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1、精细化工反应单元工艺第1页，此课件共109页哦第一节 概述n精细化工的定义v精细化工 是生产精细化学品的工业，指一些具有特定应用性能的、合成工艺中步骤繁多、反应复杂、产量小、品种多、产品附加值高的商品，例如医药、化学试剂等。v精细化学品 是化学工业中用来与通用化工产品或大宗化学品相区分的一个专用术语。指一些应用范围广泛，生产中化工技术要求高，产量大的商品，例如石油化工中的合成树脂、合成橡胶及合成纤维等三大合成材料。精细化工反应单元工艺精细化工反应单元工艺精细化工反应单元工艺精细化工反应单元工艺概述概述概述概述第2页，此课件共109页哦v精细化学品公认定义：精细化学品公认定义：对基本化学工业生产
2、的初级或次级化学品进行深加工而制取的具有特定功能、特定用途、小批量生产的系列产品。v国外精细化工概况v精细化率：也称精细化工产值率，是指精细化工产值占化工总产值的百分数。精细化工反应单元工艺精细化工反应单元工艺精细化工反应单元工艺精细化工反应单元工艺概述概述概述概述第3页，此课件共109页哦n国内精细化工概况v技术开发与生产厂点布局缺乏统筹规划和强有力的管理v牺牲环境质量，换取短期利益，后患严重v信息渠道不通，市场导向不灵v远未实现基地化、系统化v技术开发缺乏后劲v加入世贸组织，既是动力，更是压力精细化工反应单元工艺精细化工反应单元工艺精细化工反应单元工艺精细化工反应单元工艺概述概述概述概述第
3、4页，此课件共109页哦v商品化技术水平日益提高 现代科技的发展，不仅充实了理论基础，而且提供了先进的实验手段和分析技术，使商品化技术水平不断提高，从而又促进了有机合成理论及分析测试水平的提高。在此，最突出的表现是迄今已知的最毒的物质之一海葵毒素的全合成。被称为有机合成史上的里程碑。其分子中具有64个手性中心和7个骨架内双键，因而可能的异构体数是2的71次方，近乎天文数字。哈佛大学的Kishi于1989年宣布成功实现了全合成，美国化学与工程（新闻）的评论说：如果有机合成中也有珠穆朗玛峰的话，海葵毒素的合成就是珠穆朗玛峰。精细化工反应单元工艺精细化工反应单元工艺精细化工反应单元工艺精细化工反应单
4、元工艺概述概述概述概述第5页，此课件共109页哦海葵毒素结构式海葵毒素结构式精细化工反应单元工艺精细化工反应单元工艺精细化工反应单元工艺精细化工反应单元工艺概述概述概述概述第6页，此课件共109页哦n精细化工的特点v品种日益增多 按不同的化学结构估计，总数有3万多种，其中化学原料药3700多种，染料5400多种，表面活性剂5100多种，食品添加剂1300多种，合成香料5100多种，合成材料助剂1100多种，兽药与饲料添加剂500多种等。精细化工反应单元工艺精细化工反应单元工艺精细化工反应单元工艺精细化工反应单元工艺概述概述概述概述第7页，此课件共109页哦v产品的质量水平不断提高 不同行业和不
5、同企业对不同产品质量要求不同，但其共性是：纯度高、性能稳定、有效期长等。由此可见，质量是第一位的，必须以质量求生存。v精细化工生产装置的特点 大多为间歇式反应釜，主要材质为不锈钢或搪玻璃。但近年来已由间歇式向连续化、自动化方面过渡。精细化工反应单元工艺精细化工反应单元工艺精细化工反应单元工艺精细化工反应单元工艺概述概述概述概述第8页，此课件共109页哦v精细化工中的技术(1)相转移催化技术 当反应物分别处于不同的相时，反应速度很慢，甚至不反应，通过加入某种物质可以使反应速度加快，即称为相转移催化反应。实现相转移催化的各种非均相体系中，最常见的是液液体系。对于阴离子的相转移，最常见的催化剂分两类
