第二章常見精細有機合成反應

§2.1概述

§2.3磺化

§2.4硝化

§2.5酯化

§2.2鹵化

§2.6氧化

§2.7加氫

§2.1概述

1、精細化工和精細化學品精細化工：即精細化學工業，是生產精細化學品的工業。

精細化學品：對基本化學品的初級或次級化學品深加工而制取的具有特定功能、特定應用功能、合成工藝中步驟多、產量小、產品附加值高等系列產品，例如醫藥、農藥、食品添加劑等。通用化學品通用化學品（大宗化學品）：指應用范圍廣泛、生產中技術要求高、生產批量大的化學品。如三酸、兩堿、化肥、乙烯、苯及合成樹脂、合成橡膠、合成纖維等。2、精細化工的特點多品種，小批量大量采用復配技術投資小、附加價值高、利潤大技術密集度高、產品更新換代快

主體結構精細化學品取代基3、精細有機合成的單元反應1)

精細化學品的主要取代基鹵素：-Cl、-Br、-I、-F含氮基團：-NO2、-NO、-NH2、-NHR、-NR1R2-NHCO-、-NH2OH、-N2+X-、-N=N-、-NHNH2、

-CN含硫基團：-SO3H、-SO2Cl、-SO2NH2、-SO2NHR含氧基團：-OH、-OR、-OAc、-COH、-COR、

-COOH、-COOR、-COCl、-CONH2烷基、酰基2)

精細有機合成的主要單元反應鹵化磺化硝化酯化加氫氧化氨解和胺化水解烴化酰化縮合環合聚合合成工藝路線的選擇依據路線短總收率最高易于工業化生產成本低，經濟效益高原料易得鹵化反應的定義鹵化反應的目的鹵化試劑鹵化反應的類型2.2鹵化

(Halogenation)

鹵化反應定義氟化（fluoration）氯化（chloration）溴化（bromation,bromination）碘化（iodation）

向有機化合物分子中碳原子上引入鹵原子的反應叫做鹵化反應。鹵化反應的目的賦予最終產品某些性能(1)色光銅酞菁（酞菁藍）高氯代銅酞菁（酞菁綠）七氟菊酯（2）殺蟲、殺菌性（3）引入一個或多個鹵原子改進性能-阻燃性（4）增加有機物分子的極性，通過鹵素轉化其他取代基－X(－Cl)－NH2,－OH,－F,－OR,－OAr

親核置換δ+

鹵化試劑鹵素單質：Cl2,Br2,I2鹵化氫＋氧化劑：

HCl+NaClO3(NaClO)HBr+NaBrO3(NaClO)鹵化氫或鹽：HF,NaF,SbF5,HCl,HBr,NaBr其它：SO2Cl2,COCl2,ICl鹵化反應類型置換鹵化：親核反應－置換鹵化取代鹵化：親電取代：芳環游離基取代：脂肪烴及芳環側鏈1.芳環上的取代鹵化反應反應歷程和催化劑反應動力學及鹵化深度芳環取代鹵化反應的影響因素芳環取代鹵化反應實例反應歷程慢快以金屬鹵化物為催化劑：FeCl3,AlCl3,ZnCl2Cl2

＋FeCl3[Cl+

?FeCl4-]Cl+＋FeCl4-

以硫酸為催化劑以碘為催化劑H2SO4H+＋HSO4-H+＋Cl2Cl+＋HClI2＋Cl22IClIClI+

＋Cl-I+

＋Cl2Cl+

＋ICl以次鹵酸為催化劑Cl2

＋H2OHOCl＋H+

＋Cl-HOCl＋H+H2+OCl慢H2+OClCl+

＋H2O快苯環上有吸電子取代基，反應較難進行，需要加入催化劑；苯環上有供電子取代基，反應容易進行，可以不用催化劑。催化劑的選擇催化劑的作用：鹵化速率、鹵原子進入芳環的位置、鄰對位鹵化產物的比例。苯的一氯化制氯苯FeCl3苯的二氯化制二氯苯Sb2S3,SbCl3,（三氯化銻）甲苯的氯化制對氯甲苯復合催化劑對氯甲苯氯化制2,4-二氯甲苯SbCl3、NaKL沸石苯酚氯化催化制鄰氯苯酚胺類堿性催化劑（收率93.5%）對氯苯酚AlCl3（二苯硫醚介質）

2,4-二氯苯酚Fe,ZMF-1反應動力學及氯化深度C6H6

＋Cl2C6H5Cl＋HClC6H5Cl＋Cl2C6H4Cl2

＋HClC6H4Cl2

＋Cl2C6H4Cl3

＋HClk1k3k2

每摩爾純苯所消耗的氯氣的量（摩爾）叫做氯化深度。氯化深度芳環取代氯化反應的影響因素原料純度（1）水份：＜0.04％（2）氫氣含量：＜4％（3）噻吩：使催化劑中毒；腐蝕設備

（4）循環使用的苯（苯氯比4:1）中氯苯的影響混合作用

在連續反應時，由于反應器型式選擇不當、傳質不均勻，使反應生成的產物未能及時離開，又返回反應區域促進連串反應的進行，這種現象叫返混作用。圖氯苯的生產工藝反應介質液態：無需溶劑固態：水濃硫酸、發煙硫酸、氯磺酸等

