精细有机合成单元反应-03磺化反应讲解课件.ppt
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- 精细 有机合成 单元 反应 _03 磺化 讲解 课件
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1、 第三章第三章 磺化和硫酸化磺化和硫酸化3.1 芳环上的取代磺化芳环上的取代磺化3.2 -烯烃用三氧化硫的取代磺化烯烃用三氧化硫的取代磺化3.3 高碳脂肪酸甲酯用三氧化硫的取代磺化高碳脂肪酸甲酯用三氧化硫的取代磺化3.4 链烷烃用二氧化硫的磺氧化和磺氯化链烷烃用二氧化硫的磺氧化和磺氯化3.5 烯烃与亚硫酸盐的加成磺化烯烃与亚硫酸盐的加成磺化3.6 亚硫酸盐的置换磺化亚硫酸盐的置换磺化3.7 烯烃的硫酸化烯烃的硫酸化3.8 脂肪醇的硫酸化脂肪醇的硫酸化3.9 聚氧乙烯醚的硫酸化聚氧乙烯醚的硫酸化返回 向有机化合物分子引入向有机化合物分子引入磺酸基磺酸基(-(-SO3H)的反应叫做的反应叫做磺化磺
2、化。H2SO4SO3HH2O+磺化磺化NNNNNNNNCu(SO3H)2-4磺化铜酞菁磺化铜酞菁酸性染料对蛋白质纤维上染酸性染料对蛋白质纤维上染胶束阴离子表面活性剂阴离子表面活性剂H2OH+HOOC-Wool-NH2HOOC-Wool-NH3+Dye-SO3-HOOC-Wool-NH3+-O3S-Dye.C12H25SO3NaC12H25SO3-SO3HOH碱性水解碱性水解OOClClClClOHOHSO3HHO3SOHSO3HHO3SBrOHBr磺化磺化溴化溴化水解水解H+O2NClH2NOCH3.O2NNHOCH3+O2NClSO3HO2NNHSO3HOCH3+芳氨基化芳氨基化磺化磺化H2
3、NOCH3.芳氨基化芳氨基化H+,水解水解发烟硫酸(发烟硫酸(SO3H2SO4)氯磺酸(氯磺酸(ClSO3H)浓硫酸(浓浓硫酸(浓H2SO4)九二酸(九二酸(92929393)九八酸(九八酸(9898)三氧化硫(三氧化硫(SO3)2020252560606565其它:氨基磺酸(其它:氨基磺酸(NH2SO3H)、亚硫酸盐()、亚硫酸盐(Na2SO3)脂肪族脂肪族化合物化合物加成磺化(加成磺化(NaHSO3)置换磺化置换磺化游离基反应游离基反应氧磺化(氧磺化(SO2O2)氯磺化(氯磺化(SO2Cl2)芳香族芳香族化合物化合物置换磺化(亚硫酸盐法)置换磺化(亚硫酸盐法)亲电取代亲电取代3.1 芳环上
4、的取代磺化芳环上的取代磺化2.芳环上取代磺化的主要方法:芳环上取代磺化的主要方法:(1)过量硫酸磺化法及硫酸化法过量硫酸磺化法及硫酸化法(2)共沸去水磺化法共沸去水磺化法(3)芳伯胺的烘焙磺化法芳伯胺的烘焙磺化法(4)氯磺酸磺化法氯磺酸磺化法(5)三氧化硫磺化法三氧化硫磺化法(6)亚硫酸盐磺化法亚硫酸盐磺化法1.在芳环上引入磺基的主要目的:在芳环上引入磺基的主要目的:(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;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)将磺基转化为将磺基转化为OH、NH2、CN、Cl等取代基;等取代基;(3)先在芳环上引入磺基,完成特定反应后,