6、，一类是季铵盐和叔胺，如：四丁基溴化铵、三丁胺等；另一类是聚醚，如冠醚等。精细化工反应单元工艺精细化工反应单元工艺精细化工反应单元工艺精细化工反应单元工艺概述概述概述概述第9页，此课件共109页哦(2)立体定向合成技术(3)固定化酶技术 固定化酶又称为水不溶性酶，它是将水溶性的酶或含酶细胞固定在某种载体上，使酶仍具有活性，且其性质稳定，可长期使用，并使工艺大大简化，适于连续化生产。(4)电解精细有机合成技术精细化工反应单元工艺精细化工反应单元工艺精细化工反应单元工艺精细化工反应单元工艺概述概述概述概述第10页，此课件共109页哦(5)现代生物技术 现代生物技术是以遗传基因重组、细胞融合、细胞大
7、量培养、改良的发酵技术和生物反应器等为基础技术的新生物技术，对于开发精细化工新产品，改造传统化工生产工艺，节省能源，治理污染等均有重大作用。目前实现商品化生产的药品有胰岛素、干扰素和人生长激素等。在其它高附加值的精细化工产品中，也已运用生物技术，如各种氨基酸、酶制剂、维生素、单细胞蛋白和染料等产品的新工艺。精细化工反应单元工艺精细化工反应单元工艺精细化工反应单元工艺精细化工反应单元工艺概述概述概述概述第11页，此课件共109页哦第二节 磺化v概念：有机化合物分子中引入磺酸基(-SO2OH或-SO3H)，或其相应的盐或磺酰卤基的任何化学过程。v作用：1、使水溶性大大增加，在染料方面有重要意义；2
8、、磺酸基比较容易被一些亲核试剂取代，磺酸是常 用的有机合成中间体；3、利用各组分磺化难易程度的不同，可以进行分离 和纯化；4、利用磺酸基可以水解的特点，可作为有机合成中 的保护基。精细化工反应单元工艺精细化工反应单元工艺精细化工反应单元工艺精细化工反应单元工艺磺化磺化磺化磺化第12页，此课件共109页哦磺化剂和主要磺化法v硫酸磺化 常用的有硫酸(质量分数为9293%的绿矾油和质 量分数为98100的一水化合物)、发烟硫酸(内含游 离三氧化硫20%,40%,60%等)、焦硫酸(2SO3H2O，常写 作H2S2O7)。用硫酸或发烟硫酸进行的磺化也称液相磺化。硫酸 在反应体系中起到磺化剂、溶剂和脱水
9、剂三种作用。精细化工反应单元工艺精细化工反应单元工艺精细化工反应单元工艺精细化工反应单元工艺磺化磺化磺化磺化第13页，此课件共109页哦v三氧化硫磺化 采用三氧化硫磺化的优点是不生成水，三氧化硫的 用量可接近理论量，反应快、三废少。但三氧化硫过于 活泼，磺化时易形成砜，因此常用空气或溶剂稀释，如 氯仿、二氯乙烷等。精细化工反应单元工艺精细化工反应单元工艺精细化工反应单元工艺精细化工反应单元工艺磺化磺化磺化磺化第14页，此课件共109页哦v共沸去水磺化 在用苯和氯苯制苯磺酸的过程中，将过量68倍的 苯蒸气在120180通入浓硫酸中，利用共沸原理由未 反应的苯蒸气将反应生成的水不断的带出，使硫酸浓
