羟基化反应

羟基化反应一．概述：1.定义羟基化反应：向分子中引入—OH的反应2.用途：用于制备醇、酚等（1）加成亲电加成CH2=CH2+H2SO4→CH3CH2OSO3HCH2=CH2+H2O→CH3CH2OH+RMgXH2OCHCH3OHCO3.引入-OH的方法亲核加成（2）RX水解R-Cl+NaOH→ROH+NaCl(3)取代芳磺基的水解或碱熔SO3H+H2OOH+H2SO4SO3NaNaOH325℃ONaH+OH（4）还原（5）氧化RCOOR'Na+C2H5OHRCH2OH+R'OHRCHO[H]RCH2OH+KMnO4(稀)+OH-OHHOHH本章重点：通过亲核取代反应合成醇、酚的方法包括：氯化物的水解芳磺基的羟基置换芳伯胺经重氮盐所发生的水解芳环上的直接引入-OH二．卤化物的水解——羟基化1、氯化物的水解历程：亲核取代例如：RX+NaOH→ROH+NaClC5H11Cl+NaCl→C5H11OH+NaClRX结构不同，水解速度不同水解反应中氯化物的活性：常用的水解试剂：NaOH、Ca(OH)2、Na2CO3与水解竞争副反应：β——消除反应2、氯化物水解过程与反应选择性的控制（1）脂肪族RX水解反应历程：SN1、SN2竞争反应：β——消除反应，历程：E1、E2主要讨论SN2，即双分子亲核取代/消除历程RX+OH-HOCRXHOCH2R+X-决速步骤SN2历程E2历程决速步骤SN2、E2何者为主，是控制或提高反应选择性须解决的问题影响SN2选择性因素：底物的结构介质的性质（溶剂）水解剂的碱性提高SN2反应选择性，需满足：A.底物结构为1°RX（直链）B.低极性溶剂C.水解试剂碱性相对较弱，亲核性强D.温度高底物卤代烃结构对SN2、E2反应选择性的影响：RX水解反应中微量醚生成的原因:①丙烯的次卤取代制环氧丙烷-HCl石灰乳CH3CHCH2OCH3CH=CH2+HOClCH3CHCH2ClOH举例②由环氧氯丙烷制甘油Cl+2NaOH(10%水溶液)ONa350~370℃20MPa,Cu催化剂（2）芳香族卤代烃的水解一般难发生。但当芳环上连有强吸电子基团时，反应易发生反应中，邻硝基氯苯与NaOH的量比为1:2.5，反应时间为8h，反应完成后酸化至pH=4.5注意：卤代烃的水解反应为两相反应，加强机械搅拌有利于反应进行。ClNO2O2NONaNO2O2NNO2NO2OHNO2O2NNO2Na2CO335℃3.应用实例①由环氧氯丙烷制甘油②由硝基苯制硝基苯酚ClNO2OHNO210%NaOH1MPa,145~150℃三．芳磺酸盐的碱熔1、定义：芳磺酸盐在高温下与苛性碱作用，从而使SO3H被-OH置换的反应。反应特点：需高温（溶解态苛性钠/钾)，T300℃大量使用强酸、强碱H2SO4、NaOH(s)废酸多，不适用于芳环上含-NO2、-Cl等基团的芳磺酸的碱熔用途：酚类生产，如H-酸、J-酸、γ-酸等1、反应历程和动力学亲核置换历程反应历程分两步:（1）OH-负离子加成到与磺酸盐负离子相连的C原子上，产生带有两个负电荷的中间络合物（2）此中间络合物再同OH-反应得到酚盐负离子决速步骤其中，（1）是决速步骤，反应表现为二级反应若中间体络离子转化成酚盐负离子为决速步骤，则反应为三级反应苯磺酸碱熔接近于三级1——萘磺酸碱熔，则处于2-3级之间SO3HSO3HSO3H二级反应例如3.影响因素（1）芳磺酸的结构芳磺酸碱熔反应：亲核置换反应。芳环上有吸电子基，易于碱熔；但硝基芳磺酸（高温下NO2的氧化作用会使反应复杂化），氯代芳磺酸（−Cl比−SO3H更易被OH-取代）不适合碱熔芳环上有供电子基，如−OH、−NH2能使磺酸钝化，不利于碱熔。因此，间氨基苯磺酸的碱熔需用活泼性较强的苛性钾-苛性钠混合物作碱熔剂。