精细有机合成烷基化反应
烃基化反应和烷基化反应
烃基化反应和烷基化反应烃基化反应和烷基化反应是有机化学中常用的反应类型，它们分别指的是在分子中引入烃基或烷基基团的化学反应。
烃基化反应是指在有机分子中引入烃基（或烯烃基）的化学反应。
这种反应可以通过直接的取代反应或通过碳-碳键断裂和重组来实现。
常见的烃基化反应包括Wurtz反应和Corey-House反应等。
Wurtz反应是一种重要的烃基化反应，它是通过反应两个卤代烃与金属钠或金属钾来实现的。
在反应中，卤代烃首先与金属钠或金属钾发生失去卤根离子（X-）的反应，生成自由基的烷基钠或烯烃基钠。
然后，两个烷基钠或烯烃基钠通过反应生成一个新的碳-碳键，产生所需的烃基化产物。
Wurtz反应在合成有机化合物和精细化工中得到了广泛的应用。
Corey-House反应是另一种重要的烃基化反应。
该反应是通过卤代烷与Grignard试剂反应来引入烃基。
在反应中，卤代烷通过和Grignard试剂反应失去卤根离子，生成烷基或烯烃基中间体。
然后，这些中间体再和电子亲和性较强的电子受体反应，形成烃基化产物。
Corey-House反应常用于精细化工和药物合成领域。
烷基化反应是指在有机分子中引入烷基基团的化学反应。
这种反应通常通过取代反应或通过碳-碳键断裂和重组来实现。
常见的烷基化反应包括自由基取代反应和卤代烃与卡宾反应等。
自由基取代反应是一类常用的烷基化反应。
在这种反应中，通常是通过光解或热解能够产生自由基的化合物来引发反应。
在自由基取代反应中，自由基首先与烷基化底物中的氢原子发生反应，形成碳-碳键和碳-碳键。
这种反应常用于合成药物、染料等有机化合物。
卤代烃与卡宾反应也是一种重要的烷基化反应。
在这种反应中，卤代烃与卡宾中间体反应，生成烷基化产物。
卡宾中间体是一类高度反应性的中间体，它是由碳-氧键断裂或碳-卤键断裂形成的。
卡宾中间体在反应中通常通过与醛、酮等具有亲核性的化合物反应，形成烷基化产物。
卡宾反应在合成有机化合物中具有重要的应用和研究价值。
有机合成化学第4章烷基化反应和酰基化反应
O Cl
<
H3C
C
Cl
4.4.1 用羧酸的N-酰化 用羧酸对胺类化合物进行酰化是合成酰胺的重要方法，反应有 水生成，是一个可逆反应，其酰化反应通式为：
R'NH2 + RCOOH R'NHCOR + H2O
为了使反应进行到底，可使用过量的反应物，通常是用过量 的羧酸，并同时不断移去反应生成的水。移去反应生成水的方 法常常是在反应物中加入甲苯或二甲苯进行共沸蒸馏脱水，也 可采用化学脱水剂如五氧化二磷、三氯氧磷等移去反应生成的 水。
H2N + CH2O
浓HCl 100℃
H2 N
C H2
NH2
NH2
2 +
CHO
H2N
H C
NH2+ H2O
4.3.3 环氧乙烷 环氧乙烷的分子具有三元环结构，易开环与含有活泼氢的 化合物（如水、醇、氨、胺、羧酸及酚等）发生加成反应，环 氧乙烷是一种有较强活性的烷基化试剂。
K1
ArNH2 + H2 C O
+ CH3 CH2 CH2Cl AlCl3 CH(CH3)2 70% + 30% CH2CH2 CH3
含活泼亚甲基氢的化合物如乙酰乙酸乙酯、丙二酸 二乙酯、2,4-戊二酮等与卤代烷的C-烷化反应可用于制 备其α-H被烃基取代的衍生物。
H C2H5ONa + H C COOC2H5
C4H9 C H COOC2H5