10、度 不致下降太多，此法硫酸利用率高。v烘焙磺化 该法用于某些芳伯胺的磺化。精细化工反应单元工艺精细化工反应单元工艺精细化工反应单元工艺精细化工反应单元工艺磺化磺化磺化磺化第15页，此课件共109页哦v氯磺酸磺化 氯磺酸也是比较重要的磺化剂，它是SO3和HCl的加成物。RH+ClSO3H RSO2OH+HCl RSO2OH+ClSO3H RSO2Cl+H2SO4 用等物质量的氯磺酸使芳烃磺化可得芳磺酸，用用等物质量的氯磺酸使芳烃磺化可得芳磺酸，用物质的量为物质的量为45甚至更多的氯磺酸使芳烃磺化可得芳甚至更多的氯磺酸使芳烃磺化可得芳磺酰氯。磺酰氯。氯磺酸还能与胺反应，将磺酸基接到氮原子上，产物为
11、 氨基磺酸。RNH2+ClSO3H RNHSO3H+HCl精细化工反应单元工艺精细化工反应单元工艺精细化工反应单元工艺精细化工反应单元工艺磺化磺化磺化磺化第16页，此课件共109页哦v用二氧化硫加臭氧 脂肪族化合物是不用三氧化硫或浓硫酸进行磺化的，一般采用二氧化硫加臭氧或氯气在紫外光作用下进行磺 化。精细化工反应单元工艺精细化工反应单元工艺精细化工反应单元工艺精细化工反应单元工艺磺化磺化磺化磺化第17页，此课件共109页哦磺化反应特点及副反应v磺化反应是一种平衡反应v磺酸基容易被水解 对于有吸电子基的芳磺酸，芳环上的电子云密度降 低，磺酸基难水解。对于有给电子的芳磺酸，芳环上的 电子云密度较高
12、，磺酸基容易水解。v磺酸的异构化 在有水的硫酸中，磺酸的异构化是一个水解再磺化 的过程，而在无水溶液中则是分子内的重排过程。v副反应 用SO3磺化时，极易形成砜，可以用卤代烷烃为溶 剂，也可以用三氧化硫和二氧六环、吡啶等的复合物来 调节SO3的活性。精细化工反应单元工艺精细化工反应单元工艺精细化工反应单元工艺精细化工反应单元工艺磺化磺化磺化磺化第18页，此课件共109页哦 磺化反应的影响因素v被磺化物的结构 磺化反应是典型的亲电取代反应，当芳环上有给电子基团时，磺化反应较易进行，如-CH3,-OH,-NH2,磺酸基进入该类取代基的对位。芳环上有吸电子基团时，对磺化反应不利，如硝基、羧基的存在，
13、使其磺化的速率较苯环降低。v磺化剂的浓度和用量v硫酸浓度对磺化速率有显著影响v硫酸浓度降至某一程度反应自行停止，此时剩余的硫酸（即“废酸”）以SO3的质量分数表示，称为“值”。精细化工反应单元工艺精细化工反应单元工艺精细化工反应单元工艺精细化工反应单元工艺磺化磺化磺化磺化第19页，此课件共109页哦磺化产物的分离v液体磺酸与硫酸不同之处是它们的钙盐、钡盐等都易溶于水。v某些磺酸可用乙醇或氯仿重结晶v大多数的磺酸纯化比较困难，需要通过酰氯化进行分馏（减压）或是转化为磺酰胺，经重结晶来纯化，纯化后 再水解成酸。精细化工反应单元工艺精细化工反应单元工艺精细化工反应单元工艺精细化工反应单元工艺磺化磺化
14、磺化磺化第20页，此课件共109页哦具体有如下几种分离方法稀释酸析法稀释酸析法 某些芳磺酸在5080%硫酸中的溶解度很小，磺化结束后，将磺化液加入水适当稀释，磺酸即可析出。例如对硝基氯苯邻磺酸、对硝基邻甲苯磺酸，1，5蒽醌二磺酸等可用此法分离。精细化工反应单元工艺精细化工反应单元工艺精细化工反应单元工艺精细化工反应单元工艺磺化磺化磺化磺化第21页，此课件共109页哦直接盐稀法直接盐稀法 利用磺酸盐的不同溶解度向稀释后的磺化物中直接加入食盐、氯化钾或硫酸钠，可以使某些磺酸盐析出，可以分离不同异构磺酸，其反应式如下：例如，2-萘酚的磺化制2萘酚6，8二磺酸（G酸）时，向稀释的磺化物中加入氯化钾溶液