芳磺酸碱盐反应体系均会含有Na2SO4、NaCl等无机盐。这些无机盐在熔融苛性碱中几乎不溶解，所以若无机盐含量太少，反应体系就会变得很稠，物料的流动性变差甚至局部过热甚至导致反应物焦化或燃烧。因此，碱熔时，磺酸盐中无机盐含量一般控制在10％。（2）无机盐的影响（3）碱熔时间和温度碱熔的温度主要决定于磺酸的结构。不活泼磺酸，用熔融碱在300~340℃进行常压碱熔。一般在熔融碱中加完磺酸盐后数10分钟即到终点。温度过高或时间过长，都会增加副反应，但温度太低会产生凝锅事故。比较活泼的磺酸，可选用70%~80%的苛性钠溶解，在180~270℃之间进行碱熔。更活泼的萘系多磺酸，则可在20%~30%稀碱溶液中进行加压碱熔，反应时间：10-20h.(4)碱的浓度和用量：高温碱熔时，一般使用90%以上的熔融碱。芳磺酸/碱的量比(mol)，理论上1：2，实际上1：2.5。中温碱熔，一般使用70%-80%浓碱液，且碱过量较多，有时可达1:6-84.应用实例（1）2−萘酸酚的制备SO3Na+NaOH（熔融）285~320℃ONa量比1：2.390%~95%30minOHH+,H2O60~80℃（2）H酸的制备新合成路线（日本）四．芳伯胺和重氮盐的羟基化1、-OH置换-NH2①芳伯胺酸性水解法在稀硫酸、磷酸和盐酸中进行，用于萘胺及衍生物的水解②碱性水解，在碱性熔融条件下将-NH2转化成-OH变色酸③NaHSO3水解即某些芳伯胺在NaHSO3水溶液中，常压沸腾回流100~104℃然后再加碱处理，即可完成-NH2被-OH的置换反应适用于易互变异构为亚胺式、容易和亚硫酸氢钠形成加和物的萘系胺类衍生物2、-OH置换重氮基（一般用重氮硫酸盐进行）用重氮化盐酸盐水解，须先将重氮盐与氟硼酸作用生成氟硼酸重氮盐，然后用冰HAc处理，得乙酸芳酸，再水解即成酚+H2OOH+N2+H2SO4-N2.HSO4重氮盐水解：单分子亲核取代历程所以，水解速度仅与重氮盐的浓度成正比应注意之处：需将重氮苯硫酸盐加入到热的或沸腾稀硫酸中，并保持重氮苯硫酸盐在反应液中的浓度很低用途：可用于制备下列酚重氮盐水解时，若有硝酸存在，则可以制取相应的硝基酚（3）由硝基氯苯制硝基苯酚（4）苯基氯（代）甲烷的水解（如氯化苄）间歇法：温度80~90℃，收率70%~72%连续法：用10%Na2CO3,温度180~275℃，压力1~6.8MPa塔式反应器，10%Na2CO3,145℃,1.8MPa,收率98％(5)苯基二氯甲烷的水解五．芳环上直接羟基化1、亲电取代（苯液相直接羟基化）历程：2.自由基取代代表性反应：FeSO4—H2O2水溶液与苯环的作用第一步是反应速度的控制阶段。与其他自由基反应一样，·OH自由基的寿命及其进攻芳环的几率是是发生羟基化反应的决定性因素。2.金属—氧络合物历程很复杂尚无定论六．（芳）烃类氧化法制酚1.异丙苯氧化法优点：以苯和丙烯为原料，每生产1吨苯酚可联产0.6吨丙酮，三废少，可连续操作，生产能力大，成本低。包括以下三步：历程：2.间甲酚生产七．由芳羧酸合成羟基化合物用途：苯甲酸氧化脱羧制苯酚；催化剂：铜-镁催化剂①苯甲酸铜的热分解②苯甲酸亚铜再生成苯甲酸铜③苯甲酰基水杨酸生成水杨酸④水杨酸脱羧生成苯酚八．氰基的水解(1)—CN水解生成羧基（—CN的完全水解）CH2CN+H2O70%H2SO4100℃CH2COOH目前方法：一氯共羰基化合法+H2OCH2COOH+COCH2ClCH2CNClH+125℃CH2COOHCl收率：84.8%催化剂：85%HOAC+H2SO4（2）—CN(的部分)水解生成酰胺+H2OH2SO4CH2CHCNH2OCH2CHCN目前方法+H2OCH2CHCNH2OCH2CHCNCu-Cr或Cu-Al70~120℃0.8~2.4MPa(3)其他例子