得氢原子活性降低,反应受阻,在接着引入第二个卤原子时相对困难。但利用这种情况用来制备单卤代产物反而容易,如,制备氯霉素(,Chloramphenicol,)中间体(,21,):,碱催化机制:,碱催化常用得催化剂有氢氧化钠、氢氧化钙等无机碱与醋酸钠等,无机碱使用得多些。在碱催化得卤取代中,与酸催化相反得就是,-,卤代易发生在与吸电子基相连得,位碳原子上。这就是因,位碳原子上有吸电子基时,更有利于,-,氢质子离去而促使反应顺利进行。如果有过量得卤化剂存在,位上得氢原子还会继续被卤代,得到二卤或三卤取代物,、,(二)醛得,-,卤代反应,在羰基化合物得卤取代中,醛得,-,卤取代要复杂一些,为了制得预期得卤代醛,最常见得方法就是先将醛转化为烯醇酯,然后再与卤素发生反应。,对于无,-,氢得芳醛,可以用卤素直接取代醛基碳原子上得氢原子,生成相应得芳酰卤。,第四节、卤化氢与醇得置换反应,用卤化氢与醇进行置换反应,使卤素原子置换醇羟基,其反应机制属于亲核置换,就是一个可逆平衡反应,可用下列反应通式表示:,该反应属于亲核取代反应,其难易程度取决于反应得平衡移动方向及其醇与卤化氢得活性。,根据化学平衡移动原理,增加,ROH,与,HX,得浓度,并且不断地移去,RX,与,H,2,O,可有利于得产率与加快反应得速率。,醇得活性顺序为:,苄醇、烯丙醇叔醇仲醇伯醇,卤化氢得活性为:,HI HBr HCl,在置换反应中,活性较大得苄醇、烯丙醇与叔醇倾向于按,S,N,1,机制进行,而其它醇在大多以,S,N,2,机制为主。,(一)氯置换,在醇得氯置换反应中,活性较大得苄醇、叔醇可直接用浓盐酸或氯化氢气体与之反应,伯醇常用,Lucas,试剂(浓盐酸,-,氯化锌)进行氯置换反应。如:,(二)溴置换,在使用用氢溴酸对醇进行溴置换时,可加入浓硫酸作催化剂,采用,126,得恒沸氢溴酸(含,HBr,47、5%,),并在反应中及时分馏除水。也可将浓硫酸慢慢滴入溴化钠与醇得水溶液中进行反应。,如:催眠镇静药,-,异戊巴比妥(,Amobarbital,)中间体(,22,)得制备:,知识链接,由于用,HCl,对,醇进行氯代置换时副反应多,在实际操作中更多得采用氯化亚砜或三氯化磷来作氯化试剂。,1、,氯化亚砜,(,SOCl,2,),反应活性高,副反应少,产物易分离,收率大。但要注意处理好,HCl,与,SO,2,污染问题。,2、,三氯化磷,(,PCl,3,),反应活性高,副反应少,收率大,在有机碱存在下效果更好。,(,3,)碘置换,醇得碘置换反应速度快,但生成得碘代烃易被,HI,还原,因此要及时将生成得碘代烃蒸馏移出反应体系。在实际合成中不宜直接采用,HI,为碘化剂,而就是使用碘化钾与,95%,得磷酸或多聚磷酸。,4,、卤素置换,酚羟基,酚羟基得卤素置换反应通常须采用较强得卤化剂如五氯化磷与氧氯化磷等。用五氯化磷得置换反应历程如下:,5,、卤素置换,羧羟基,羧羟基与卤化剂(,PCl,3,、,PCl,5,、,SOCl,2,等)反应可制得酰卤衍生物。,注意:羧酸分子中不应含有羟基、醛基、酮基、烷氧基等敏感基团。,二、卤素置换芳环上硝基、磺基、重氮基,1,、氯置换,硝基,氯置换硝基就是自由基反应:,注意:通氯得反应器应当就是搪瓷或搪玻璃。,2,、氯置换,磺基,