有機溶劑芳環取代氯化反應實例氯苯的生產（1）直接氯化法圖沸騰氯化塔1-酸水排放口2-苯及氯氣入口3-爐條4-填料鐵圈或廢鐵管5-鋼殼襯耐酸磚6-氯化液出口7-擋板8-氣體出口圖氯苯生產工藝流程圖1-流量計,2-氯化塔,3-液封器,4,5-冷凝器,6-酸苯分離器,7-冷卻器氯化重要實例（2,6-二氯苯酚）a雙酚A的氯化脫烴基合成路線：b環已酮氯化，熱解脫氯化氫環已酮的氯化是羰基的α氫的完全氯化，氯化收率可達99.5%，總收率可達95.8%；氯化重要實例（2,6-二氯苯酚）C對叔丁基苯酚的氯化，脫叔丁基法此法原料易得，氯化收率98%，脫叔丁基收率91.5%，成本低。氯化重要實例（2,6-二氯苯酚）氯化重要實例2,6-二氯苯胺其是重要的醫藥中間體，純度要求99.5%以上，因此不能用苯胺的直接氯化法來制備；其合成路線較多，現已改用二苯脲的磺化優點：原料低廉，收率高，生產成本低。缺點：水蒸汽消耗量大，硫酸廢液多。氯化重要實例2,6-二氯苯胺氯化重要實例較有前途的是環已酮的氯化、胺化、熱解脫氯化氫法：總收率71%、此法不產生H2SO4廢液。例如：產量最大的實例是芳香族溴系阻燃劑，都是高熔點固體。（1）十溴二苯醚的制備純品含溴83.3%（質量分數），熔點最高可達306℃～310℃在大多數溶劑中溶解度很小。其生產工藝有兩種：一種是在惰性有機溶劑（例如二氯乙烷、四氯化碳或四氯乙烷等）中溴化，此法工業上較少采用。另一種是：以大量的溴為反應介質的溴化法。優點：操作簡單，產品含溴量高，熱穩定性好，所用溴催化劑是無水AlCl3，為了保證其活性，要求二苯醚含水量在3×10-5（質量分數）以下，溴的純度在99.5%以上，含水量在1.5×10-5（質量分數）以下。副產物的溴化氫氣體用水吸收，通Cl2再氧化成溴，循環利用。四溴雙酚A的制備此溴化反應是在含水甲醇、乙醇或氯苯介質中，在常溫用溴素進行的，溴化后可加入H2O2使副產的HBr氧化成溴，其溶劑可回收。（3）四溴苯酐的制備。純品溴（質量分數）68.9％，熔點279℃-280℃，不溶于水和脂烴，微溶烴類溶劑。鄰苯二甲酸酐在發煙H2SO4中用溴溴化，用碘催化，副產的HBr被發煙H2SO4氧化成溴，循環利用。碘化重要實例（1）2,6-二碘-4-氰基苯酚的制備（2）2-碘苯氧乙酸在乙酸和CCl4溶劑中，在少量H2SO4中存在下用碘和H2O2碘化而得

碘化重要實例（3）3-乙酰氨基-2,4,6-三碘苯甲酸鈉（人體X-射線造影用藥劑）藥名“烏洛康鈉”羰基α-氫的取代鹵化反應歷程酸催化：羰基α-氫的取代鹵化是酸催化或堿催化的親電取代反應，鹵化劑主要是Cl2和Br2，鹵素總是取代羰基的α位的氫。反應歷程酸催化：堿催化：反應歷程在這里鹵素總是取代羰基α位的氫羰基α-氫的取代鹵化的催化劑（1）酸催化劑；質子酸（H2SO4、HCl）、Lewis酸，用Lewis酸催化劑時常常有一個誘導期，這是因為如果鹵化開始時沒有H＋，烯醇化的速度很慢，當反應中不斷產生鹵化氫后，烯醇化速度變快，使鹵化速度也變快。縮短誘導期的方法是在反應開始時加入少量鹵化氫。（2）堿催化劑：無機堿（NaOH、CaO等），有機堿（脂肪胺、吡啶、三苯基膦、酰胺、乙酸鈉等）。用無機堿催化時，其用量要足夠完全中和鹵化時生成的鹵化氫。用有機堿催化時，催化劑量的有機堿鹵氫酸鹽仍具有催化作用，但必須使鹵化時生成的鹵化氫完全逸出體系，以免轉變成酸催化，為此要用不能溶解鹵化氫的非質子傳遞有機溶劑，例如：鹵代烷等。被鹵化物結構的影響（1）羰基的α-碳原子上連有供電基時，有利于酸催化，它有利于酸催化下的烯醇化和烯醇的穩定，鹵原子主要取代這個α碳原子上的氫。（2）當羰基α-碳原子上連有鹵基等吸電子基時，酸催化受到抑制，這時在同一個α碳原子上引入第二個鹵原子就比較困難。但在堿催化時，則羰基α碳原子上各種取代基的影響相反，這時容易生成同碳α多鹵化物。三氯乙醛的制備其制備有乙醛氯化和乙醇氯化兩種方法。（1）乙醛的氯化法為了保護醛基，避免縮合反應，需加入適量水，生成水合乙醛，然后在10℃-70℃通入Cl2進行氯化，生成水合三氯乙醛。（2）乙醇氯化法乙醇與氯反應時先生成縮醛，然后再氯化生成三氯乙醛。三氯乙醛的制備在反應后期加入適量水，使縮醛水解成水合三氯乙醛和乙醇。總反應式：優點：乙醇價格低、來源廣。三氯乙醛的制備一氯乙酸的制備

其世界年產50萬噸以上、其生產方法主要有：乙酸氯化法、三氯乙烯水解法，氯乙醇氧化法和烴基乙酸法。我國采用乙酸氯化法催化劑：主要用H2SO4、乙酐、乙酐復合催化劑可明顯加快氯化速率，縮短反應時間，并可抑制二氯化副反應。芳環側鏈α-氫的取代鹵化芳環側鏈α氫的取代鹵化是典型的自由基鏈反應，其反應歷程包括鏈引發、鏈增長和鏈終止三個階段。鏈引發：氯分子在高溫、光照或引發劑的作用下均裂為氯自由基。

Cl22Cl·鏈增長：C6H5CH3+Cl·C6H5CH2·+HCl↑C6H5CH2·+Cl2C6H5CH2Cl+Cl·C6H5CH3+Cl·C6H5CH2Cl+H·在此基礎上繼續α氫的取代鹵化。

H·+Cl2Cl·+HCl↑應當指出：在一般條件下，芳環側鏈的非α氫一般不發生鹵基取代反應。鏈終止：自由基互相碰撞將能量轉移給反應器壁、或自由基與雜質結合，可造成鏈終止，

