精细有机合成技术：N-烷基化反应方法.pptx

精细有机合成技术：N-烷基化反应方法.pptx

《精细有机合成技术：N-烷基化反应方法.pptx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《精细有机合成技术：N-烷基化反应方法.pptx（26页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。

精细有机合成技术邹静Contents目录1用醇和醚作烷化剂的N-烷基化法2用卤烷作烷化剂的N-烷基化法N-N-烷基化反应方法烷基化反应方法3用酯作烷化剂的N-烷基化法N-N-烷基化方法烷基化方法（11）用醇和醚作烷化剂的）用醇和醚作烷化剂的N-N-烷基化法用醇和醚作烷化剂时，其烷化烷基化法用醇和醚作烷化剂时，其烷化能力较弱，反应需在较强烈的条件下才能进行。

能力较弱，反应需在较强烈的条件下才能进行。

用醇烷基化常用强酸（浓硫酸）作催化剂，其催化作用是将醇质子化，用醇烷基化常用强酸（浓硫酸）作催化剂，其催化作用是将醇质子化，进而脱水得到活泼的烷基正离子进而脱水得到活泼的烷基正离子R+R+。

R+R+与胺氮原子上的孤对电子形成中间与胺氮原子上的孤对电子形成中间络合物，其脱去质子得到产物。

络合物，其脱去质子得到产物。

可见胺类用醇烷化是一个亲电取代反应。

胺的碱性越强，反应越易进行。

可见胺类用醇烷化是一个亲电取代反应。

胺的碱性越强，反应越易进行。

因烷基是供电子基，其引入会使胺的活性提高，所以因烷基是供电子基，其引入会使胺的活性提高，所以N-N-烷基化反应是连串烷基化反应是连串反应，同时又是可逆反应。

对于芳胺，环上带有供电子基时，芳胺易发生烷反应，同时又是可逆反应。

对于芳胺，环上带有供电子基时，芳胺易发生烷基化；而环上带有吸电子基时，烷基化反应较难进行。

综上可知，基化；而环上带有吸电子基时，烷基化反应较难进行。

综上可知，N-N-烷基烷基化产物是伯、仲、叔胺的混合物。

可见要得到目的产物必须采用适宜的化产物是伯、仲、叔胺的混合物。

可见要得到目的产物必须采用适宜的N-N-烷化方法。

烷化方法。

苯胺进行甲基化时，若目的产物是一烷基化的仲胺，则醇的用量仅稍苯胺进行甲基化时，若目的产物是一烷基化的仲胺，则醇的用量仅稍大于理论量；若目的产物是二烷基化的叔胺，则醇用量约为理论量大于理论量；若目的产物是二烷基化的叔胺，则醇用量约为理论量140%140%160%160%。

即使如此，在制备仲胺时，得到的仍是伯、仲、叔胺的混合物。

用。

即使如此，在制备仲胺时，得到的仍是伯、仲、叔胺的混合物。

用醇烷化时，每摩尔胺用强酸催化剂醇烷化时，每摩尔胺用强酸催化剂0.050.050.3mol0.3mol，反应温度约为，反应温度约为200200左右，不宜过高，否则有利于芳环上的左右，不宜过高，否则有利于芳环上的C-C-烷化反应。

苯胺甲基化反应完毕烷化反应。

苯胺甲基化反应完毕后后,物料用氢氧化钠中和，分出物料用氢氧化钠中和，分出N,N-N,N-二甲基苯胺油层。

再从剩余水层中蒸二甲基苯胺油层。

再从剩余水层中蒸出过量的甲醇，然后再在出过量的甲醇，然后再在170170180180，压力，压力0.80.81.0MPa1.0MPa下使季胺盐水下使季胺盐水解转化为叔胺。