5、再将磺基水解掉。先在芳环上引入磺基,完成特定反应后,再将磺基水解掉。返回SO3HSO3H100%H2SO465发烟硫酸1456085异构化15565发烟硫酸SO3HHO3SSO3HSO3HHO3SSO3HHO3SSO3HHO3SSO3HHO3SSO3HSO3HSO3HHO3S(1)过量硫酸磺化法及硫酸化法过量硫酸磺化法及硫酸化法以萘为原料,用过量硫酸磺化可得不同的磺化产物。根据产物的性以萘为原料,用过量硫酸磺化可得不同的磺化产物。根据产物的性质来判断反应终点:试样能完全溶于碳酸钠溶液、清水或食盐水中质来判断反应终点:试样能完全溶于碳酸钠溶液、清水或食盐水中 返回X%发烟硫酸的含义:发烟硫酸的含
6、义:100g酸中,酸中,Xg游离的游离的SO3和和(100X)g H2SO4浓度换算关系:浓度换算关系:(H2SO4)=100+0.225(SO3)(SO3)=4.44(H2SO4)100)3SO 解析:发烟硫酸解析:发烟硫酸(SO3)换算为换算为(H2SO4)H2OSO3H2SO4801898XY(H2SO4)100 xy100 x(98/80)x100(18/80)x例如:例如:20%发烟硫酸换算为发烟硫酸换算为(H2SO4),酸中含为,酸中含为80g H2SO420g三氧化硫折算为三氧化硫折算为H2SO4:(98/80)20g,100g酸中含有酸中含有H2SO4量为量为80+98/802
7、0g(1)过量硫酸磺化法及硫酸化法过量硫酸磺化法及硫酸化法发烟硫酸的含义及换算发烟硫酸的含义及换算返回值值的含义及换算的含义及换算(1)过量硫酸磺化法及硫酸化法过量硫酸磺化法及硫酸化法(1)当硫酸浓度降低至反应停止时,剩余的硫酸叫做废酸。习惯上当硫酸浓度降低至反应停止时,剩余的硫酸叫做废酸。习惯上把这种废酸以三氧化硫的重量百分数来表示,称之为把这种废酸以三氧化硫的重量百分数来表示,称之为“”值。值。易磺化,易磺化,值要求低;难磺化,值要求低;难磺化,值要求高。值要求高。(2)值计算单磺化取代的值计算单磺化取代的 磺化剂用量消耗量废酸含量磺化剂用量消耗量废酸含量表示原料中表示原料中SO3的重量百
8、分数,以的重量百分数,以1mol磺化产物为基准,磺化产物为基准,X%=80+(X80)%,80(100)Xa1.纯纯SO3,100,则,则X802.发烟硫酸,发烟硫酸,H2SO4浓度越高,则浓度越高,则越小,越小,X要求的越大要求的越大3.,X趋于无穷趋于无穷返回(3)芳伯胺的烘焙磺化法芳伯胺的烘焙磺化法适用于芳香族伯胺的磺化,磺基主要进入氨基的对位,当对位适用于芳香族伯胺的磺化,磺基主要进入氨基的对位,当对位被占据时才进入邻位。此法可降低硫酸的用量。被占据时才进入邻位。此法可降低硫酸的用量。邻氨基苯甲醚、邻氨基苯甲醚、5-氨基水杨酸、氨基水杨酸、2,5-二氯苯胺等在高温下易焦化的二氯苯胺等在
9、高温下易焦化的苯系芳胺不易采用烘培法,而要用过量硫酸或发烟硫酸磺化法。苯系芳胺不易采用烘培法,而要用过量硫酸或发烟硫酸磺化法。在低温磺化时磺基将进入甲氧基的邻对位而不是氨基的邻对位。在低温磺化时磺基将进入甲氧基的邻对位而不是氨基的邻对位。NH2SO3HNH2SO3HNH2CH3CH3SO3HNH2ClSO3HNH2SO3HClNH2SO3HNH2H2SO4NH3 HSO4NHSOOOHNHHSOOOHHNHHHSO3HNH2SO3HH+H2OH+2 H+返回由于氯原子的电负性较大,硫原子带有较大部分的正电荷,所以氯磺由于氯原子的电负性较大,硫原子带有较大部分的正电荷,所以氯磺酸的磺化能力很强,
