烷基化简介
烷基化工艺技术简介及应用
烷基化工艺技术简介及应用烷基化是一种化学反应，通过在有机化合物中引入烷基基团。
烷基化技术包括烷基化剂的选择和反应条件的优化，可用于合成各种有机化合物，具有广泛的应用领域。
烷基化技术通常通过两种方式进行：单向烷基化和异构烷基化。
单向烷基化是指在有机化合物中引入相同的烷基基团，常用的烷基化剂有甲酸钠、甲醇、甲基碘化物等。
异构烷基化是指在有机化合物中引入不同碳数的烷基基团，常用的烷基化剂有氯甲烷、溴甲烷、三氯甲烷等。
烷基化技术在有机合成中有着广泛的应用。
一方面，烷基化反应可以用于合成新的有机化合物。
通过在特定位置引入烷基基团，可以改变化合物的性质和功能，从而获得新的化合物。
例如，在制药领域，烷基化技术被广泛用于合成药物前体和活性物质。
另一方面，烷基化技术还可以用于功能化改性。
通过在有机化合物中引入烷基基团，可以改变化合物的溶解性、稳定性和反应性，从而提高化合物在特定领域中的应用性能。
例如，在材料科学领域，烷基化技术被广泛用于改良聚合物、金属表面等。
烷基化技术可以根据反应条件的不同进行优化。
常见的反应条件包括温度、反应物比例和催化剂选择。
温度是影响反应速率和选择性的关键参数，可以通过调节反应温度来控制烷基化反应的进程。
反应物比例是影响反应产物生成的重要因素，通常通过优化反应物比例来提高反应选择性。
催化剂选择对于烷基化反应也至关重要，可以提高反应速率和选择性。
常见的催化剂包括酸、碱、金属催化剂等。
总的来说，烷基化技术是一种重要的有机合成方法，具有广泛的应用领域。
通过优化反应条件和选择合适的烷基化剂，可以合成各种有机化合物，实现功能性调控和性能改良。
烷基化技术在制药、材料科学、化学工程等领域具有重要的应用价值，对推动相关领域的发展具有重要意义。
10.1烷基化
烷基化过程
➢烷基化是指异构烷烃与烯烃的化学加成反应，在反应中烷烃分子的活泼氢原子的位置被烯烃所取代
➢烷基化过程必须要用异构烷烃作原料
➢异构烷烃和烯烃的烷基化产物的抗爆性能好，敏感性小，具有理想的挥发性和清洁的燃烧性，是航空汽油和车用汽油的理想调合组分。
➢烷基化汽油含有很高的异辛烷，又称为工业异辛烷
➢烷基化过程可充分利用炼油厂气体资源，是炼油厂中最广泛、最受重视的气体加工过程之一
➢烷基化过程可分为两类：
★热烷基化：不使用催化剂，是在400～500℃，170～300kg/cm3的高温高压条件下进行
★催化烷基化：在较低的温度和一定的压力下，用浓硫酸或氢氟酸作催化剂，异丁烷和各种丁烯发生加成反应生成异辛烷和其他异构烷烃的工艺过程
1．烷基化反应和产物
原料：异丁烷和烯烃
温度：0～40℃
低温对反应有利
压力：3～8MPa
实际丁烯原料中含有丙
烯和戊烯，也能与异丁
烷发生加成反应
2．反应机理
正碳离子机理
3．烷基化催化剂
主要有氢氟酸、硫酸
近年来，固体酸催化剂和离子液体催化剂成为该领域的研究焦点
4. 工艺流程
硫酸法烷基化工艺流程
1—冷却剂罐；2—换热器；3—混合器；4—压缩机；5—分液罐；6—阶梯式反应器；
氢氟酸法烷基化工艺流程图。
浓硫酸催化的烷基化
浓硫酸催化的烷基化1. 简介烷基化是一种有机化学反应，通过在有机化合物中引入烷基基团来改变分子结构。
浓硫酸催化的烷基化是一种常见的烷基化反应，它可以在合适的条件下，将烷基基团引入到有机化合物中。
在浓硫酸存在的条件下，烷基化反应通常是一个亲电取代反应。
硫酸的酸性可以促使反应中的质子化步骤，从而加速反应速率。
此外，硫酸还可以作为亲电试剂参与反应，与底物发生反应生成烷基化产物。
2. 反应机理浓硫酸催化的烷基化反应的机理可以分为以下几个步骤：步骤1：质子化首先，浓硫酸会质子化底物，生成质子化底物中间体。
这个步骤通常是一个快速的平衡过程，其中硫酸分子作为酸催化剂发挥作用。
步骤2：亲电取代质子化底物中间体会进一步与烷基试剂发生亲电取代反应。
烷基试剂中的烷基基团会攻击质子化底物中间体，形成新的碳-碳键。