解转化为叔胺。

胺类用醇进行烷基化除了上述液相方法外，对易于气化的醇和胺，反胺类用醇进行烷基化除了上述液相方法外，对易于气化的醇和胺，反应还可以用气相方法。

一般是使胺和醇的蒸气在应还可以用气相方法。

一般是使胺和醇的蒸气在280500左右的高温下，左右的高温下，通过氧化物催化剂（如通过氧化物催化剂（如Al2O3、TiO2、SiO2等）。

例如，工业上大规模生产等）。

例如，工业上大规模生产的甲胺就是由氨和甲醇气相烷基化反应生成的：

的甲胺就是由氨和甲醇气相烷基化反应生成的：

烷基化反应并不停留在一甲胺阶段，还同时得到二甲胺、三甲胺混合物。

其中二甲胺的用途最广，一甲胺需求量次之。

为减少三甲胺的生成，烷基化反应时，一般取氨与甲醇的摩尔比大于1，使氨过量，再加适量水和循环三甲胺（可与水进行逆向分解反应），使烷基化反应向一烷基化和二烷基化转移。

例如：

在500，NH3:

CH3OH=2.4:

1（摩尔比），反应后的产物组成为一甲胺54%，二甲胺26%，三甲胺20%。

工业上三种甲胺的产品是浓度为40%的水溶液。

一甲胺和二甲胺为制造医药、农药、染料、炸药、表面活性剂、橡胶硫化促进剂和溶剂等的原料。

三甲胺用于制造离子交换树脂、饲料添加剂及植物激素等。

甲醚是合成甲醇时的副产物，也可用作烷化剂，其反应式如下：

甲醚是合成甲醇时的副产物，也可用作烷化剂，其反应式如下：

此烷基化反应可在气相进行。

使用醚类烷化剂的优点是反应温度可以此烷基化反应可在气相进行。

使用醚类烷化剂的优点是反应温度可以较使用醇类的为低。

较使用醇类的为低。

（2）用卤烷作烷化剂的）用卤烷作烷化剂的N-烷基化法烷基化法卤烷作卤烷作N-烷化剂时，反应活性较醇要强。

当需要引入长碳链的烷烷化剂时，反应活性较醇要强。

当需要引入长碳链的烷基时，由于醇类的反应活性随碳链的增长而减弱，此时则需使用卤烷作为烷基时，由于醇类的反应活性随碳链的增长而减弱，此时则需使用卤烷作为烷化剂。

此外，对于活泼性较低的胺类，如芳胺的磺酸或硝基衍生物，为提高化剂。

此外，对于活泼性较低的胺类，如芳胺的磺酸或硝基衍生物，为提高反应活性，也要求采用卤烷作为烷化剂。

卤烷活性次序为：

反应活性，也要求采用卤烷作为烷化剂。

卤烷活性次序为：

RIRBrRCl；脂肪族芳香族；短链长链。

；脂肪族芳香族；短链长链。

用卤烷进行的用卤烷进行的N-N-烷基化反应是不可逆的，因反应中有烷基化反应是不可逆的，因反应中有卤化氢气体放出。

此外，反应放出的卤化氢会与胺反应卤化氢气体放出。

此外，反应放出的卤化氢会与胺反应生成盐，胺盐失去了氮原子上的孤对电子，生成盐，胺盐失去了氮原子上的孤对电子，N-N-烷基化烷基化反应则难以进行。

工业上为使反应顺利进行，常向反应反应则难以进行。

工业上为使反应顺利进行，常向反应系统中加入一定的碱（氢氧化钠、碳酸钠、氢氧化钙系统中加入一定的碱（氢氧化钠、碳酸钠、氢氧化钙等）作为缚酸剂，以中和卤化氢。

等）作为缚酸剂，以中和卤化氢。

用卤烷的烷基化反应可以在水介质中进行，若卤烷的沸点较低（如：

一氯甲烷、溴乙烷），反应要在高压釜中进行。

烷基化反应生成的大多是仲胺与叔胺的混合物，为了制备仲胺，则必须使用大过量的伯胺，以抑制叔胺的生成。

有时还需要用特殊的方法来抑制二烷化副反应，例如：

由苯胺与氯乙酸制苯基氨基乙酸时，除了要使用不足量的氯乙酸外，在水介质中还要加入氢氧化亚铁，使苯基氨基乙酸以亚铁盐的形式析出，以避免进一步二烷化。

然后将亚铁盐滤饼用氢氧化钠水溶液处理，使之转变成可溶性钠盐。

制备N,N-二烷基芳胺可使用定量的苯胺和氯乙烷，加入到装有氢氧化钠溶液的高压釜中，升温至120，当压力为1.2MPa时，靠反应热可自行升温至210230，压力4.55.5MPa，反应3小时，即可完成烷基化反应。

