第15章 有机化合物的制备及工业合成技术

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第十五章 有机化合物的制备及工业合成技术
学习目标 1.掌握各种有机化合物的制备方法; 2.掌握有机化合物的工业合成技术。
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第一节 烷烃的来源与制备 天然来源:主要是石油和天然气 ,此外还有可燃冰。 煤也是烷 烃的主要来源。 制备方法: (一)烷烃的实验室制法
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三、异丙苯氧化法
此法最大的优点是原料价廉易得,可以连续生产并能同时获 得苯酚和丙酮两种重要的原料,是目前工业上生产苯酚最重 要的方法。
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四、酚的其它制法
反应一般用重氮苯硫酸盐,以避免产物酚与重氮盐发生偶合 反应和氯苯副产物的生成。 在合成上常通过重氮盐来制备一些不能由磺化、碱熔法制备 的酚类。该法虽然工艺复杂一些,但反应条件温和。
有α-H的烷基苯在高锰酸钾、重铬酸钾等氧化剂作用下,不论 碳链长短均被氧化成苯甲酸。
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工业上一般用甲苯液相空气氧化法制备苯甲酸。
(二)伯醇或醛的氧化
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乙醛空气氧化(或氧气氧化)是工业生产乙酸的方法之一。
不饱和醇和醛也可氧化成相应的羧酸,但需要选用相应的弱氧 化剂,以避免不饱和键被氧化。
(二)格氏试剂与醛、酮亲核加成 1 .与甲醛反应制伯醇
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2 .与其它醛反应制仲醇
3 .与甲基酮反应制叔醇
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(三)格氏试剂与酯反应 1 .甲酸酯→仲醇
2 .其他酯→叔醇
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六、重要的醇的工业制备 1 .甲醇
2 .乙醇
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3 .甘醇——乙二醇 (1)氯乙醇水解法
第四节 卤代烃的制备 一、烃的直接卤化 1 .烷烃卤代反应
2 .烯丙型烯烃的α-H高温取代
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3 .芳烃取代反应 (1)环上卤化
(2)侧链卤代
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二、从不饱和烃制备卤代烃 1 .烯烃、炔烃加卤素
2 .烯烃、炔烃加卤化氢
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三、从醇制备卤代烃 1 .醇与氢卤酸作用
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例如,合成乙基叔丁基醚,需采用卤乙烷与叔丁醇钠反应, 而不采用叔丁基卤和乙醇钠反应,因为后者将主要得到烯烃。
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制备芳基醚时,用酚钠和卤代烷,而不用卤代芳烃和酚钠。 因为卤代芳烃非常不活泼。例如:
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三、环醚的制备
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【练习15-9】合成下列化合物(原料自选) 1.正丁醚 2.甲异丁醚 3.异丙醚 4.苯基苄基醚 5. 苯基烯丙基醚 6.苄基叔丁基醚
3.炔氢的亲核加成
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CH3-CH=C CH3
【练习15-3】 制备下列烯烃应选择哪些结构的醇?
1.(CH3)2C=CH2 2. CH3CH2CH=CH2 3. CH3 4.
CH3-CH=C CH3
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第三节 炔烃的制备 一、乙炔的实验室制法 实验室里,就是用电石直接水化制备乙炔的。反应如下:
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(二)羧酸衍生物的还原 羧酸衍生物中,酰卤、酸酐和酯在强还原剂如氢化铝锂 (LiAlH4)的作用下,都可以还原成伯醇。其中。羧酸酯还 原时,多种还原剂均可以使用,且生成两种伯醇。
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(1)酯的催化氢化
(2)酯的化学还原
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五、格氏试剂合成法 (一)格氏试剂与环氧乙烷反应
CH3 CH2 C CH2 CH3 OH
【练习15-8】由丙酮合成(CH3)2CHC(CH3)2OH
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第六节 酚的制备与合成
一、卤苯水解法
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如果卤原子的邻位或对位上连有较强的吸电子基时,则较易 水解成相应的酚。
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二、苯磺酸钠碱熔法
磺化碱熔法的产率高,技术成熟,对设备要求不高,但工序 多,同时耗用大量的酸和碱,对设备腐蚀严重,成本也高。 目前还有些中小型工厂使用此方法制酚。此法对芳环上连对 碱敏感的基团(如-X,-NO2等)的化合物不适用。
(二)烷烃脱氢