（1）醇用作烷基化试剂
酸性催化剂作用下，用醇对芳胺进行烷基化，温度不太高 （200~250℃）时，烷基首先取代氮原子上的氢，发生N-烷基 化。
NH2 + C4 H9 OH
minisci烷基化反应
minisci烷基化反应Minisci烷基化反应是一种有机化学反应。
它可以在芳香族分子上引入烷基，并且具有高度的化学选择性，因此在有机合成中得到了广泛的应用。
下面，我们将对该反应进行分步骤的阐述。
第一步：引入氢自由基Minisci烷基化反应的关键步骤是引入C-H键自由基，这可以通过两种方法实现。
一种方法是通过氧化铁和碳四苯漆酰胺的氧化反应，生成自由基。
另一种方法是在较高温度下使用碘和过氧化物，使溴代分子分解成溴自由基，并引起氢自由基的生成。
第二步：生成芳基自由基引入氢自由基后，它将与芳香族分子中的芳基结合，形成芳香族自由基。
这个反应将在高温下进行。
通常情况下，碳氢键的反应较快，因为氢原子可能比碳原子更活泼。
因此，我们需要使用一定的选择性方法，以确保选择性烷基化反应的发生。
第三步：烷基化在生成芳基自由基之后，它将与带有烷基氢的分子结合，形成C-H键键断裂的产物和新的C-C键。
这个过程是Minisci烷基化反应的核心。
第四步：选择性由于芳基自由基是不稳定的，因此在接近烷基时，它将选择性地结合。
如果一系列反应不充分，产生未期望的产物，则可以通过控制反应条件的参数来增强选择性。
例如，可以通过改变反应条件中的催化剂类型和环境温度来控制反应，来达到望而可得的结果。
Minisci烷基化反应是一个有趣且重要的有机化学反应，它在工业和实验室中得到了广泛的应用。
通过使用良好的反应条件有效地控制反应的选择性，可以将该反应应用于许多有机合成方法，这是有机化学领域的重要突破。
烷基化反应
D、只有乙烯作烷基化剂时，生成乙苯，碳原子数3以上的烯 烃，生成支链芳烃（如异丙苯的制备）。
+CH3 CH CH2 AlCl3
CH3 CH 70% CH3
CH2CH2CH3 30 %
（2）质子酸：硫酸、氢氟酸和磷酸。
5位
CH3CHCH2CH2CHCHCH2CH2CH2CH2CH2CH3
6位 2位
利用丙烯烷基化-酸解技术生产2－萘酚和丙酮，此技术 比过去磺化、碱熔制2－萘酚更先进。
H2SO4 65 O C
SO3H 160OC
SO3H NaO H
O Na
AlCl3 80O C
CH(CH3)2 (1) oxidation
CH3 C CH3 CH3
（3）低温、低活性催化剂利于形成邻对位异构体；高活性催 化剂如三氯化铝、高温利于形成间位异构体；使用BF3、氯化 锌等更温和的催化剂，利于克服间位异构体的生成。
（4）碳烷基化反应可能发生重排。因此，用伯卤代烷、伯
醇、端烯作烷基化剂时，常发生重排，形成混合物。
+CH3 CH CH2 AlCl3
卤代烃的烷基化反应
（１）烷基相同时，不同的卤素形成的卤代烷烃的反应活性 顺序为RI ＞RBr＞RCl 。
（２）卤代烷烃中卤素相同时，不同的烷基则反应活性顺序 为:
CH2X ＞ R3CX ＞ R2CHX ＞ RCH2X＞ CH3X
（３）不能用卤代芳烃如氯苯、溴苯代替卤代烷进行烷基化 反应，因为连接在芳环上的卤素反应活性较低，不能进行 烷基化反应。
烷基化反应在精细有机合成中的应用
O
CNH2
优选精细有机合成单元反应与合成设计第四章