例如：Cl·+Cl·Cl2Cl·+O2ClOO·（1）光源：氯分子的離解能是238.6kJ/mol，甲苯在沸騰溫度下，其側鏈一氯化已具有明顯的反應速度，氯分子的光離解能是250kJ/mol，一般可用富有紫外線的日光燈。（2）引發劑；最常用的自由基引發劑是有機過氧化物和偶氮化合物，它們的引發作用是在受熱時分解產生自由基。芳環側鏈α-氫的取代鹵化的影響因素（3）雜質：不應有鐵、鋁、水等極性雜質，它能使氯分子極化，因為它有利于芳環上的親電氯基取代反應，而不利于芳環側鏈α-氫的取代鹵化，微量鐵離子可用PCl3掩蔽，要用不含氧的液氯；（4）溫度；為了使氯分子或引發劑熱離解為自由基，需要較高的氯化溫度，但溫度太高容易引起副反應，現趨向在光照和復合催化劑存在下降低氯化溫度。芳環側鏈α-氫的取代鹵化的影響因素反應器

（1）材料：芳環側鏈氯化時，不能有鐵、鋁等金屬離子，為此要使用搪瓷、搪玻璃、鍍銀、鍍鎳、襯鉛、石墨、玻璃的反應釜或反應塔。（2）結構：槽式間歇、多槽串聯連續、多塔串聯連續，石墨制列管連續，并流填料。（3）精餾：側鏈氯化產物通常是不同氯化程度的混合物，需要用精餾塔進行分離，用搪瓷或銅制設備。飽和烴的取代鹵化飽和烴的取代鹵化是自由基鏈反應與芳環側鏈鹵化的反應歷程相似。甲烷的氯化制各種氯甲烷氯氣氯化法（氯氣氯化和氧氯化兩種方法）甲烷的氯化是連串反應工業上用350℃～500℃的熱氯化法，是快速的強烈放熱反應（T過高容易碳化、二聚）。烯烴α-氫的取代鹵化

重要實例是丙烯的氯化制3-氯-1-丙烯。（1）可采用高溫熱氯化法。氯：丙烯＝0.25：1，操作壓力0.098MPa，停留時間1～3s，選擇性85%，氯化的轉化率100%，副產物是1,3-二氯-1-丙烯和1,2-二氯丙烷（2）HCl加空氣的氧氯化法→采用含Fe、V2O5和HPO3的流化床催化劑在流化床反應器中進行。丙烯轉化率88%～94%，HCl轉化率90%～95%。鹵素對雙鍵的加成鹵化鹵素對雙鍵的加成鹵化反應主要是用氯或溴的加成鹵化，因為氟與烯烴的加成反應過于激烈，難于控制，而碘與烯烴的加成反應比較困難，用氯或溴的加成鹵化一般采用親電加成反應，但有時也采用自由基加成反應。親電加成鹵化鹵素分子對雙鍵進行親電進攻，先形成π配合物，再生成二鹵化物。以溴化為例。親電加成鹵化一般認為溴分子在接近雙鍵時，受到雙鍵π電子的供電影響使溴分子中的σ鍵極化，使離π鍵較近的溴原子帶部分正電荷，并形成π配合物，接著Br-Br鍵異裂生成環狀溴鎓離子中間體。然后溴負離子從背面進攻溴鎓離子中兩個碳原子之一，生成鄰位二溴物，而且一般是反向加成。3重要實例

a.1,2-二氯乙烷乙烯與氯的親電加成氯化法，以鐵為催化劑，沸騰氯化。乙烯的氧氯化法，用CuCl2載體催化劑，在流化床反應器中一步直接得產品，實際上兩法聯合使用。b.四溴乙烷乙炔和溴的親電加成溴化，不用催化劑，并流沸騰連續溴化。c.六溴環十二烷1,5,9—環十二碳三烯在乙醇中用溴低溫溴化，乙醇還可作催化劑，也可以加入無水AlCl3作催化劑。親電加成鹵化（1）反應歷程一般認為反應是分兩步進行的：第一步是HX分子中的H+對雙鍵進行親電進攻，生成正離子中間體第二步是X－的進攻，生成加成產物鹵化氫親電加成鹵化（3）重要實例①1-氯-3-甲基-2-丁烯(重要的合成香料中間體)②1,1,1-三氯乙烷（重要的低毒有機溶劑）

向有機物分子中引入磺酸基(-SO3H)的反應稱為磺化，磺化的產物磺酸（R-SO3H

）、磺酸鹽（R-SO3M

）

、磺酰氯（R-SO2Cl

）

1、磺化§2.3磺化反應磺化一、磺化反應概述2、磺化作用賦予有機物酸性、水溶性、表面活性及對纖維的親和力等。可將-SO3H轉化為其它基團，如-OH,-NH2,-CN,-Cl等。利用-SO3H的可水解性，輔助定位或提高反應活性。酸性染料對蛋白質纖維上染陰離子表面活性劑H2O磺化銅酞菁賦予有機物酸性、水溶性、表面活性及對纖維的親和力等。堿性水解磺化溴化水解H+++芳氨基化磺化芳氨基化H+，水解3、磺化試劑發煙硫酸（SO3?H2SO4）氯磺酸（ClSO3H）濃硫酸（濃H2SO4）九二酸（92～93％）九八酸（98％）三氧化硫（SO3）20～25％60～65％其它：氨基磺酸（NH2SO3H）、亞硫酸鹽（Na2SO3）二、磺化反應的基本原理

磺化反應是親電取代反應。一般認為是按二步反應進行的。

三氧化硫和HSO3+陽離子被認為是真正的磺化劑：

磺化反應是可逆的，苯磺酸與稀硫酸共熱時可水解脫下磺酸基。三、磺化反應的影響因素1、被磺化物的結構和性質被磺化物活潑順序為：萘>甲苯>苯>蒽醌>>飽和烴類

當芳環上存在吸電子基：-NO2、-SO3H、-COOH時，磺化變難當存在供電子基-Cl、-CH3、-OH、-NH2時，磺化反應變易。磺化反應是親電取代反應（1）取代基的影響三、磺化反應的影響因素1、被磺化物的結構和性質（2）空間效應的影響表一磺化異構產物的比例（25℃，89.1%H2SO4)RCH3C2H5CH(CH3)2C(CH3)3o/p0.880.390.05702、磺化劑的種類、濃度和用量不同磺化劑對反應的影響產物與磺化劑的種類、濃度和反應溫度有關。60℃160℃+H2SO4SO3?H2SO4160～170℃80℃多磺化產物的制備往往需要進行多步磺化。60℃H2SO4SO3?H2SO435～55℃SO3?H2SO450～90℃SO3?H2SO4150～250℃