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五、二烯烃的制备 共轭二烯烃是最常见的二烯烃,而1,3-丁二烯是合成橡胶的主要 原料,其用量与日俱增,人们一直在研究和探索它的大规模的合 成方法。 (一)从石油裂解气中分离 (二)丁烷脱氢
(三)丁烯脱氢
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(四)其他制备方法 1.乙炔“二聚合”
2.1,4-丁二醇脱水
二、乙炔的工业制备 1 .电石法
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2 .甲烷部分氧化法
三、其它炔烃的制备 1 .炔化物的烃化
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2 .由二卤代烷脱卤化氢
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3 .由1,1,2,2-四卤代物脱卤素
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【练习15-4】写出以电石为原料合成PVC塑料的合成线路。
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二、卤代烃碱解
三、醛、酮的还原 (一)催化加氢 在加热、加压下,醛、酮催化加氢分别生成伯醇和仲醇。
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(二)还原剂的还原
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四、羧酸和酯的还原 (一)羧酸的还原 在一般条件下,羧酸不易被还原。实验室中常用强还原剂氢 化铝锂(LiAlH4),将羧酸还原成醇。
2 .苯氯甲基化
3 .从卤烷置换
4 .从丙酮制备
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【练习15-5】由指定原料合成下列化合物 1.由乙烯合成1,1-二氯乙烷 2.由甲苯合成对氯苯甲醇 3.由环已醇为原料合成2,3-二溴环已醇
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第五节 醇的制备与合成 一、烯烃水合法 (一)烯烃间接水合
(二)烯烃直接水合
上间接引入直链烷基的最好方法。
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制备烷烃的方法还有: 烷烃的生化制法——沼气发酵; 烷烃的工业制法(分离净化油田气、炼厂气;分离净化焦炉 气;洁净煤技术)等。
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第二节 烯烃的制备与合成 一、烯烃的工业制备 在高温和无氧条件下,烷烃分子中的碳碳键或碳氢键发生 断裂,发生裂化反应生成较小的分子。例如:
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四、烯烃的醛基化 α-烯烃与CO和H2在催化剂作用下,生成比原烯烃多一个碳原子的 醛。这个合成法称为烯烃的羰基合成。常用的催化剂为八羰基二 钴。例如:
除乙烯合成丙醛外,其他α-烯烃都是在双键处加入一个醛基, 而得到两种醛,但一般直链醛为主要产物。
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五、醛的其他制法 (一)羟醛缩合反应
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②丙烯氧化法(氧化法)制甘油
此法的优点在于不需要用氯气,且中间产物丙烯醛也是有用 的有机原料,生产成本也较低。缺点是丙烯醛的分离精制 较为复杂,只适宜于较大规模的生产。
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5.季戊四醇
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【练习15-6】以乙醛为原料合成2-乙醛-1-已醇。 【练习15-7】试用三种RMgX与羰基化合物的组合形式制备
【练习15-11】由指定原料合成下列化合物。 1.由丙酮合成(CH3)2C=CHCOCH3 2.由正丁醇和甲苯合成
O CH2 C CH2 CH2 CH3
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第十节 羧酸的制备及其在有机合成中的应用 一、氧化法 (一)烃的氧化
烯烃通过氧化,碳链在双键处断裂得到羧酸。
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环状烯烃通过氧化得到二元羧酸。
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第九节 酮的制备与合成
一、烯烃的氧化
二、炔烃的水合
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三、仲醇氧化成酮
四、芳烃的酰基化
芳烃的酰基化是制备芳酮的重要方法,常用的酰基化试剂是酰
卤或酸酐。
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五、交叉羟醛缩合制备酮
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【练习15-10】由1-丁烯出发合成下列化合物。 1.丙醛 2.丁醛 3.丁酮 4.戊醛
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第八节 醛的制备与合成 一、烯烃的氧化
此法原料价格便宜,且又解决了汞盐催化剂污染环境的问题。
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二、炔烃的水合
本方法中催化剂汞盐造成很大的环境污染,且难于处理,虽 有非汞催化剂的报道,但是产率远不能与汞催化法相比。
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三、醇的氧化或脱氢
工业上将醇的蒸汽通过加热的催化剂(铜或银等),也可使伯 醇、仲醇脱氢生成相应的醛、酮,这是制备醛、酮的重要 方法。例如:
(1)克莱门森(Clemmenson)还原法