烷基进入芳环的位置，应注意在低温、 低浓度、弱催化剂、反应时间又较短的条件下， 烷基进入的位置遵循亲电取代反应规律。但如 不在上述反应条件下，烷基进入的位置往往就 缺乏规律。
4.1.2 催化剂
路易斯酸：AlCl3 > FeCl3 > SbCl5 > SnCl4 > BF3 > TiCl4 > ZnCl2
但为了避免芳烃的磺化、烷基化剂的聚合、酯化、 脱水、和氧化等反应，必须选用适宜的硫酸浓度。
例如，对于异丁烯要用85~90%硫酸。这时除了 C-烷化反应以外，还有一些酯化反应；
A 无水三氯化铝
它是各种付氏反应最广泛使用的催化剂，其熔点 为192℃，180℃开始升华。
新制备的升华无水三氯化铝几乎不溶于烃类中， 并且对于用烯烃的C-烷化反应没有催化活性。
空气中的水汽会使少量AlCl3水解，所以普通的 无水三氯化铝中总是含有少量的气态氯化氢。在液态 烃中HCl能与AlCl3形成络合物，这个络合物能与烯烃 形成烷基阳离子，它是活泼的烷化质点。
石河子大学化学化工学院
优选精细有机合成单元反应与 合成设计第四章
通过烷基化合成的醚类、烷基胺类是重要 的有机合成中间体，尤其重要的是芳环上引入 烃基生成的苯乙烯、乙苯、异丙苯、十二烷基 苯等烃基苯，是塑料、医药、溶剂、合成洗涤 剂等的重要原料。
4.1 C-烷基化反应
有机芳环化合物在催化剂作用下，用卤烷、 烯烃等烷基化剂可以直接将烷基接到芳环上， 称为C-烷基化反应。
其优点是比用三氯化铝副反应少，只要 不断补充很少量的三氯化铝就可以保持稳定 的催化活性。
无水三氯化铝的优点是价廉易得、催化活性 好、技术成熟，是付氏反应使用最广泛的催化剂。
其缺点是有铝盐废液，有时不适用于活泼 芳族化合物(例如酚类和芳胺)的C-烷化。因为容 易发生副反应。
friedel-crafts烷基化反应机理
在有机化学中，Friedel-Crafts烷基化反应是一种重要的芳烃官能团化学反应。
它是通过Lewis酸催化的方式，在芳香烃上引入烷基基团的方法。
这种反应可以产生烷基苯，烷基苯甲酸酯和烷基苯甲醚等有机化合物，因此在有机合成中具有广泛的应用。
Friedel-Crafts烷基化反应具有很高的化学转化率和产率，而且所得产物具有较高的化学纯度。
它是合成有机化合物中不可或缺的重要手段之一。
下面将详细介绍Friedel-Crafts烷基化反应的机理。
1. Lewis酸的作用在Friedel-Crafts烷基化反应中，Lewis酸起着至关重要的作用。
它通常采用的是AlCl3或FeCl3等强Lewis酸作为催化剂。
Lewis酸能够吸引并激活芳香烃上的π电子云，使之亲电性增强，从而使得芳香烃能够和烷基卤化物发生取代反应。
2. 反应机理Friedel-Crafts烷基化反应的机理可以分为以下几个步骤：步骤一：芳香烃和Lewis酸发生络合作用，形成正离子中间体。
此时，芳香环上的π电子云被激活，处于亲电性增强的状态。
步骤二：烷基卤化物被Lewis酸引发，发生解离生成烷基阳离子。
烷基阳离子与步骤一中间体发生亲核取代反应，烷基基团被引入芳香环中。
步骤三：生成的芳香烃烷基化物与Lewis酸解离，得到最终的产物以及再生的Lewis酸。
该反应是一个典型的催化反应，Lewis酸是催化剂，可以循环再利用。
3. 反应条件Friedel-Crafts烷基化反应需要通过Lewis酸催化，通常使用的是AlCl3或FeCl3等强Lewis酸。