磺化速率與硫酸中所含水濃度的平方成反比例，當硫酸濃度降低一定值，磺化反應停止，此時剩余的酸稱為廢酸(w)，習慣上把這種廢酸折算成三氧化硫的質量分數表示，稱為“

”值。3、磺化

值不同物質磺化是不同的，如苯單磺化廢酸濃度78.4%(=64)單磺化的硫酸濃度(a)一定要大于廢酸濃度(w)——a>w根據磺化值，選定磺化劑

=80w98X=80（100-

）a-

a：磺化劑初始濃度，折算以SO3的質量分數。

每摩爾被磺化物在單磺化時所需的磺化劑用量X為：磺化劑初始濃度a降低磺化劑用量增大，當a降到，磺化劑用量增到無窮大。磺化反應:a>

磺化反應:a>

常用磺化劑的a值98%酸只能磺化小于80的反應！！

添加劑改變定位--汞、鈀、鉈和銠等在蒽醌磺化中的

-位定位作用。抑制副反應--磺化反應中加入無水硫酸鈉。3、磺化反應的工藝條件影響反應速度：

反應溫度和反應時間影響磺酸進入的位置。

攪拌避免磺化劑濃度局部過高使反應混合均勻。避免發生局部過熱現象而導致副反應發生，并有利于熱量導出。四．典型磺化反應

苯與濃硫酸在加熱下或與發煙硫酸作用，生成苯磺酸。

若在較高溫度下反應，則苯磺酸可進一步生成苯二磺酸，且主要生成間位產物。

烷基苯磺化產物是鄰位和對位取代物的混合物。

萘的磺化時磺酸基進入的位置和反應溫度有關。五、十二烷基苯磺酸鈉的合成

十二烷基苯磺酸鈉是合成洗滌劑工業中產量最大，用途最廣的陰離子表面活性劑

反應原理

該反應屬于氣液非均相反應，化學反應速度很快，幾乎在瞬間完成，且放出大量的熱，因此，工業上用干燥的空氣將三氧化硫稀釋至濃度為4-7%。

磺化反應器

磺化工藝1、定義：向有機物分子碳原子上引入硝基，生成C-NO2鍵的反應叫做硝化。ArH＋HNO3ArNO2

＋H2O§2.4硝化2、硝化的目的將硝基轉化為其它基團（-NH2）提高親核置換反應活性滿足產品性能要求一、硝化反應概述

將硝基轉化為其它基團Na3AsO3Fe+NaOHZn+NaOH提高親核置換反應活性10%NaOH350-400℃,20-30MPa10%NaOH160℃,0.6MPa10%NaOH100℃,常壓活性增強撲熱息痛(對乙酰氨基酚)FeCl3Cl2混酸硝化水解還原乙酰化滿足產品的性能要求醫藥：硝化甘油、硝酸異山梨酯、新戊四硝酸酯。3、硝化劑硝化試劑：在硝化反應中能提供硝基（-NO2）的化學物質硝酸（HNO3）混合酸：（HNO3-H2SO4-H2O）硝酸與乙酸酐混合物（HNO3-(CH3CO)2O）有機硝酸酯（C2H5CO-ONO2）含氮氧化物（N2O5）

硝化劑主要是硝酸。由于被硝化物性質和活潑性的不同，硝化劑常常不是單獨的硝酸，而是各種質子酸，有機酸，酸酐及各種Lewis酸的混合物。4、硝化反應的特點反應不可逆反應速度快，無需高溫放熱量大，需要及時移除反應熱多數為非均相反應，需要加強傳質二、硝化反應基本原理

芳環上的硝化反應是典型的親電取代反應

一般認為硝化劑是以NO2+(硝酰正離子)形式參與反應的。硝酸要產生高濃度NO2+,減少水量

硝酸主要使用活性較高的酚、酚醚、芳胺及稠環芳烴的硝化。

硝化反應速度不斷下降，氧化反應顯著增強。（硝酸濃度減小）

濃硝酸、發煙硝酸主要以分子狀態存在，僅有少部分硝酸經分子間質子的轉移而離解成NO2+，硝化能力不強。(3%)混酸（H2SO4-HNO3-H2O）

混酸中硫酸的加入可以大大提高硝酸的硝化能力。

質子酸

混酸中硫酸增大，有利于NO2+離解，提高硝化能力，減少氧化作用。混酸中HNO3%510152040608090100HNO3轉化NO2+轉化率/%1001008062.528.816.79.85.91.0D.V.S.＝廢酸中水的質量廢酸中硫酸的質量混酸中硫酸的質量混酸中水的質量＋反應生成水的質量＝G(H2SO4)100－G(H2SO4)－G(HNO3)＋2G(HNO3)/7Φ＝

硫酸脫水值（D.V.S.）：硝化終了時廢酸中硫酸和水的質量比

混酸的硝化能力廢酸計算含量（F.N.A.）：

硝化終了時廢酸中硫酸的質量百分數叫做廢酸計算含量（質量分數），也叫做硝化活性因數。F.N.A.＝廢酸的總質量廢酸中硫酸的質量×100％G(H2SO4)100－5G(HNO3)/7Φ＝×100％硝酸與乙酸酐的混合硝化劑

這是僅次于硝酸和混酸的常用的重要硝化劑。特點：反應較溫和，使用于被氧化和易被混和酸所分解的硝化反應。反應機理：以NO2+為主，使用于芳烴、雜環化合物、不飽和烴、胺、醇、以及肟等的硝化。其它的硝化劑有：有機硝酸酯、氮的氧化物（N2O5為重要）、硝酸鹽和硫酸混和溶液。三、硝化反應的影響因素被硝化物的性質硝化劑反應介質溫度攪拌相比和硝酸比加料方式硝化副反應被硝化物的性質苯系表取代基(R)對硝化反應速度的影響ROHOCH3HCNNO2N+(CH3)3v相對100024.5110-410-5～-710-7親電取代，苯環電荷密度大，反應速度快2,4,6-三硝基甲苯硝化劑o,%m,%p,%o/p80％HNO340.7059.30.6990％HNO323.5076.50.31HNO3-H2SO419.42.178.50.25HNO3-(CH3CO)2O67.82.529.72.28硝化+