长碳链卤烷与胺类反应也能制取仲胺、叔胺。

如用长碳链氯烷可使二甲胺烷基化，制得叔胺：

反应生成的氯化氢用氢氧化钠中和。

（3）用酯作烷化剂的）用酯作烷化剂的N-烷基化法烷基化法硫酸酯、磷酸酯和芳磺酸酯都是活性很强的烷基化剂，其沸点较高硫酸酯、磷酸酯和芳磺酸酯都是活性很强的烷基化剂，其沸点较高，反应可在常压下进行。

因酯类价格比醇和卤烷都高，所以其实际应用受到，反应可在常压下进行。

因酯类价格比醇和卤烷都高，所以其实际应用受到限制。

硫酸酯与胺类烷基化反应通式如下：

限制。

硫酸酯与胺类烷基化反应通式如下：

硫酸中性酯易给出其所含的第一个烷基，而给出第二烷基则较困难。

常用的是硫酸二甲酯，但其毒性极大，可通过呼吸道及皮肤进入人体，使用时应格外小心。

用硫酸酯烷化时，常需要加碱中和生成的酸，以便提高其给出烷基正离子的能力。

如对甲苯胺与硫酸二甲酯于5060时，在碳酸钠、硫酸钠和少量水存在下，可生成N,N-二甲基对甲苯胺，收率可达95%。

此外，用磷酸酯与芳胺反应也可高收率、高纯度的制得此外，用磷酸酯与芳胺反应也可高收率、高纯度的制得N,N-二烷基芳胺，反应式如下：

二烷基芳胺，反应式如下：

芳磺酸酯作为强烷基化剂也可发生如上类的反应：

芳磺酸酯作为强烷基化剂也可发生如上类的反应：

ArNH2+ROSO2ArArNHR+ArSO3H（4）用环氧乙烷作烷化剂的）用环氧乙烷作烷化剂的N-烷基化法烷基化法环氧乙烷是一种活性很强的烷基化剂，其分子具有三元环结构，环张力环氧乙烷是一种活性很强的烷基化剂，其分子具有三元环结构，环张力较大，容易开环，与胺类发生加成反应得到含羟乙基的产物。

例如：

芳胺与环氧较大，容易开环，与胺类发生加成反应得到含羟乙基的产物。

例如：

芳胺与环氧乙烷发生加成反应，生成乙烷发生加成反应，生成N-（-羟乙基羟乙基）芳胺，若再与另一分子环氧乙烷作用，芳胺，若再与另一分子环氧乙烷作用，可进一步得到叔胺：

可进一步得到叔胺：

当环氧乙烷与苯胺的摩尔比为当环氧乙烷与苯胺的摩尔比为0.5:

1，反应温度为，反应温度为6570，并加入少量水，主要产物为，并加入少量水，主要产物为N-（-羟乙基羟乙基）苯苯胺。

如果使用稍大于胺。

如果使用稍大于2摩尔的环氧乙烷，并在摩尔的环氧乙烷，并在120140和和0.50.6MPa压力下进行反应压力下进行反应,则得到的主要则得到的主要是是N,N-二二（-羟乙基羟乙基）苯胺。

苯胺。

环氧乙烷活性较高，易与含活泼氢的化合物（如水、醇、氨、胺、羧酸及环氧乙烷活性较高，易与含活泼氢的化合物（如水、醇、氨、胺、羧酸及酚等）发生加成反应，碱性和酸性催化剂均能加速此类反应。