还需要适量的溶剂，常用的有苯、二甲基甲酰胺（DMF）等。
反应温度一般在室温或略高温度下进行。
4. 反应特点Friedel-Crafts烷基化反应有以下几个特点：（1）高化学转化率和产率。
该反应通常能够在较短的时间内完成，产物的收率较高。
（2）反应条件温和。
通常反应在室温或略高温度下进行，不需要特殊条件。
（3）适用范围广泛。
有机合成,烷基化反应
可 烃 被 化
c 含有 含有-NH2、-NR2的苯环 一般不发生 的苯环,一般不发生 一般不发生F-C反应 反应
因为
NH2
AlCl3
NH2AlCl3
（3）催化剂的影响
作用：将烷化试剂转化为R 作用：将烷化试剂转化为R+ 种类：质子酸、Lewis酸 酸性氧化物、 种类：质子酸、Lewis酸、酸性氧化物、 烷基铝
80℃ 2h
EtOH
生产实例
Cl CH2Cl +
ZnCl2 o 85-90 C
Cl
CH2
对氯二苯甲烷
Cl 2 + CCl4
AlCl3 10 C,3 h
o
C Cl
二氯二苯甲烷
+ 2HCl
用烯烃作烷化剂的C10.2.2 用烯烃作烷化剂的 -烷化反应
反应历程
CH2=CH + H+
+ CH2-CH3
慢 .. . . . ..
（2）引入烃基的顺序 ）
a 当R=R’时,分步进行 时 分步进行
COOEt RX：B：H2C ： ： COOEt =1：1：1 ： ： 蒸出生成醇，再 加入
b 当R≠R’时， 时 当R、R’ 为伯卤代烷，先大再小 、 为伯卤代烷， 当R、R’ 为仲卤代烷，先伯后仲 、 为仲卤代烷， 为仲卤代烷，收率低， 当 R、R’ 为仲卤代烷 ， 收率低 ， 一般选用活性 、 高的亚甲基化合物
OH C(CH3)3
2,6（5）2,6-二乙基苯胺
NH2 + 2CH2=CH2
(C2H5)2AlCl 300 C,6.5-7.0MPa,115min
o
H5C2
NH2 C2H5 y=97.9%
8章 烷基化反应2011-10-15
ArNH2 + ROSO2Ar ，
， ArNHR + ArSO3H
）环氧乙烷的N-烷基化法
环氧乙烷是一种活性很强的烷基化
剂，与胺类发生加成反应得到含羟乙基的胺。 如芳胺与环氧乙烷发生加成反应，生成N-(β-羟乙基)芳胺，若 再与另一分子环氧乙烷作用，可进一步得到叔胺：
环氧乙烷酸催化下的反应历程如下：
如各种脂肪族和芳香族的醛、酮。
活性比较： 前三种烷基化剂活性次序：硫酸的中性酯（硫酸二甲酯） ＞ 卤烷＞ 醇、醚； 后三类反应活性次序：环氧类＞烯烃衍生物＞醛和酮类； 反应类型：
① 取代反应 ② 加成反应 ③
前三类与N上的氢发生
；
；
环氧化合物、烯烃与N发生
缩合还原烷基化 醛酮首先与氨基发生脱水缩合得到希夫碱，
脂肪胺与甲基丙烯酸、巴豆酸(丁烯酸)等反应，生成带有甲基
支链的β-氨基丙酸型两性表面活性剂。
马来酸及其低碳醇单酯也是引入羧基的重要烷基化试剂。
6）醛或酮的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：
反应初产物为伯胺，若醛、酮过量，则可相继得到仲胺、叔胺。 合成的含有长碳链的脂肪族叔胺是阳离子表面活性剂、纺织助 剂等的重要中间体。 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：
第8章
烷基化反应
(Alkylation Reaction)