對硝化產物異構體比例的影響硝化劑對消化反應影響消化劑消化能力取決離解形成NO2+的難易程度硝酸乙酯硝酸硝酸-醋酐五氧化氮氯硝酰硝酸-硫酸硝酰硼氟酸特殊硝化劑（1）HNO3-H2SO4(H3PO4):增加p-位異構體收率。（2）NaNO3(KNO3)-H2SO4:可良好控制硝化劑量，減少水的積累，用于苯甲醛、苯甲酸等的硝化。（3）HNO3-(CH3CO)2O:無氧化性，與酚醚或N-酰芳胺反應，可提高o/p。（4）RONO2：堿性條件的硝化劑。反應介質表反應介質對硝化產物異構體比例的影響被硝化物硝化劑-介質溫度,℃o,%m,%p,%o/p苯甲醚HNO3-H2SO445312670.46HNO3(d.1.42)45402580.6925%HNO3-CH3COOH65442540.80O2NBF4－－環丁砜690312.23HNO3-(CH3CO)2O10711282.54芐甲醚HNO3-H2SO4252918530.55HNO3-(CH3CO)2O25517421.21苯乙基甲醚HNO3-H2SO425329590.54HNO3-(CH3CO)2O25624341.82甲苯HNO3(d.1.47)30573401.43HNO3-(CH3CO)2O25563411.37溫度反應溫度升高，硝化反應速度加快。硝化產物k25℃k35℃k35℃/k25℃0.180.472.610.391.233.15反應溫度升高，硝酸分解和氧化副反應速度加快。反應溫度升高，反應選擇性下降。溫度，℃o,%m,%p,%3057.23.539.36057.67.135.3容易進行的硝化反應：10～90℃較難進行的硝化反應：30～130℃攪拌促進傳熱：及時移除反應熱促進傳質：增加反應界面，加快反應速度在硝化反應中停止攪拌或導致攪拌失效時，大量活潑的硝化劑在酸相中積累，一旦攪拌再次開動，就會突然發生激烈反應，在瞬間放出大量的熱，使溫度失去控制，而導致發生事故。相比和硝酸比相比

混酸與被硝化物的質量比叫做相比，也叫酸油比。提高相比有利于：被硝化物的溶解和分散；增加反應界面，加快反應；控制反應溫度，使反應平穩。硝酸比（Φ）硝酸與被硝化物的摩爾比叫做硝酸比。容易進行的硝化反應：過量1～5％較難進行的硝化反應：過量10～20％硝化生產方式間歇過程：連續過程：設備小、效率高、便于自動化，適于大規模生產；靈活性和適應性強、使用小批量、多品種生產；硝化加料順序

并加法：將被硝化物和混酸按一定比例同時流入反應鍋中的方法，這種加料方式常用在連續硝化中。

正加法：將混酸逐漸加入到被硝化物中的方法，這種方式常用于被硝化物容易硝化的過程。

反加法：將被硝化物逐漸加到混酸中的方法，這種加料方式適于制備多硝基化合物，或被硝化物難于硝化的過程。加料方式硝化副反應硝酸分解氧化：生成硝基酚類多硝化形成黑色絡合物（C6H5CH3?2ONOSO3H?3H2SO3）四、典型硝化反應

苯與混酸的混合物于50-60℃反應，生成硝基苯。

硝基苯不容易繼續硝化，要在更高的溫度或用硝化能力更強的硝化劑才能發生反應，且主要生成間二硝基苯。

烷基苯較苯容易發生硝化反應，在混酸作用下，得到鄰位和對位硝基苯。

萘的硝化較苯容易進行，萘用混酸硝化時，在常溫下即可進行，且主要生成是

-硝基萘。

酚很容易硝化，與稀硝酸在室溫下作用，即生成鄰硝基苯酚和對硝基苯酚的混合物。如用濃硝酸硝化，則生成2，4-二硝基苯酚和2，4，6-三硝基苯酚。三、芳烴的硝化硝化反應操作過程間歇過程：連續過程：設備小、效率高、便于自動化，適于大規模生產；靈活性和適應性強、使用小批量、多品種生產；1、硝化反應操作過程混酸配置四、硝基苯的生產

硝基苯是最典型的硝化產品，其主要用途是制取苯胺和聚氨酯泡沫塑料，此外，它還是一種重要的有機中間體及工業溶劑。

硝化反應器

反應原理環形殼體約束了流體的流向，接近平推流，減少返混；換熱器設置在環形殼體的另一側，設置充裕的換熱面積；勻流折板，使進入換熱器的物料均勻分流；四層推進式攪拌器，物料混合均勻。