这个步骤通常是速率控制步骤，决定了反应速率的快慢。
步骤3：脱质子化生成的烷基化产物会与浓硫酸中的质子发生反应，形成质子化产物。
这个步骤通常是一个快速的平衡过程，其中硫酸分子作为酸催化剂发挥作用。
步骤4：去质子化质子化产物会与浓硫酸中的质子再次发生反应，去质子化产生最终的产物。
这个步骤通常是一个快速的平衡过程，其中硫酸分子作为酸催化剂发挥作用。
3. 应用浓硫酸催化的烷基化反应在有机合成中具有广泛的应用。
以下是一些常见的应用场景：3.1 烷基化反应浓硫酸催化的烷基化反应可以将烷基基团引入到有机化合物中，从而改变其性质和用途。
这种反应常用于合成烷基化产物，例如合成烷烃、醇、醚等。
3.2 脱氢反应在浓硫酸存在的条件下，烷基化反应也可发生脱氢反应，将烷烃转化为烯烃。
这种反应对于有机合成中烯烃的制备非常重要。
3.3 转化为酸类化合物浓硫酸催化的烷基化反应可以将有机化合物转化为相应的酸类化合物。
这种反应常用于合成酸类化合物，例如合成羧酸、酰氯等。
3.4 制备功能化化合物浓硫酸催化的烷基化反应还可以用于制备各种功能化化合物。
通过选择不同的底物和烷基试剂，可以引入不同的官能团，从而实现有机合成的多样性。
烷基化反应
化学反应
01 定义
03 相关资料
目录
02 简介
烷基化反应（Alkylation reaction）指向有机物分子中的碳、氮、氧等原子中引入烷基(-R)的反应，简称 烷基化。常用的烷基化剂有烯烃、卤代烷烃、硫酸烷酯和醇等。烷基化是有机合成的重要反应之一。例如苯与卤 代烷烃反应，可在苯环上引入烷基。
相关资料
77年，由法国化学家傅列德尔（Friedel）和美国化学家克拉夫茨（Crafts）两人发现 的。当在苯和氯甲烷中，加入无水三氯化铝便发生强烈的反应，放出氯化氢气体，并从反应混合物中分离出甲苯， 这种苯烷基化成为甲苯是最简单的一例。利用这类烷基化反应可以合成一系列烷基取代芳烃，在实验室和工业上 的用途十分广泛。
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通过烷基化，可形成新的碳碳、碳杂等共价键，从而延长了有机化合物分子骨架，改变了被烷基化物的化学 结构，赋予了其新的性能，制造出许多具有特定用途的有机化学品。有些是专用精细化学品，如非离子表面活性 剂壬基酚聚氧乙烯醚、邻苯二甲酸酯类增塑剂、相转移催化剂季铵盐类等。
烷基化试剂又称为烷化剂、烃化剂许，多烃的衍生物可作烷化剂。 ①卤烷：氯甲烷、碘甲烷、氯乙烷、溴乙烷、氯乙酸和氯化苄等。 ②醇类：甲醇、乙醇、正丁醇、十二碳醇等。 ③酯类：硫酸二甲酯、硫酸二乙酯、磷酸i甲酯、磷酸三乙酯、对甲基苯磺酸甲酯和乙酯等。 ④不饱和烃：乙烯、丙烯、高碳a烯烃、丙烯腈、丙烯酸甲酯和乙炔等。 ⑤环氧化合物：环氧乙烷、环氧丙烷等。 ⑥醛或酮类：甲醛、乙醛、丁醛、苯甲醛、丙酮和环己酮等。 卤烷、醇类和酯类是取代反应的烷化剂，不饱和烃和环氧化物是加成反应的烷化剂。醛类、酮类是脱水缩合 反应的烷化剂。
定义
有机化合物分子中连在碳、氧和氮上的氢原子被烷基所取代的反应 。
烷基化反应的简介
07
烷基化反应研究前沿与挑战
研究现状概述
烷基化反应类型
目前已知的烷基化反应主要包括 Friedel-Crafts 烷基化、烯烃的烷 基化、芳烃的烷基化等，每种类 型都有其特定的反应条件和机理 。
催化剂研究
催化剂在烷基化反应中起着至关 重要的作用，目前研究主要集中 在寻找高效、环保的催化剂，如 固体酸催化剂、离子液体催化剂 等。
02 03
烯烃烷基化反应数据处理
通过测定反应前后烯烃和卤代烃的含量变化来计算反应的 转化率和选择性；通过气相色谱等手段对产物进行分离和 定量分析。
羧酸烷基化反应数据处理
通过测定反应前后羧酸和卤代烃的含量变化来计算反应的 转化率和选择性；通过红外光谱、核磁共振等手段对产物 进行结构鉴定。同时，还可以通过对比实验数据，优化反 应条件，提高反应的效率和产物的纯度。
05