主要内容 1 烷基化概述（定义、分类、应用） 2 烷基化反应的基本原理（不同底物 的C-烷基化、N-烷基化、O-烷基化）
8.1 概述
定义 反应的重要性 反应类型
8.1.1 定义
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5
4）烷化质点和芳环上的烷基会发生异构化
7.2.4 烯烃对芳环的C-烷化 烯烃是最价廉的C-烷化剂，应用广泛，常用烯烃有乙烯、
丙烯、长链-烯烃，工业上重要的品种有异丙苯、2-丙苯萘、 异丙基甲苯、十二烷基苯等。
ArNH2 ＋ R－Z → ArNHR ＋ HR ArNHR ＋ R－Z → ArNR2 ＋ HR
反应特点： 1）亲电取代 －NH2，取代连接在带有孤对电子的N原子上的H 2）反应活性与孤对电子的活性成正比
活性：RNH2 > ArNH2
16
3）反应活性也与同-NH2相连的分子有关。与－NH2相连的分 子上有供电子基的活性高。
17
7.3.1 用醇类的N-烷化 醇类价格便宜，原料易得，但它是弱烷化剂，反应时需催化
剂、高温条件，当芳环有吸电子基时，芳胺的碱性也更弱，不 能用醇来作烷化剂，其反应一般在高压釜中进行，最常用的催 化剂为浓硫酸，也可用芳磺酸、PCl3、三氯化铝等。 1）反应历程
亲电取代反应，胺的碱性越强，反应越易进行。
6
7
十二烷基苯工艺： 烷化剂：仲氯十二烷，α-十二烯等
早期国内外主要采用以上工艺，但该工艺对设备腐蚀严重，
目前趋向于改用十二内烯、 α-十二烯。
HF, 0.4-0.6MPa
C12H25
+ C12H24
35-40oC
此工艺也可用AlCl3作催化剂，但三废严重，HF腐蚀性强， 需用铜、镍合金材料加压操作，技术要求高，但HF法生产能 力大，质量好，收率高，成本低，三废少。
(6)醛类和酮类：如甲醛、乙醛、苯甲醛等
1
7.2 C-烷基化反应
有机芳环化合物碳原子上的氢被烷基所取代的反应叫C-烷 基化反应。其最重要的烷基化剂有：烯烃、卤烷、醇、醛、 酮等。该反应是1877年法国化学家Friedel与美国化学家Crafts 两人发现的，也称为Friedel- Crafts反应。 7.2.1 反应历程
4）由于烷基是供电基团，引入一个烷基后，第二个H尚有反 应活性，故N－烷化是串连反应。
N-烷基化剂常有以下几类： 1）醇和醚：甲醇、乙醇、甲醚、乙醚、异丙醇、丁醇等 2）卤烷：氯甲烷、碘甲烷、氯乙烷、溴乙烷、氯苄、氯乙酸、
氯乙醇等 3）酯类：硫酸二甲酯、硫酸二乙酯、磷酸三甲酯、对甲苯磺
酸甲酯等 4）环氧化合物：环氧乙烷、环氧氯丙烷 5）烯烃衍生物：丙稀腈、丙烯酸、丙烯酸甲酯 6）醛酮：各种脂肪族和芳香族的醛酮
在酸性催化剂作用下，温度不太高（200-250℃），醇先与芳 胺发生N－烷基化反应，温度再升高（240-300℃）烷基转移， 生成烷基芳胺。
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7.2.7 醛、酮对芳烃的C-烷化 1）甲醛与芳环反应可制得一系列的对称二芳甲烷衍生物，而 苯甲醛则可得到一系列三芳甲烷衍生物。
11
12
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CCl3 C O+2 H
2）质子酸
硫酸、氢氟酸、磷酸、多磷酸、HCl等，可以使烯烃、醛酮 质子化，成为活泼的亲电质点。