硝化工藝

定義：醇或酚與含氧酸類作用形成酯和水的過程，即醇或酚分子中的羥基的氧原子上引入酰基的過程。酰化試劑：羧酸；酰鹵；酯；酸酐；酰胺§2.5酯化一、酯化概述

酰基指的是從含氧的無機酸和有機酸的分子中除去一個或幾個羥基后剩余的基團。羧酸

RCOOH,HCOOH,CH3COOH,HOOCCOOH酸酐：

CO2(碳酸酐)CO(甲酸酐)酰氯常用酰化劑羧酸酯

ClCH2COOC2H5,CH3COCH2COOC2H5酰胺其他：如雙乙烯酮、二硫化碳不同類型酰化試劑的活性δ1+<δ2+<δ3+①酸與醇或酚直接酯化法：

R'OH+RCOOH→RCOOR'+H2O②酸的衍生物與醇的酯化：

R'OH+(RCO)2O→RCOOR'+RCOOHR'OH+RCOCl→RCOOR'+HCl酯交換反應：

RCOOR'+R″OH→RCOOR″+R'OHRCOOR'+R″COOH→R″COORˊ+RCOOHRCOOR

'+R″COOR?→RCOOR?+R″COOR'其他酯化法：烯酮與醇酯化、腈的醇解、酰胺的醇解主要酯化反應：

羧酸酯在精細化工產品中有廣泛用途，重要的用途是用作溶劑及增塑劑，其他的用途還包括有樹脂、涂料、合成潤滑油、香料、化妝品、表面活性劑、醫藥等。

酯化反應用途二、酯化反應原理酯化反應平衡常數為：提高酯收率的方式：（1）用過量的低級醇（2）從反應混合物中蒸出水（3）從反應混合物中蒸出酯酯化反應主要影響因素

醇或酚結構酯化反應活性：甲醇?伯醇?仲醇?叔醇?酚。（

如：乙酸與醇或酚的酯化反應影響的結果）通常，叔醇和酚的酯化要選用活潑的酸酐或酰化劑。

空間位阻羧酸的結構酯化反應活性：甲酸?直鏈羧酸?有側鏈羧酸?芳香族羧酸。（見表5-15異丁醇與各種羧酸的酯化反應影響的結果）如：以苯甲酸為例，當鄰位有取代基時，酯化反應速度減慢；當兩個鄰位均有取代基時，酯化更難，而且形成的酯不易皂化。空間位阻催化劑作用：可降低反應活化能，加快反應的速度。種類：(a)無機酸、有機酸：H2SO4、HCl（或氯化氫）、H3PO4、р-(CH3)C6H4SO3H、F3CCOOH、C6H5SO3H、等；(b)無水酸式鹽：AlCl3、FeCl3、KHSO4、CH3COONa等；(c)強酸性陽離子交換樹脂；酚磺酸樹脂、磺化聚苯乙烯樹脂(d)非酸型催化劑：鋁、鈦和錫的化合物如Al2O3、SiO2、ZnO、TiO2、鈦酸四丁酯［Ti(OC4H9)4］等；幾種常用催化劑的性能：①濃硫酸優點：酸性強、吸水性好、性質穩定、催化劑效果好及價格低廉等，是應用最為廣泛的催化劑。缺點：氧化性，易使反應物發生磺化、碳化或聚合等副反應，對設備腐蝕嚴重，后處理麻煩，產品色澤較深等。注意：酯化溫度低于100°C，硫酸用量約為羧酸量1/3~1/5。對碳鏈長的羧酸酯化反應因此需要溫度高，通常不宜用硫酸作為催化劑。對于不飽和酸、羥基酸、甲酸、草酸和丙酮酸等的酯化，不宜用硫酸催化，因為它能引起加成、脫水或脫羧等副反應；②干燥氯化氫或鹽酸優點：酸性強、無氧化性、催化效果好和易于分離等。缺點：設備腐蝕嚴重、操作較復雜、反應時間過長時易發生醇羥基氯代副反應等。應用：一般用于某些以濃硫酸作為催化劑時發生脫水等副反應的含羥基化合物的酯化，也可用于氨基酸的酯化。

③對甲苯磺酸優點：具有濃硫酸的一切優點，而且無氧化性，碳化作用較弱，工藝較簡單。缺點：價格較高。應用：常用于反應溫度較高及濃硫酸不能使用的場合，如長碳鏈脂肪酸和芳香酸的酯化強酸性陽離子交換樹脂特點：酸性強、操作簡便、反應條件溫和、催化劑可再生和易于分離、副反應少、產率高、可連續化生產等。如果加入適量酸鈣，可加快反應速度并提高收率。缺點：價格高、耐高溫性能較差，使用溫度低于120℃，因此限制了它們的應用范圍。催化劑的選擇：①醇和酸的種類和結構②酯化溫度③設備耐腐情況④成本⑤催化劑來源⑥是否易于分離等。三、酯化方法

1、羧酸法⑴特點：羧酸與醇作用生成酯的反應（羧酸法）是雙分子的平衡可逆反應，雖經加熱和催化劑的作用可加快反應速度，但不能提高平衡轉化率。⑵酯化轉化率：提高酯的收率，可采用兩種方法：原料配比中，提高便宜原料用量，以提高酯的平衡轉化率；不斷蒸發反應生成的酯和水，破壞反應的平衡。2、羧酸酐法①羧酸酐是比羧酸更強的酰化劑，適用于酚羥基或空間位阻大的羥基化合物酯化。②反應在少量酸或堿的催化下進行。常用的催化劑有濃硫酸、對甲苯磺酸、高氯酸、氯化鋅、無水乙酸鈉、吡啶以及二甲基苯胺等。③醇的結構對酸酐法合成酯的影響，酯化速度順序為：伯醇>仲醇>叔醇。(1)特點：(2)應用①適用于較難反應的酚類化合物及空間阻礙較大的醇的直接酯化：

RˊOH+(RCO)2O→RCOORˊ+RCOOH乙酰水楊酸（即阿司匹林）的合成：

分散染料中間體的合成：

二元酸酐與醇共熱反應工業上大規模生產的各種型號的增塑劑鄰苯二丁酯（DBP）及二辛酯（DOP）就是以苯酐和過量醇在硫酸催化下進行酯化而得的。

苯酐辛醇3、酰氯法

①酰氯的酯化能力比相應的酸酐強，用它作酯化劑，酯化反應極易進行；對于一些空間位阻較大的叔醇，也能順利完成酯化反應。②是一個不可逆反應。反應中釋放出氯化氫，易產生多種副反應（如氯化、脫水和異構化等）常采用吡啶、三乙胺、等有機堿或碳酸鈉無機弱堿中和HCl。防止酰氯分解，一般均采用分批加堿以及低溫反應的方法。4、酯交換法

定義：酯交換，是指在反應過程中原料酯與另一種參加反應的反應劑間發生了烷氧基或烷基的交換，從而生成新的酯的反應。應用場合：當用酸對醇進行直接酯化不易取得良好效果時，常常要用酯交換法。反應方式：酯交換除原料酯外，參與反應的另一反應劑可能是醇、酸或另一種酯。