(2)伍尔夫-凯惜纳-黄鸣龙(Wolff-Kisshner-Huangminglon)还原 法
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例如:
这两个反应是在不同的条件下还原成亚甲基,可根据羰基 化合物中含有对酸或碱敏感的基团不同,选择在不同的反应介 质中进行还原。黄鸣龙法与Clemmenson法相互补充,是在苯环
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练习:由间氯硝基苯制备间氯苯酚。
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第七节 醚的制备与合成 一、醇分子间脱水
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二、威廉森合成 醇钠或酚钠与卤代烃反应生成醚是制备醚的一个重要方法, 称为威廉森(Williamson)合成法。
由于卤代烃在强碱条件下进行亲核取代生成醚的同时,常 伴有消除反应生成烯烃,因此用威廉森法制备醚时,必须 注意原料的选择。伯卤代烷生成醚的产率较好,叔卤代烷 在强碱条件下几乎都是消除产物。
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(三)酮的氧化
此法可制备比原来的酮少一个碳原子的羧酸。
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二、氰的水解
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腈又多从卤代烃与氰化钠反应制备,生成的羧酸比原来的卤代 烃多一个碳原子。但此法不适用于仲和叔卤代烷,因氰化钠碱 性较强,易使仲或叔卤代烷脱卤化氢生成烯烃。
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三、格氏试剂与CO2作用
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三、醇脱水 (一)实验室制法 醇脱水是实验室中制备烯烃的重要方法。实验室中,常用浓硫酸 作为脱水剂,加热使醇发生液相脱水生成烯烃。例如:
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(二)工业制法 工业上,把乙醇的蒸气通过加热至360℃氧化铝催化剂表面上, 使醇发生气相脱水而生成烯烃。例如:
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式中 2 .醇与卤化磷作用
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3 .醇与亚硫酰氯作用
四、利用重氮化合物制备 1 .被氟原子取代
2 .被氯原子取代
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3 .被溴原子取代
4 .被碘原子取代
重氮基被卤原子取代的反应,通常用于合成用其他方法 不易或不能得到的一些卤代芳烃。
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五、其它制备卤代烃的方法 1 .从醚制备
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二、卤代烃脱卤化氢 卤代烃与浓的强碱醇溶液(如浓的氢氧化钾-乙醇溶液)共热, 发生α,β-消除反应脱去一分子卤化氢而生成烯烃。卤代烃 脱卤化氢生成烯烃的反应,符合扎依采夫规则。
这是制备烯烃,也是生成碳碳双键的一种方法。为了制备烯 烃,最好选用叔或仲卤代烃,因为伯卤代烃生成烯烃的产 率一般较低。
四、单烯烃的其他制法 (一)炔烃加氢 选择适当的催化剂,可以使炔烃的加氢停留在烯烃阶段。常 用活性较低的林德拉催化剂(Pd-BaSO4/喹啉或Pd-CaCO3/醋 酸铅),可使炔烃只加一分子氢,加成反应停留在烯烃阶段。
例如
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若分子中同时含有双键和叁键时,加氢反应首先发生在叁键 上。例如:
(2)环氧乙烷水合法
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4 .甘油——丙三醇 丙三醇以酯的形式广泛地存在于自然界中,油脂的主要成 分是丙三醇的高级脂肪酸酯。丙三醇最初是油脂水解制肥 皂时的副产物。近代工业上以丙烯为原料合成。 (1)油脂水解制甘油
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4 .甘油——丙三醇 (2)以丙烯为原料的工业合成甘油 ①氯丙烯法(氯化法)制甘油 以丙烯为原料,氯化法合成甘油 的基本过程如下
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(二)烷烃的其他制法 1.不饱和烃的还原 (1)烯烃的还原 (2)炔烃的催化加氢
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2.通过卤代烃制备 (1)卤代烃与金属钠作用 RX+2Na RNa+RX NaX+RNa R-R+NaX
(2)利用格氏试剂制备
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3.醛、酮的还原 羰基化合物醛、酮的羰基可以还原成亚甲基,得到相应的烃。
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2-丁烯醛催化加氢,即得正丁醇。
这是工业上用乙醛为原料,经羟醛缩合和催化加氢制备正丁醇 的方法。
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(二)交叉羟醛缩合 除乙醛外,其他醛经羟醛缩合,所得产物都是在α-碳上带有支 链的羟基醛或烯醛。
羟醛缩合是一种增碳的反应,在有机合成中具有重要用途。常 用来制备β-羟基醛(酮)和α、β-不饱和醛或酮。
制备时,一般是将格利雅试剂的醚溶液倒人过量的干冰中,使格 利雅试剂与二氧化碳加成,再经水解即生成羧酸。此法可从卤代 烃制备多一个碳原子的羧酸。
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