精细有机合成化学与工艺学课件--第12章水解

第12章水解XY+HOHXH+YOH有机化合物与水发生的复分解反应叫做水解反应。(2)芳磺酸盐的碱性水解（碱熔）(3)卤素化合物的水解(4)芳香族重氮盐的水解(5)酯的水解ArSO3NaArOHOH-RCOOR'RCOOH+R'OHR(Ar)ClR(Ar)OH(1)芳磺酸的酸性水解ArSO3HArHH+(6)酰胺的水解(7)芳伯胺的水解(8)碳水化合物水解RCONH2RCOOHArNH2ArOH水解方式12-1卤代化合物的水解一、脂链上卤基的水解（自学）二、苯氯甲烷衍生物的水解+Na2CO3+H2O80-90℃2CH2ClCH2OH(1)+2NaCl+CO2↑CHCl2+H2OCHO+HCl（2）CHCl2+Na2CO3CHO+NaCl+CO2CCl3H2OCOOHNaOH80-95℃CH2CH2Cl(2)CH2CH2OHNaOHCH=CHCH2Cl(3)CH=CHCH2OHβ-苯乙醇肉桂醇•芳烃侧链氯原子在弱碱性水溶液中水解制备芳醇Cl+2NaOH10-15%ONa+NaCl+H2O92-98%30-36MPa360-390oC高压管式反应器20minClOH+HClH2O,水解400-450oCCa3(PO4)2/SiO2催化剂单程转化率10～15％三、芳环上卤基的水解1、氯苯水解制苯酚(1)常压气固相接触催化水解法（2）碱性高压水解法氯苯曾经是一个重要的化工原料，用来大量制造苯酚，但因能耗高，污染严重而遭到淘汰。但是，若卤素原子的邻、对位有硝基等强吸电子基时，水解反应容易进行。2、硝基氯苯类的水解Na2CO3/H2O130C。ClO2NOHO2NOHO2NNO2ClO2NNO2Na2CO3/H2O100C。Na2CO3/H2O35C。ClO2NNO2NO2OHO2NNO2NO2Na2CO3/H2O130C。ClO2NOHO2NOHO2NNO2ClO2NNO2Na2CO3/H2O100C。Na2CO3/H2O35C。ClO2NNO2NO2OHO2NNO2NO2氯代化合物反应温度/℃反应压力碱试剂氯苯350～37020MPaNaOH对-硝基氯苯130～1600.2-0.6MPaNaOH2,4-二硝基氯苯90～105常压NaOH、Na2CO32,4,6-三硝基氯苯30～40常压H2O也可以表10-2不同氯代化合物碱性水解的条件OHO2NClClO2NClNaOH/H2O例：3、多氯苯的水解（1）邻二氯苯的水解190℃ClOHClNaOH溶液,CuSO4Cl邻二氯苯的碱性部分水解可得到邻氯苯酚。但此法需要高纯度的邻二氯苯，并且要用高压反应器。其完全水解可制邻苯二酚，（硫酸铜作催化剂，180-190℃，高压管式反应器。）但此法只用于小规模生产。OH+Cl2Cl+HCl49.8%25.5%苯为溶剂40-45℃OHOHCl+邻氯苯酚的工业生产方法：OH90℃OHOH+OHOH过甲酸邻苯二酚的工业生产方法：（2）对二氯苯的水解225℃ClClNaOH溶液,CuSO4ClOH对氯苯酚的另一生产方法是将熔融的苯酚在40-50℃用二氯硫酰进行氯化，然后将氯化混合物冷冻，使对氯苯酚结晶析出。OHCl+HCl+SO245℃OHOHCl++SO2Cl2（3）1,2,4,5-四氯苯的水解210℃4%-8%NaOHOHClClClClClClCl思考题：苯唑青霉素钠中间体苯甲氯肟的合成就用了四种氯化反应，画出图中方框中五种化合物的结构式。从化合物a氯化合成化合物b中用了紫外光照射，这样做的原因。