15、，G酸即以钾盐的形式析出，称为G盐。过滤后的母液中再加入食盐，副产的2萘酚3，6二磺酸（R酸）即以钠盐的形式析出，称为R盐。有时也有加入氨水，使其以铵盐形式析出。精细化工反应单元工艺精细化工反应单元工艺精细化工反应单元工艺精细化工反应单元工艺磺化磺化磺化磺化第22页，此课件共109页哦中和盐析法中和盐析法 为了减少母液对设备的腐蚀性，常常采用中和盐析法。稀释后的磺化物用氢氧化钠、碳酸钠、亚硫酸钠、氨水或氧化镁进行中和，利用中和时生成的硫酸钠、硫酸铵或硫酸镁可使磺酸以钠盐、铵盐或镁盐的形式盐析出来。例如在用磺化碱熔法制2萘酚时可以利用碱熔过程中生成的亚硫酸钠来中和磺化物，中和时产生的二氧化硫又可
16、用于碱熔物的酸化：精细化工反应单元工艺精细化工反应单元工艺精细化工反应单元工艺精细化工反应单元工艺磺化磺化磺化磺化第23页，此课件共109页哦脱硫酸钙法脱硫酸钙法为了减少磺酸盐中的无机盐，某些磺酸，特别是磺酸，不能用盐析法将他们很好的分离出来，这时需要采用托硫酸钙法。磺化物在稀释后用氢氧化钙的悬浮液进行中和，生成的磺酸钙能溶于水，用过滤法除去硫酸钙沉淀后，得到不含无机盐的磺酸钙溶液。将此溶液再用碳酸钠溶液处理，使磺酸钙盐转变为钠盐：再过滤除去碳酸钙沉淀，就得到不含无机盐的磺酸钠溶液。它可以直接由于下一步反应，或是蒸发浓缩成磺酸钠盐固体。例如二（1-萘基）甲烷2，2二磺酸钠（扩散剂NNO）的制备
17、。脱硫酸钙法操作复杂，还有大量硫酸钙滤饼需要处理，因此在生产上尽量避免采用。精细化工反应单元工艺精细化工反应单元工艺精细化工反应单元工艺精细化工反应单元工艺磺化磺化磺化磺化第24页，此课件共109页哦萃取分离法萃取分离法 除了上述四种方法以外，近年来为了减少三废，提出了萃取分离法。例如将萘高温磺化、稀释水解除去1萘磺酸后的溶液，用叔胺（N,N二苄基十二胺）的甲苯溶液萃取，叔胺与2萘磺酸形成络合物被萃取到甲苯层中，分出有机层，用碱液中和，磺酸即转入水层，蒸发至干即得到2萘磺酸钠，纯度可达86.8，其中含1磺酸钠0.5，硫酸钠0.8，2萘磺酸钠以水解物计，收率可达97.599。叔胺可回收再用。这种
18、分离法为芳磺酸的分离和费酸的回收开辟了新途径。精细化工反应单元工艺精细化工反应单元工艺精细化工反应单元工艺精细化工反应单元工艺磺化磺化磺化磺化第25页，此课件共109页哦磺化物的分析v中间体磺化物的量，主要是通过分析磺化物中其他取代基的量来确定的。v磺化过程控制中，通常需要分析磺化物中磺酸中的总量，一般采用滴定法和色层法。滴定法 是将磺化物试样用NaOH标准浓度滴定，可测定硫酸和磺酸的总量。色层法 主要用于多磺酸的定性和定量测定；色谱展开剂多是弱碱溶剂系统。精细化工反应单元工艺精细化工反应单元工艺精细化工反应单元工艺精细化工反应单元工艺磺化磺化磺化磺化第26页，此课件共109页哦苯、萘及其衍生
19、物的磺化v苯的磺化此方法的缺点是需消耗大量的硫酸和氢氧化钠，并造成环境污染，现已被氯苯水解法替代。第一阶段的磺化条件控制在7080，用100硫酸磺化，第二阶段用发烟硫酸磺化，温度为80。精细化工反应单元工艺精细化工反应单元工艺精细化工反应单元工艺精细化工反应单元工艺磺化磺化磺化磺化第27页，此课件共109页哦v甲苯的磺化 甲苯经磺化可以制得混合加酚，产物中以对位异构物居多，是无色、淡黄色或粉红色液体，主要用作溶剂，分离可得p,o,m-甲酚纯品，用来制造树脂、医药、农药、增塑剂、抗氧剂和香料等。精细化工反应单元工艺精细化工反应单元工艺精细化工反应单元工艺精细化工反应单元工艺磺化磺化磺化磺化第28