即，三種方式：1、酯醇交換法，即醇解法或醇交換法

2、酯酸交換法，即酸解法或酸交換法

3、酯酯交換法，即醇酸互換

5、腈的醇解在硫酸或氯化氫作用下．腈與醇共熱可直接成為酯：

本法的優點在于腈可直接轉變為酯，不必先制成羧酸。例如，工業上大量生成的甲基丙烯酸甲酯就是應用此法。合成過程分為二步：（80%產量用該方法）丙酮氰醇甲基丙烯酰胺硫酸鹽四、反應實例鄰苯二甲酸二辛酯的合成（DOP）---增塑劑C8H17OHCOOC8H17COOC8H17增加塑料的可塑劑，改善在成型加工時樹脂的流動性，并使制品具有柔韌性的有機物質。增塑劑首先要與樹脂具有良好的相容性，相容性越好，其增塑效果也越好。添加增塑劑可降低塑料的玻璃轉化溫度，使硬而剛性的塑料變得軟且柔韌。一般還要求增塑劑無色、無毒、無臭、耐光、耐熱、耐寒、揮發性和遷移性小，不燃且化學穩定性好，廉價易得。實際上，一種增塑劑不可能滿足以上的所有要求。1.還原反應——廣義而言，在還原劑的參與下，能使某原子得到電子或電子云密度增加的反應。狹義而言，在有機分子中增加氫或減少氧的反應，或者兼而有之的反應。（注：氫化是還原的一種重要形式）§2.6氫化與還原（1）有機分子中增加氫（2）有機分子中減少氧（3）有機分子中氧原子減少，同時氫原子增加

3.還原方法按還原劑不同和操作方法不同，還原方法可分為：（1）催化氫化法（CatalyticHydrogenation）在催化劑存在下，有機化合物與氫發生的還原反應。（2）化學還原法（ChemicalTeduction）使用化學物質作為還原劑的還原方法。

無機還原劑：

活潑金屬及其合金Fe/HClZn/HOAcNa/ROHZn-Hg/HClNa-Hg/EtOH

低價元素的化合物Na2SNa2SxFeCl2SnCl2Na2S2O4

金屬氫化物NaBH4KBH4LiAlH4LiBH4

有機還原劑：烷基鋁（異丙醇鋁、叔丁醇鋁），HCHO，葡萄糖（3）電解還原法

有機化合物從電解槽的陰極上獲得電子而完成的還原反應。

催化氫化的反應類型1.氫化和氫解氫化：

鍵斷裂與氫加成形成飽和鍵。氫解：反應物分子中

鍵斷裂與氫結合，產物分解成兩部分氫化物例：氫化

例如：氫解2.催化氫化（反應體系）

均相催化氫化（HomogeneousHydrogenation），亦稱為均相絡合催化，催化劑溶于反應介質中

非均相催化氫化（HeterogeneousHydrogenation），亦稱為多相催化氫化，催化劑自成一相。3.催化氫化（工藝）

液相氫化：氫化在液相介質中進行，是氣－液－固多相反應。

氣相氫化：氫化在氣態下進行，是氣－固相反應。4.催化氫化的特點優點：反應易控制，產品純度高，三廢少。缺點：加壓設備來完成反應，安全措施要求嚴格，反應需使用催化劑。液相催化氫化

1.催化氫化的基本過程

反應物分子向催化劑表面的擴散；

反應物分子在催化劑表面吸附（物理和化學吸附），形成活化絡合物；

絡合物在催化劑表面進行化學反應；

產物分子由催化劑表面解吸；

產物分子由催化劑表面向介質擴散，離開催化劑表面。擴散-吸附-反應-解吸-擴散2.催化劑 （1）按金屬性質分類貴金屬：鉑(Pt)、鈀(Pd)、銠(Rh)、銥(Ir)、鋨(Os)、釕(Ru)一般金屬：Ni、Cu（2）按催化劑的制法分類3.催化劑的評價主要指標

催化活性

選擇性

穩定性：指催化劑在使用條件下，保持活性和選擇性的能力，主要指對毒物的穩定性。4.骨架型催化劑主要有骨架鎳、骨架銅、骨架鈷骨架鎳：又稱為Raney鎳，由Al-Ni合金作為原料，用溶解的方法（常用NaOH溶液）除去其中不需要的組分（Al）,形成具有高度孔隙結構的骨架，故稱為骨架型催化劑。一般：Ni：30～50%CNaOH：20～30%

Al的溶出過程稱為合金的“消化”。骨架鎳的性質

催化劑的活性隨制備溫度、合金組成、堿濃度、溶化時間、洗滌條件等不同而不同。它最適合于各種雙鍵、芳環的加氫。

灰黑色粉末，干后可在空氣中自燃，應保存在乙醇或蒸餾水中。

操作條件：氫化T、P較高，但價格便宜，制備簡單。

中毒：S、As、Bi的化合物，X、Sn、Pb的有機金屬化合物。6.載體型：Pd－C

將Pd鹽水溶液浸漬或吸附于載體上（如活性炭），再經還原劑處理，使其形成金屬微粒、經洗滌、干燥得載體鈀催化劑。性能：作用溫和，選擇性好，可在酸、堿溶液中起作用，對毒物敏感性差。適于烯烴、炔烴、芳香族硝基的氫化。7.催化氫化的影響因素（1）被氫化物的結構和性質

某些有機化合物催化氫化易難次序

各種官能團的反應活性

碳氫化合物中直鏈烯烴＞環狀烯烴＞萘＞苯＞烷基苯＞芳香烷基苯（2）溫度和壓力T↑—→選擇性↓P↑—→[H2]↑—→

↑—→選擇性↓（3）溶劑及介質的酸堿性溶劑的極性、介質的酸堿性以及溶劑對反應物和氫化物的溶解度等均能影響反應速度和反應的選擇性。因為溶劑的存在使反應物的吸附性發生了變化，改變了氫的吸附量。溶劑的存在也會引起催化劑表面狀態的改變，可使催化劑分散得更好，有利于被氫化物、氫、催化劑三者之間的接觸。（1）無溶劑法：反應物、生成物都是液體，粘度不大；（2）用水作溶劑：用于含水溶性基團的反應物；（3）有機溶劑：多數情況下催化氫化要采用有機溶劑8.實際操作（1）H2的來源使用的H2可以是：純H2，或CO+H2，或惰性氣體+H2H2來源：NaCl