CH3NH2NaNO2,HClCH3N2ClCu2Cl2UV,Cl20~580PCl3,SOCl2,150CCCFeCl3,ZnCl2H2O,120~130HONH2HCl,Na2CO3,r.t.Cl2,HClEtOH,r.t.EAA,NaOHrefluxClONCOOHPCl5,BuOAc80~85CClONCOClC苯甲氯肟abcdeCH3ClCHCl2ClCHOClCClClNHOCClHNHO12-2芳磺酸及其盐类的碱熔12-2-1芳磺酸的酸性水解指芳磺酸在稀硫酸介质中磺基被氢原子置换的反应。+H3O+12-2-2芳磺酸盐的碱性水解——碱熔芳磺酸盐(钠盐或钾盐)在高温与熔融的苛性碱(或苛性碱溶液)作用下，使磺基被羟基所置换的反应叫做碱熔。用下列通式表示：ArSO3Na+2NaOHArONa+Na2SO3+H2OArONa+H2SO4ArOH+Na2SO4优缺点：1、优点是工艺过程简单，对设备要求不高，适用于多种酚类的制备。2、缺点是需要使用大量酸碱、三废多、工艺落后。一、影响因素1、磺酸的结构芳环上已有取代基对碱熔反应的影响：1有吸电子基(主要是磺基和羧基)，对磺基的碱熔起活化作用。但是含有硝基的芳磺酸不适宜碱熔。氯代磺酸也不适宜碱熔。2有给电子基(主要是羟基和氨基)，对磺基的碱熔起钝化作用。3多磺酸在碱熔时，第一个磺基的碱熔较容易，但第二个磺基的碱熔比较困难苛性钠、苛性钾、苛性钾和苛性钠的混合物。2、碱熔剂3、无机盐影响SO3NaNH2KOH或NaOH和KOH混合物ONaNH2用熔融碱进行碱熔时，磺酸盐中无机盐的含量要求控制在10％(质量)以下。使用碱溶液进行碱熔时，磺酸盐中无机盐的允许含量可以高一些。习题：为什么间酚而不能用于制苯二磺酸的碱熔只能用来制备间苯二备间羟基苯磺酸？答：因为间苯二磺酸分子中的两个磺酸基处于非共轭的间位，在碱熔时一个磺酸基对另一个磺酸基的吸电活化作用不大，而苯环上的磺酸基在碱熔时又不够活泼，所以碱熔时必须有较强的反应条件（熔融NaOH、约330℃），这时生成的中间产物间羟基苯磺酸分子中的羟基与磺酸基也处于非共轭的间位，羟基对于第二个磺酸基的供电钝化作用不大，所以间羟基苯磺酸容易进一步碱熔生成间苯二酚，而不易停止在间羟基苯磺酸阶段成为主要产物。一、影响因素苛性钠、苛性钾、苛性钾和苛性钠的混合物。1、碱熔剂2、磺酸的结构3、无机盐影响芳环上已有取代基对碱熔反应的影响：1有吸电子基(主要是磺基和羧基)，对磺基的碱熔起活化作用。但是含有硝基的芳磺酸不适宜碱熔。氯代磺酸也不适宜碱熔。2有给电子基(主要是羟基和氨基)，对磺基的碱熔起钝化作用。3多磺酸在碱熔时，第一个磺基的碱熔较容易，但第二个磺基的碱熔比较困难SO3NaNH2KOH或NaOH和KOH混合物ONaNH2用熔融碱进行碱熔时，磺酸盐中无机盐的含量要求控制在10％(质量)以下。使用碱溶液进行碱熔时，磺酸盐中无机盐的允许含量可以高一些。4、碱熔的温度和时间不活泼的磺酸用熔融碱在300℃～340℃进行常压碱熔，碱熔速度快，所需时间短。比较活泼的磺酸可以在70％～80％苛性钠溶液中在180℃～270℃之间进行常压碱熔。更活泼的萘系多磺酸可在20％～30％稀碱溶液中进行加压碱熔。反应时间较长需要10～20小时。5、碱的用量理论上需要苛性钠的摩尔比为1:2，但实际上碱必须过量。高温碱熔时，碱的过量较少，一般用1:2.5左右。中温碱熔时，碱过量较多，有时甚至达1:6～8(即理论量的3～4倍)或更多一些。三、碱熔方法1、用熔融碱的常压高温碱熔应用领域：主要用于磺基不活泼的情况，也可以适用于多磺酸中的磺基完全被羟基置换的情况。OHN(C2H5)OHOH注意：在常压碱熔时，由于生成的酚易被空气氧化，所以要用水蒸气加以保护，在碱熔初期由磺酸盐带入的水和反应生成的水起保护作用，但在碱熔后期，则需要在碱熔物的表面上通适量的蒸气。