例如酚等）发生加成反应，碱性和酸性催化剂均能加速此类反应。

例如N,N-二二（-羟乙基羟乙基）苯胺与过量环氧乙烷反应，将生成苯胺与过量环氧乙烷反应，将生成N,N-二二（-羟乙基羟乙基）芳芳胺衍生物：

胺衍生物：

氨或脂肪胺和环氧乙烷也能发生加成烷基化反应，例如制备乙醇胺类化合氨或脂肪胺和环氧乙烷也能发生加成烷基化反应，例如制备乙醇胺类化合物：

物：

产物为三种乙醇胺的混合物。

反应时先将25%的氨水送入烷基化反应器，然后缓通气化的环氧乙烷；反应温度为3545，反应后期，升温至110以蒸除过量的氨；后经脱水，减压蒸馏，收集不同沸程的三种乙醇胺产品。

乙醇胺是重要的精细化工原料，它们的脂肪酸脂可制成合成洗净剂。

乙醇胺可用于净化许多工业气体，脱除气体中的酸性杂质（如SO2、CO2等）乙醇胺碱性较弱，常用来配制肥皂、油膏等化妆品。

此外，乙醇胺也常用于杂环化合物的合成。

环氧乙烷沸点较低（10.7），其蒸气与空气的爆炸极限很宽（空气398%），所以在通环氧乙烷前，务必用惰性气体置换反应器内的空气，以确保生产安全。

（5）用烯烃衍生物作烷化剂的N-烷基化法烯烃衍生物与胺类也可发生N-烷基化反应，此反应是通过烯烃衍生物中的碳-碳双键与氨基中的氢加成来而完成的。

常用的烯烃衍生物为丙烯腈和丙烯酸酯，其分别向胺类氮原子上引入氰乙基和羧酸酯基：

其产物均为生产染料、表面活性剂和医药的重要中间体。

丙烯腈与胺类反应时，常要加入少量酸性催化剂。

由于丙烯腈易发生聚合反应，还需要加入少量阻聚剂（对苯二酚）。

例如：

苯胺与丙烯腈反应时，其摩尔比为1:

1.6时，在少量盐酸催化下，水介质中回流温度进行N-烷基化，主要生成N-（-氰乙基）苯胺；取其摩尔比为1:

2.4，反应温度为130150，则主要生成N,N-二（-氰乙基）苯胺。

丙烯腈和丙烯酸酯分子中含有较强吸电子基团CN、COOR，使其分子中-碳原子上带部分正电荷，从而有利于与胺类发生亲电加成，生成N-烷基取代产物。

与卤烷、环氧乙烷和硫酸酯相比，烯烃衍生物的烷化能力较弱，为提高反应活性，常需加入酸性或碱性催化剂。

酸性催化剂有乙酸、硫酸、盐酸、对甲苯磺酸等；碱性催化剂有三甲胺，三乙胺，吡啶等。

需要指出，丙烯酸酯类的烷基化能力较丙烯腈为弱，故其反应时需要更剧烈的反应条件。

胺类与烯烃衍生物的加成反应是一个连串反应。

（6）用醛或酮作烷化剂的N-烷基化法醛或酮可与胺类发生缩合-还原型N-烷基化反应，其反应通式如下：

反应最初产物为伯胺，若醛、酮过量，则可相继得到仲胺、叔胺。

在缩合-还原型N-烷基化中应用最多的是甲醛水溶液，如脂族十八胺用甲醛和甲酸反应可以生成N,N-二甲基十八烷胺：

反应在常压液相条件下进行。

脂肪胺先溶于乙醇中，再加入甲酸水溶液，升温至5060，缓慢加入甲醛水溶液，再加热至80，反应完毕。

产物液经中和至强碱性，静置分层，分出粗胺层，经减压蒸馏得叔胺。

此法优点为反应条件温和，易操作控制，缺点是消耗大量甲酸，且对设备有腐蚀性。

在骨架镍存在下，可用氢代替甲酸，但这种加氢还原需要采用耐压设备。

此法合成的含有长碳链的脂肪族叔胺是表面活性剂、纺织助剂等的重要中间体。

感谢观看