烷基化反应在有机合成中的应用
药物合成中的应用
1 2 3
合成药物活性成分
通过烷基化反应，可以合成具有特定药理活性的 药物分子，如抗癌药物、抗病毒药物等。
改善药物性质
烷基化反应可用于改善药物的溶解性、稳定性以 及生物利用度等性质，从而提高药物的疗效和安 全性。
药物代谢研究
烷基化反应在药物代谢研究中也有重要应用，可 以通过模拟体内代谢过程，研究药物在体内的转 化和代谢途径。
天然产物合成中的应用
合成复杂天然产物
通过烷基化反应，可以合成具有复杂结构的天然产物，如萜类、 生物碱等，这些天然产物往往具有重要的生物活性。
天然产物结构修饰
烷基化反应可用于对天然产物的结构进行修饰，从而改变其生物活 性和药理作用，为药物设计和开发提供新的思路。
合成天然产物类似物
烷基化
R C N CH2R
亚胺
还原剂
(RCH2)2NH
仲胺
作业
• 1．何谓烷基化？芳环上的C-烷基化有什 么特点？ • 2．试举例说明N-烷基化合成的精细化学 品。
NH3 + R Z RNH2
/ /
RNH2 + HZ RNHR + HZ RNR2
/ /
+ R Z
RNHR + R Z
+ HZ
式中R-Z代表烷基化剂，包括醇、卤烷、酯等化合物。
• 1、用醇类的N-烷基化
• 醇的烷基化活性较弱，所以反应需在较强烈的 条件下才能进行。（相当于亲电取代反应历程） • 但某些低级醇（甲醇、乙醇）价廉易得，所以 工业上仍常选作活泼胺类的烷基化剂。 如
CH3
④
芳环上取代基的影晌
• 芳环上的C-烷基化是亲电取代反应。 • 当芳环上有提供电子的烷基时，使反应容 易进行。 • 当芳环上含有吸电基时，它使芳环钝化。 • 如果在芳环上同时有致活和致钝的取代基 时，则付氏反应常常可以顺利完成。 • 硝基苯不能发生 C- 烷基化反应，但它可以 作C-烷基化的溶剂。
OH OH (CH3)2CHOH +
磷酸催化 二甲苯溶剂回流
OH OH + H2O C(CH3)3
七、用醛类对芳环的C-烷基化
• 1、醛对酚类的C-烷基化 • 甲醛与过量苯酚在无机酸催化作用下反应， 可制得4,4'-二羟基二苯甲烷(双酚F)：
H C H O+ OH
H
H HO C H OH + H2O
2、卤烷烷基化 3、醇烷基化 4、醛和酮烷基化
• 机理：芳烃上的C-烷基化反应都属于亲 电取代反应。
烷基化反应的简介
R' NH2 + R
' R NHR + R
z
z
z
RNH2 + HZ
RNHR' + HZ
R2NR' + HZ
R2NR' + R
z
R3NR' +
+
z-
N－烷基化产物是制造医药、表面活性剂及纺织印染助剂时的重要中间体。 氨基是合成染料分子中重要的助色基团，烷基的引入可加深染料颜色，故N－
烷基化反应在染料工业有着极为重要的意义。
OH
2NaOH
-2 H2 O
ONa
2 CH3 Cl 2 NaCl
OCH3 OCH3
OH
ONa
★2．用酯的O－烷基化
硫酸酯及磺酸酯均是活性较高的良好烷化剂。它们的共同优点是高沸点， 因而可在高温、常压下进行反应，缺点是价格较高且毒性较大。但对于产量 小、价值高的产品，常采用此类烷基化剂。特别是硫酸二甲酯应用最为广泛。
O 烷基化反应 用卤代烷发生 O－烷基化反应分类： O 烷基化反应 用硫酸二甲酯发生 用环氧乙烷发生 O 烷基化反应
★1．用卤烷的O－烷基化
此类反应容易进行，一般只要将酚先溶解于稍过量的苛性钠水溶液中， 使它形成酚钠盐，然后在适中的温度下加入适量卤烷，即可得良好收率的产 物。如：
第二节 烷基化反应的基本原理
一、芳环上的C－烷基化反应 二、O －烷基化反应 三、N－烷基化反应
一、芳环上的C－烷基化反应
芳环上的C－烷基化是在催化剂作用下直接向芳环碳原子上引 入烷基的反应，也称为Friedel－Cartfts反应，简称付氏烷基化反应。 利用这类烷基化反应可以增长碳链，合成一系列烷基取代芳烃如 十二烷基苯等塑料、医药及合成洗涤剂的原料。
烷基化定义