20、页，此课件共109页哦v糖精的制备 甲苯经氯磺化、氨化、环化可制得糖精，其甜味是食糖的300500倍,少食无毒，但无营养价值，常用作饮料、糖浆、食品和酒类的调味剂。精细化工反应单元工艺精细化工反应单元工艺精细化工反应单元工艺精细化工反应单元工艺磺化磺化磺化磺化第29页，此课件共109页哦v萘、萘胺和萘酚的磺化萘、萘胺和萘酚的磺化精细化工反应单元工艺精细化工反应单元工艺精细化工反应单元工艺精细化工反应单元工艺磺化磺化磺化磺化第30页，此课件共109页哦 共振理论认为，取代基进攻位形成的正碳离子中间 体有两个稳定的极限式，而进攻位只有一个，前者比后 者稳定，显然，稳定的碳正离子相对应的过渡态势能也
21、相 对较低，所以温度低时，先进攻位，反应活化能较小，反应速度快；温度升高，有利于提供位磺化所需的活化 能，向位磺化转化增多。即萘磺酸的生成是受动力学控制的，而萘磺酸的生成是受热力学控制的。精细化工反应单元工艺精细化工反应单元工艺精细化工反应单元工艺精细化工反应单元工艺磺化磺化磺化磺化第31页，此课件共109页哦 萘的磺化产物中，拉开粉(1,2-二丁基-6-萘磺酸钠)，用作合成橡胶的乳化剂、纺织印染中的渗透剂、也用作洗涤剂、分散剂、润滑剂、杀菌剂和除草剂的原料。精细化工反应单元工艺精细化工反应单元工艺精细化工反应单元工艺精细化工反应单元工艺磺化磺化磺化磺化第32页，此课件共109页哦 以萘胺为原
22、料，经磺化可制得萘胺磺酸及其盐类。如1-氨基-4-萘磺酸钠，是偶氮染料的中间体，用于生产尼文酸(1-萘酚-4-磺酸)等。精细化工反应单元工艺精细化工反应单元工艺精细化工反应单元工艺精细化工反应单元工艺磺化磺化磺化磺化第33页，此课件共109页哦 萘酚为原料经磺化可制得一系列萘酚磺酸及其盐类。如2-萘酚-3,6-二磺酸二钠盐，2-萘酚-6,8-二磺酸二钠盐，都是染料中间体，用于制造各种染料、食用色素。精细化工反应单元工艺精细化工反应单元工艺精细化工反应单元工艺精细化工反应单元工艺磺化磺化磺化磺化第34页，此课件共109页哦v烷基苯的磺化 烷基苯经磺化制得的烷基苯磺酸钠是目前合成洗涤剂中最重要的一
23、种，即对水和油都有较高的亲和力。对于一种洗涤剂的基本要求是：无毒、分子中即含有亲水基团，又含有亲油基团；烷基苯磺酸钠中，烷基是亲油的，磺酸基是亲水的，由12个碳原子的烷基生成的烷基苯磺酸具有最好的洗涤性能。烷基苯的磺化可在3060 的范围内，用硫酸或发烟硫酸来实现，所得产品是含有三个异构体的混合物，它们都具有良好的洗涤性能，因此不必分离。精细化工反应单元工艺精细化工反应单元工艺精细化工反应单元工艺精细化工反应单元工艺磺化磺化磺化磺化第35页，此课件共109页哦 应指出，烷基苯的二磺酸盐的洗涤性能极差，在生产 中应尽量避免烷基苯二磺酸盐的生成，操作中应严格控制 反应条件(反应温度、硫酸浓度、反应
