精细化工概论单元反应
氯苯是制作农药、染料的重要中间体。
溴化剂:
常用的溴化剂有溴、溴化物、溴酸盐和次溴酸的碱金 属盐。
应用:
溴化物系列阻燃剂,含溴的染料色泽鲜艳,溴丁橡胶 具有优良的应用性能。
碘化剂: 通常碘化剂要和氧化剂配合使用。
应用: 由于碘的价格昂贵,使碘的实际应用受到了很大限制。
碘苯胺制取的含碘偶氮染料,耐晒、耐洗等优良性能。
三氧化硫
九八酸(98%) 浓硫酸(浓H2SO4) 九二酸(92~93%)
发烟硫酸(SO3•H2SO4)
三氧化硫(SO3)
20~25% 60~65%
氯磺酸(ClSO3H)
其它:氨基磺酸(NH2SO3H)、硫酰氯(SO2Cl2)、 亚硫酸盐(Na2SO3)
浓度表示方法:可用游离SO3 的含量w(SO3)(质量分数)表 示,也可用H2SO4的含量w(H2SO4)表示。
氟化剂: 金属氟化物、HF、SF4
氯化方法:与卤素原子交换、取代氢、间接氟化
应用: 向有机分子中引入氟有两个重要作用:
1、提高有机物的化学稳定性; 2、由于强的诱导效应,可以使分子中其它官能团的活泼
性增大。
4.缩合反应
缩合反应是指两个或者两个以上分子间通过形成新的 碳-碳键、碳-杂原子键或者杂原子-杂原子键而生成较 大的单一分子,同时析出小分子化合物的反应。
精细化工概论单元反应
什么是单元反应?
为了在有机分子中引入或形成上述取代基(官能团),以及为了 形成杂环和新的碳环,所采用的化学反应,叫单元反应。
最重要的单元反应如下: (1)卤化 (2)磺化(3)硝化 (4)缩合 (5)氨解(6)酰化 (7)烷基化 (8)重氮化 (9)羧基化
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总体上可归纳为三大类: (1)有机分子中碳原子上的氢被各种取代基所取代的反应。(取代)
如:卤化、磺化、硝化、酰基化、烷基化等; (2)碳原子的取代基转变为另一种取代基的反应。(置换)
如:硝基还原为胺基; (3)在有机分子中形成杂环或新的碳环的反应。(成环缩合)
如:环化。
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1、磺化反应
磺化:向有机化合物分子引入磺酸基(-SO3H) ,或其相 应的盐、磺酰卤基的反应。如苯环上:
+ H2SO4
向有机分子中的碳原子上引入一个或者一个
以上卤原子的反应称为卤化反应。
引入卤原子的方法主要是加成和取代。 卤族元素:
氯化剂:
最要的氯化剂是氯气,也采用盐酸加氧化剂、光气、 硫酰氯等
氯化方法:取代氯化、加成氯化、取代已有取代基的氯 化
应用:
石蜡氯化后用作塑料的增塑剂和润滑油的添加剂,合 成橡胶的阻燃剂。
SO3H
+ H2O
硫酸化:是有机化合物分子中引入-OSO3H基的化学过程, 生成成C-O-S键 。
磺化目的:
(1)使产品具有水溶性、酸性、表面活性或对纤维素具 有亲和力。
(2)将磺酸基转变成其它基团(如羟基、氨基、氰基、 氯基等),生产有机合成中间体或精细化工产品,如苯磺化 碱熔法生产苯酚。
SO3H 碱性水解
磺化反应历程
芳烃的磺化主要是用 硫酸、发烟硫酸、三氧 化硫来进行的,反应属亲电取代反应。亲电质点 由磺化剂离解形成(由磺化剂离解产生亲电质 点)。
亲电取代反应是亲电试剂进攻化合物负电部分,取代其它基团的 化学反应。一般发生于芳香族化合物,是一种向芳香环系引入官能 团的重要方法,是芳香族化合物的特性之一。被取代的基团通常是 氢原子,但其他基团被取代的情形也是存在的。
磺化物粘度
低
副反应
少