烷基化定义烷基化是一种重要的有机合成方法，指的是在有机化合物中加入烷基基团的化学反应。
烷基化反应广泛应用于有机化学领域，可以用于合成药物、染料、香料等有机化合物。
烷基化反应可以分为两类：亲电烷基化和自由基烷基化。
亲电烷基化是指通过亲电试剂与底物反应形成碳-碳键的反应。
典型的亲电烷基化反应有格氏试剂烷基化、亲电氟化烷基化等。
例如，格氏试剂烷基化反应是利用格氏试剂（如亚砜化合物）与底物反应，生成碳-碳键的方法。
这种反应具有高效、高选择性的特点，广泛应用于合成天然产物和药物化学中。
自由基烷基化是指通过自由基试剂与底物反应形成碳-碳键的反应。
典型的自由基烷基化反应有自由基取代反应、自由基加成反应等。
例如，自由基取代反应是利用自由基试剂（如过氧化物、氯化亚铜等）与底物反应，生成碳-碳键的方法。
这种反应具有高效、高选择性的特点，广泛应用于合成聚合物和有机合成中。
烷基化反应的机理复杂多样，不同的反应类型有不同的机理。
例如，格氏试剂烷基化反应的机理一般是经过格氏试剂与底物发生加成反应，生成中间体后再经过消除反应生成烷基化产物。
自由基取代反应的机理一般是经过自由基试剂与底物发生反应生成自由基中间体，再经过自由基取代反应生成烷基化产物。
烷基化反应的条件和反应物选择对反应的影响很大。
反应条件包括温度、溶剂、催化剂等。
温度对反应速率和产物选择性有很大影响，通常需要在适宜的温度下进行反应。
溶剂的选择可以影响反应速率和产物选择性，常用的溶剂有乙醇、二甲基甲酰胺等。
催化剂的选择可以加速反应速率和提高产物选择性，常用的催化剂有氯化亚铜、三甲胺等。
总的来说，烷基化是一种重要的有机合成方法，广泛应用于有机化学领域。
烷基化反应可以通过亲电烷基化和自由基烷基化两种机制实现。
反应条件和反应物选择对反应的影响很大，需要根据具体情况进行选择。
烷基化反应的发展为有机化学合成提供了重要的手段，为新药物和新颖化合物的合成提供了有力的支持。
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间接烷基化技术
间接烷基化技术是指将异丁烯叠合（齐聚）成异辛烯、异辛烯然后加氢为异辛烷的过程。
这样获得的异辛烷组成和性质均与异丁烷-丁烯烷基化产物相似，但具有更高的辛烷值和更低的雷得蒸气压，且叠合和加氢反应均可采用成熟的固体催化剂，生产过程环境友好，因此近年来间接烷基化技术获得了迅速发展。
间接烷基化工艺过程包括叠合和加氢两部分，其典型工艺过程如图7.3.5所示。
原料和循环的催化剂调节剂进人叠合反应器进行叠合反应，叠合产物进入分离塔进行分离，塔顶为未反应，催化剂调节剂以侧线方式采出并循环回叠合反应器入口，塔底物进入加氢反应器进行加氢，得到以异辛烷为主的间接烷基化产物。
图7.3.5 间接烷基化工艺流程图
叠合催化剂可选择树脂催化剂或固体磷酸催化剂。
与直接烷基化技术相比，间接烷基化技术具有以下特点：
①原料范围宽。
直接烷基化主要利用馏分中的正丁烷和正丁烯为原料，而间接烷基化主要利用异丁烯和部分正丁烯。
主要是烯烃，异丁烷相对较少，因此可用于直接烷基化的原料有限。
而间接烷基化除可利用烯烃外，还可利用蒸气裂解、气田异丁烷脱氢产物以及副产叔丁醇脱水产物，原料来源更为广泛。
②直接烷基化采用、催化剂，具有强烈的毒性，且具有很强的腐蚀性并产生难于处理的酸泥，固体酸烷基化仍处于开发过程中，其经济性还有待于进一步验证。
而间接烷基化过程采用的固体酸叠合催化剂已经成熟，叠合和加氢过程均环境友好。
③投资少。
尽管间接烷基化过程包括二聚、加氢两步，但其投资仍比酸法直接烷基化低。
这是因为HF或H2SO4法直接烷基化需要价格昂贵的特殊反应器设备，并且废酸的后处理复杂。
特别是间接烷基化装置可由装置适当改造而成，
投资更少。
④产品质量高。
尽管不同公司所开发的间接烷基化技术的产品性质有差异，但其RON、MON均高于直接烷基化产品。
间接烷基化的最大缺点是需要耗氢，因此生产烷基化油的原料成本一般较高。