3）酸性氧化物
Al2O3为烷化剂时的一种特殊催化剂，使烷基有选择性
地进入芳环氨基或羟基的邻位 。 Al（OC6H5）3
Al
（OC6H5）3
4
7.2.3 反应特点 1）芳环上C-烷化是亲电取代反应
9
7.2.5 卤烷对芳烃的C-烷化
该类烷化剂在工业上应用较少，不如相应烯烃价廉易得，少 数不对称的二苯甲烷衍生物用该法进行烷基化，而对称的二苯 甲烷衍生物则由甲醛缩合得到。
Cl
CH2Cl +
ZnCl2 Cl
85-90oC
CH2
7.2.6 醇对芳烃的C-烷化
它是弱的烷化剂，主要用于活泼芳香族衍生物的烷基化 （苯、萘、酚、芳胺等）。
第七章 烷基化反应
7.1 概述 7.2 C-烷基化反应 7.3 N-烷基化反应 7.4 O-烃化
第七章 烷基化反应
7.1 概述
烷基化指的是在有机分子中的碳、硅、氮、磷、氧和硫等 原子上引入烃基的总称。本章只讨论C-烷基化、N-烷基化和 O-烷基化。 烃化剂的种类很多，常用的烃化剂主要有以下几种： (1)卤烷：如氯甲烷、碘甲烷等 (2)醇类：如甲醇、乙醇、十二碳醇等 (3)酯类：如硫酸二甲酯、硫酸二乙酯、磷酸三甲酯、磷酸三乙 酯等 (4)不饱和烃：如乙烯、丙烯、丙烯腈等 (5)环氧化合物：如环氧乙烷、和环氧丙烷等
酸催化剂 H3C H3C
CCl3 C H
CH3 + H2O
CH3
（农药和医药中间体）
H-C-CCl 3
O
Cl
浓 H2SO4 Cl + H-C-CCl3 15-30oC
Cl
杀虫剂：滴滴涕
2）酮在酸的催化下与芳环发生烷基化反应
14
15
7.3 N-烷基化反应
有机分子中氨基上氢原子被烃基取代的反应叫N-烷基化反应。
芳环有供电基时，反应易于进行，当有吸电子基时，反 应难于进行，如：硝基苯就不能发生C-烷化反应，可作为 反应的的溶剂来溶解芳烃与AlCl3，两种基团同时存在时， C-烷化反应可顺利进行。 2）C-烷化是连串反应
芳环引入烷基后，使苯环活化，可进一步形成二烷化或 多烷化，故通常使用不足量的烷化剂。 3）C-烷化是可逆反应
8
酚类的烷基化：催化剂可用浓硫酸，强酸性阳离子交换树 脂，磷酸等，此时烷基进入对位。
如要控制烷基进入邻位，则需用酚铝作催化剂。
OH +
阳离子交换树脂
CH2=C(CH3)2 80-200oC
OH
OH
(C6H5O)3Al
+ CH2=C(CH3)2
200oC, 2MPa
C(CH3)3
OH C(CH3)3
它是酸催化的亲电取代反应，催化剂的作用是使烷化剂转 变为活泼的亲电质点碳正离子，然后在芳环上引入烷基。 1）烯烃烷化剂历程：
2
2）卤烷烷化剂历程： 3）醇、醛、酮烷化剂历程：
3
7.2.2 烷化反应的催化剂
该类亲电取代反应，催化剂的作用是将烷化剂转化为活泼的 亲电质点（烷基阳离子）。
1）路易斯酸
AlBr 3 > AlCl 3 > FeCl 3 > SbCl 5 > SnCl 4 > BF3 > TiCl 4 > ZnCl 2
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2）反应特点 ➢胺类用醇进行的烷基化反应为亲电取代反应，胺的碱性越强，反 应越容易进行。 ➢芳香族胺类，环上的给电子基团使芳胺易烷基化，环上的吸电子 基团使烷基化变困难。 ➢胺类用醇的烷基化反应是连串反应和可逆反应 。