+NaOH+Na2SO3+H2OSO3NaONa+SO2+H2OONa+Na2SO3OH如：2-萘酚的制备应用领域：萘系的某些多磺酸、氨基和羟基多磺酸可用70％一80％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℃一270℃)。此法可使萘系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。2、用浓碱液的常压碱熔浓度，%沸点，℃浓度，%沸点，℃浓度，%沸点，℃14.5323.0826.2133.7737.5810511011512012548.3260.1369.9777.5384.0314916018020022088.8993.0295.9298.47100240260280300318.4表苛性钠水溶液在常压下的沸点加压碱熔1、r酸的制备OH98%H2SO440℃OHSO3H20%发烟硫酸60-80℃OHSO3HHO3SG酸KCl80℃OHSO3KKO3SG盐NaOH200-230℃OHNaO3SOH18%NH3+NH4HSO3140℃,0.6-0.8MPaNH2H4NO3SOHH2SO4NH2HO3SOH（6-氨基-4-羟基-萘-2-磺酸）65%-80%2、J酸的制备OHNH2SO3HClSO3H,-5～10℃三聚乙烯,1hOHNH3+NH4HSO3,150℃0.9MPa,6hSO3HOH吐氏酸发烟硫酸30-60℃,6h,NH2SO3HSO3HSO3H稀释及水解125℃,5hNH2SO3HSO3H60%NaOH,常压190℃,4hNH2SO3HJ酸（7-氨基-4-羟基-萘-2-磺酸）应用领域：萘系的多磺酸可以用稀碱液(20％～30％)在180℃～230℃进行碱熔。该碱熔过程需要在压热釜中进行，反应温度和碱浓度都可以在一定的范围内变化，以此来控制多磺酸中磺基被置换的数目或控制芳环上的氨基是否被水解。3、用稀碱液的加压碱熔SO3NaONaONaSO3Na熔融NaOH320℃50%NaOH200℃-220℃,1.1MPaNaOSO3Na碱液沸点4,5-二羟基-萘-2,7-二磺酸(变色酸)H4NO3SNH2NaO3SSO3H23%NaOH0.6-0.7MPa,4h23%NaOH3MPa,10hHONH2NaO3SSO3HHOOHHO3SSO3H4-氨基-5-羟基-萘-2,7-二磺酸单钠盐178～182℃228℃16%12-3芳伯胺的水解（芳环上氨基的水解）芳香化合物硝化还原氨基水解酚芳香化合物水解酚磺化碱熔芳香化合物氯化酚芳伯胺的水解主要用于制备1-萘酚及其某些衍生物和在某些特定位置上引入羟基的化合物，主要方法有酸性水解法，碱性水解法及亚硫酸氢钠水解法三种。一、酸性水解注意：在酸性水解时，萘系衍生物中1-氨基的迫位（即8位）和β位的磺基并不会被水解，但是1-氨基的4位和5位的磺基将同时水解。用同样方法可制备下列化合物：200℃,1.2-1.5MPa+H2O+H2SO4NH215%-20%H2SO4OH+NH4HSO3SO3HOHHO3Sε酸SO3HHO3SOH羟基F酸二、碱性水解在磺基碱熔时，如果提高碱熔温度，可以使萘环上1位的磺基和8位氨基同时被羟基所置换。此法只用于变色酸的制备：16%NaOH,228℃,2.8MPaHO3SSO3HNH2HO3SOH变色酸OHSO3HHO3S反应10h,然后酸析三、亚硫酸氢钠水解该方法主要适用于容易互变异构为亚胺式，并且和亚硫酸氢钠形成加成物的萘系胺类衍生物的水解。12-4酯的水解（自学）12-5氰基的水解（自学）本章作业12-2；12-3；12-4；12-5；12-6：（3）、（4）、（6）、（9）