产生废酸量
大
反应器容积
大
ClSO3H 151~ 150 较快 较完全
一般
一般 少
较少 大
SO3•H2SO4
SO3
46
较快 较完全
一般
一般 少
较少 一般
瞬间完成 定量转化
放热量大,需冷却
十分粘稠 多,有时很高
无 很小
磺化方法
芳香族 化合物
亲电取代
过量硫酸磺化法(液相磺化法,H2SO4) 共沸去水磺化法(气相磺化法, H2SO4) 三氧化硫磺化(SO3) 氯磺酸磺化(ClSO3H) 芳伯胺烘焙磺化法
目前,世界各国均采用此法生产十二烷基苯磺酸。
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2. 硝化反应
向有机分子中的碳原子上引入硝基的反应称为硝化反 应,生成的产物为硝基化合物。
硝化剂
硝酸乙酯 硝酸 硝酸-醋酐 五氧化二氮 硝酸-硫酸 硝酰硼氟酸
消化能力 增强
反应原理
硝化反应中必须存在一个活泼的进攻质点,依靠该质 点和芳香族化合物反应,才能完成硝化。
亲电质点(亲电体)指在化学反应中对含有可成键电子对的原子 或分子有亲和作用的原子或分子。亲电试剂一般都是带正电荷的试 剂或具有空的p轨道或者d轨道,能够接受电子对的中性分子。
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表 不同磺化剂对反应的影响
项目 磺化剂
沸点,℃
H2SO4 290~317
磺化速度
慢
磺化转化率 达到平衡,不完全
磺化热效应
需加热
硝化反应的影响因素
① 反应物的性质 ② 介质的性质 ③ 催化剂 ④ 反应温度 ⑤ 硝化剂 ⑥ 副反应
对于非均相硝化, 搅拌也是主要影响因素之一。
硝化方法
酸性被硝化物
① 混酸硝化
硝酸
② 硝酸硝化
硫酸③ 氮Biblioteka 氧化物硝化④ 有机硝酸酯硝化
混酸配制 (废气)
三废处理 硝化工序 (废气)
⑤ 硝酸与磺酸离子 交换树脂硝化
酸料分离
⑥ 间接硝化法
硝化粗产品
水洗碱洗
废酸萃取
(废水) (废酸)
精制
成品
混酸硝化的过程
硝化反应是 制备氨基化 合物的重要
途径
苯硝化制取硝基苯,硝基苯再还 原制取苯胺。苯胺是农药、医药 的重要中间体。
二硝基甲苯制备的二异氰酸酯用于 制取聚氨酯泡沫塑料。
三硝基甲苯(TNT)或三硝基苯酚 作为炸药。
3.卤化反应
OH
(3)利用磺酸基的可水解性,先在苯环上引入磺酸基, 在完成特定的反应后,再将磺酸基水掉。
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磺化应用: 主要用于生产阴离子表面活性剂(主要是洗涤剂)、 染料、医药、农药。在精细有机合成工业中占十分 重要地位。 石油工业中应用:如石油磺酸盐的合成与应用, 三次采油、洗涤、防锈以及用于纺织工业。
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磺化剂
置换磺化(亚硫酸盐法)
脂肪族 化合物
游离基反应
氧磺化(SO2+O2) 氯磺化(SO2+Cl2)
加成磺化(NaHSO3) 置换磺化
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三氧化硫磺化
使用硫酸或发烟硫酸,生成废酸,给三废处理带来困难。
优点:不生成水,不产生(大量)废酸; 反应活性高、 速度快、设备生产效率高;磺化剂用量少,成本低; 产品纯度高,杂质少。 缺点: 液相区狭窄;因活泼性高,反应激烈,瞬时放 热量大,必须及时而迅速地移去反应热;生产砜等副产 物。