10、磺化能力很强,仅次于三氧化硫;氯磺酸遇水分酸的磺化能力很强,磺化能力很强,仅次于三氧化硫;氯磺酸遇水分解成硫酸和氯化氢。解成硫酸和氯化氢。氯磺酸磺化时,根据氯磺酸用量的不同可制得芳磺酸或芳磺酰氯。等氯磺酸磺化时,根据氯磺酸用量的不同可制得芳磺酸或芳磺酰氯。等分子比或稍过量的氯磺酸磺化,得到芳磺酸;过量很多的氯磺酸磺化,分子比或稍过量的氯磺酸磺化,得到芳磺酸;过量很多的氯磺酸磺化,得到芳磺酰氯。得到芳磺酰氯。(4)氯磺酸氯磺酸磺化法磺化法ArHClSO3HHClArSO2OHArSO2ClH2SO4ArSO3HClSO3H返回(5)三氧化硫三氧化硫磺化法磺化法由于由于SO3非常活泼非常活泼注意温
11、度控制和加料顺序注意温度控制和加料顺序1.优点:不生成水,用量可接近理论量,反应迅速,三废少,经济合优点:不生成水,用量可接近理论量,反应迅速,三废少,经济合理。理。2.缺点:熔沸点接近,液相区窄,瞬时放热大,易引起物料局部过热缺点:熔沸点接近,液相区窄,瞬时放热大,易引起物料局部过热而焦化,本身易聚合。而焦化,本身易聚合。3.三氧化硫磺化的方式:三氧化硫磺化的方式:气体三氧化硫的磺化气体三氧化硫的磺化 液体三氧化硫磺化液体三氧化硫磺化 三氧化硫溶剂法磺化三氧化硫溶剂法磺化返回(6)亚硫酸盐亚硫酸盐磺化法磺化法用亚硫酸盐的磺化是一种亲核置换的磺化法,用于将芳环上的卤素或用亚硫酸盐的磺化是一种亲
12、核置换的磺化法,用于将芳环上的卤素或硝基置换成磺基硝基置换成磺基。例如,例如,2,4-二硝基苯磺酸钠的制备二硝基苯磺酸钠的制备ClNO2NO222NaHSO3MgOHSO3NaNO2NO22MgCl2H2O6065蒽醌蒽醌-1-磺酸的制备磺酸的制备Na2SO3100102OONO2OOSO3NaNaNO2Na2SO3NaNO2NO2NO2NO2SO3Na苯系多硝基物的精制苯系多硝基物的精制 返回3.2-烯烃用三氧化硫的取代磺化烯烃用三氧化硫的取代磺化RCH2CH2CHCH2+SO3亲电加成RCH2CH2CHCH2SO3碳正离子中间体(1)脱质子RCH2CH2CHCHSO3H环合开环RCH2CH
13、2CHCH2OSO21,2-磺酸内酯氢转移RCH2CHCH2CH2SO3环合开环RCH2CHCH2CH2OSO21,3-磺酸内酯RCH2CHSO3H脱质子CHCH2氢转移RCHCH2CH2CH2SO3环合开环RCHCH2CH2CH2OSO21,4-磺酸内酯RCH脱质子CHCH2CH2碳正离子中间体(3)碳正离子中间体(2)SO3H(老化)(老化)(老化)3.2.1 反应历程反应历程从从-烯烃与烯烃与SO3的主要反应产物看,是磺基取代了烯烃碳原子上的氢,的主要反应产物看,是磺基取代了烯烃碳原子上的氢,即它是取代反应,但是从反应历程看,则是亲电加成即它是取代反应,但是从反应历程看,则是亲电加成-氢
14、转移反应,氢转移反应,其反应历程可简单表示如下:其反应历程可简单表示如下:返回3.2-烯烃用三氧化硫的取代磺化烯烃用三氧化硫的取代磺化3.2.2 磺化和老化和主要反应条件磺化和老化和主要反应条件3.2.3 老化液的中和与水解老化液的中和与水解RCH2CHSO2CHCH2RCH2CH2SO3HCHCH2ORCH2CHSO3NaCCH2+RCH2CH2CHCH2SO3NaOHRCH2CHCH2CH2OSO2RCH2CHCH2CH2OHSO3NaRCH2CHCHCH2SO3HOSO2RCH2CHCHCH2SO3NaOHSO3NaNaOH2 NaOH2 NaOH 由由-烯烃与烯烃与SO3反应生成反应生
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