+

H2O電解天然氣（CH4）轉化水煤氣（CO+H2）凈化H2O電解

（2）反應器

泥漿型反應器（使用的催化劑處于懸浮或流動狀態）攪拌式加氫釜：加壓操作鼓泡塔式反應器：中壓（約幾個MPa）或較高壓力（約幾十MPa）立管式泥漿型反應器：中壓或較高壓力。

固定床反應器：大顆粒催化劑在設備中處于固定狀態。

流化床反應器9.實例（1）芳香族硝基化合物的催化氫化100℃，15～20MP，立管式泥漿型反應器8～10MP（2）腈的還原將腈還原為伯胺，引入氨基。制備長碳鏈脂肪胺

（3）芳環氫化常用催化劑：Pt、Pd、Ni氣固相催化氫化催化劑：含銅（載體型）催化劑銅－硅膠（Cu－SiO2）Cu－Al2O3Cu－浮石副反應：

在電解質溶液中的鐵屑還原

金屬在水介質中對硝基化合物進行還原的過程，在理論上是和金屬的腐蝕過程一致，因此可根據金屬腐蝕的電化學原理來說明。鑄鐵是鐵和碳化鐵的固態溶液，組成中還含有錳、碳、硅和硫等元素。當鑄鐵和水溶液接觸時，這些元素和化合物可與鐵組成微電池，而且一般鐵是負極，其它元素是正極。

OHˉ+H+

H2OH++e

HFe2+Fe2+雜質(正極)Fe(－)ee(－)Fe原理：

選擇性還原，對－X，C＝C，C＝O等基團無影響。反應歷程1.化學歷程

2.硝基化合物還原的各步歷程反應影響因素1.被還原物的結構芳環有吸電子基－→容易，反應溫度低；芳環有推電子電子基－→較難，反應溫度較高；

2.鐵屑質量與用量鑄鐵：含雜質（C,Mn,P,Si），可形成微電池，效果好；熟鐵粉、鋼粉等：含雜質少，效果差；理論用量：ArNO2

～2.25Fe實際用量：1ArNO2～（3－4）Fe3.電解質的影響電解質的存在可加速反應，因可提高溶液的導電能力。鐵的預蝕：在電解質的鐵屑還原中，若使用FeCl2為電解質時，是通過在還原反應前在反應器中加入少量鐵粉和鹽酸來制得的，這個過程稱為鐵的預蝕。4.水量水的作用：提供質子，可傳質、傳熱硝基物與水的摩爾比為1:50-1005.攪拌與反應器反應中需良好的攪拌；一般采用球底襯耐酸磚鋼鍋。實際操作1.還原方法適用范圍可與鐵泥采用各種方法分離的芳胺均可用鐵屑還原2.產物分離方法3.還原工藝一般采用間歇式生產：鐵的預蝕—→分批加Fe和ArNO2—→加入Na2CO3、CaO—→后處理鋅粉還原鋅粉還原能力與介質的酸堿性有關

硝基化合物在堿性介質中用鋅粉還原的過程利用鋅粉強堿條件下還原制備以下物質：含硫化合物還原

含硫化合物多數為相當緩和的還原劑，含硫還原劑有：硫化物：Na2S、NaHS、(NH4)2S、Na2Sx(x=1～5)

含氧硫化物：Na2SO3、NaHSO3、Na2S2O4（連二亞硫酸鈉、保險粉）此類還原劑主要可將氮氧的官能團還原成氨基硫化物作為還原劑1.特點及應用范圍（1）特點：反應緩和，可選擇性部分還原多硝基化合物，反應中硫化物提供電子，水（或醇）提供質子。（2）Na2S作為還原劑適于在堿性介質中使用，可將ArNO2、HO-Ar-NO2還原為ArNH2、HO-Ar-NH2；

反應中生成NaOH，使介質的pH值不斷增加，因而易發生雙分子還原生成氧化偶氮化合物、偶氮化合物、氫化偶氮化合物等雜質。

避免方法：

向體系中加入NH4Cl、MgSO4、MgCl2、NaHCO3來降低介質的堿性；

加入計算量的S使Na2S生成Na2S2，Na2S2不引起雙分子還原反應。

（3）Na2S2作還原劑可由等摩爾Na2S和S與水共沸制備。（4）多硫化鈉Na2Sx：其還原作用與Na2S2相同，但有硫（S）析出，產物提純困難。

（5）NaHS作為還原劑：在硫化物還原劑中最為適用。可由H2S通入Na2S溶液中制得，不引起雙分子還原。

★多硝基物的部分還原一般采用Na2S2或NaHS2.含氧硫化物作為還原劑主要還原劑有：Na2SO3、NaHSO3、Na2S2O4（1）Na2SO3、NaHSO3

NaSO3在作還原劑的同時，還可作為磺化劑。如（2）Na2S2O4（連二亞硫酸鈉，俗稱保險粉）在稀堿介質中是強還原劑，可還原硝基，重氮基及醌基等。反應條件溫和，反應快，收率高，產品純。但保險粉性質不穩定，當受熱或在水溶液中往往迅速劇烈分解。金屬氫化物還原劑LiAlH4（鋁氫化鋰、四氫鋁鋰）NaBH4（硼氫化鈉、四氫硼鈉）特點：反應速度快、產率高，反應條件溫和，選擇性好。1.LiAlH4：強還原劑，可獲得優良產率（70～98%），是一種“廣譜”還原劑。能還原碳原子和雜原子之間的雙鍵和叁鍵，一般不能還原碳碳之間雙鍵和叁鍵制備：由LiH粉末與無水AlCl3在干醚中反應制得。

2.NaBH4還原作用較LiAlH4緩和，僅能使羰基化合物和酰氯還原為醇，不能使硝基還原，能溶于水、醇而不分解。其它還原劑1.醇鋁還原劑（烷氧基鋁）還原劑：

特點：具有高的選擇性，同時作用緩和。2.肼（H2N－NH2）其水溶液呈弱堿性（K1=9.8×