24、时间等)。烷基苯磺酸不溶于废酸，生产中通常采用沉降澄清法 分离，所得磺酸再与氢氧化钠反应，生成烷基苯磺酸钠，它与磷酸三钠、硅酸钠、碳酸钠等相混合，最后经喷雾干 燥制得粉状合成洗涤剂。精细化工反应单元工艺精细化工反应单元工艺精细化工反应单元工艺精细化工反应单元工艺磺化磺化磺化磺化第36页，此课件共109页哦主浴式发烟硫酸连续磺化工艺流程1.烷基苯高位槽 2.发烟硫酸高位槽 3.烟酸过滤器 4.磺化泵 5.冷却器6.老化器 7.混酸槽 8.分酸泵 9.冷却器 10.第一分离器 11.第二分离器 12.烷基苯流量计 13.发烟硫酸流量计 14.水流量计精细化工反应单元工艺精细化工反应单元工艺精细化工
25、反应单元工艺精细化工反应单元工艺磺化磺化磺化磺化第37页，此课件共109页哦第三节 硝化v概述v定义定义：指在有机化合物中引入硝基(-NO2)而生成硝基化 合物的过程。v作用：作用：1、作为制备氨基化合物的重要途径；2、促进亲核取代反应的进行；例如诺氟沙星 的中间体3-氯-4-氟苯胺的合成。精细化工反应单元工艺精细化工反应单元工艺精细化工反应单元工艺精细化工反应单元工艺硝化硝化硝化硝化第38页，此课件共109页哦3、制备各种有用的有机化合物或中间体；如主要用作炸药 的硝化甘油，又称硝酸甘油或甘油三硝酸酯。4、利用硝基的极性，加深染料的颜色。精细化工反应单元工艺精细化工反应单元工艺精细化工反应单
26、元工艺精细化工反应单元工艺硝化硝化硝化硝化第39页，此课件共109页哦硝化剂及硝化方法分类v硝化剂主要是硝酸，从无水硝酸到稀硝酸都可以作为硝化剂；v硝化剂常常不是单独的硝酸，而是硝酸和各种质子酸（如硫酸）、有机酸、酸酐及各种路易斯酸的混合物。硝酸 硝化反应是NO2+对芳环的亲电进攻。纯硝酸中有96以上呈HNO3分子状态，仅有约3.5%的硝酸经分子间质子转移离解成硝基正离子：精细化工反应单元工艺精细化工反应单元工艺精细化工反应单元工艺精细化工反应单元工艺硝化硝化硝化硝化第40页，此课件共109页哦混合酸 混合酸是硝酸和硫酸的混合物，硫酸起酸的作用，硝酸起碱的作用。硝化反应介质中NO2+离子浓度的
27、大小是硝化能力强弱的一个重要标志。因此，在硝酸中加入强质子酸可以大大提高其硝化能力。精细化工反应单元工艺精细化工反应单元工艺精细化工反应单元工艺精细化工反应单元工艺硝化硝化硝化硝化第41页，此课件共109页哦混酸中硫酸的作用硫酸是酸，提供质子；质子接受体，因为硝酰正离子引入苯环上，同时要从苯环上移走一个质子，HSO4接受质子；反应过程中生成水，浓硫酸可以除去生成的水。精细化工反应单元工艺精细化工反应单元工艺精细化工反应单元工艺精细化工反应单元工艺硝化硝化硝化硝化第42页，此课件共109页哦硝酸与乙酸酐的混合硝化剂 硝酸与乙酸酐混合物放置时间太久，可能会生成四硝基甲烷，它是一种催泪物质，为了避免
28、它的产生，硝酸和乙酸酐要现混现用。有机硝酸酯 硝酸乙酰CH3CO-O-NO2，是硝酸和醋酸的混合酐，不稳定易爆炸。硝酸苯乙酰PhCO-O-NO2也有应用，它们的好处是可以和被硝化的有机物，一同溶解在有机溶剂如乙腈、硝基甲烷等中，形成均相反应液，这样反应就可以在无水介质中进行。精细化工反应单元工艺精细化工反应单元工艺精细化工反应单元工艺精细化工反应单元工艺硝化硝化硝化硝化第43页，此课件共109页哦氮的氧化物 氮的氧化物除了N2O以外，都可以作为硝化剂，如N2O3、N2O4及N2O5，这些氮的氧化物在一定条件下都可以和烯烃进行加成反应。硝酸盐与硫酸 最适用于如苯甲酸、对氯苯甲酸等难硝化芳烃的硝化
29、。其他硝化剂 硝酸加三氟化硼，硝酸加氟化氢，硝酸加硝酸汞都可作硝化剂。精细化工反应单元工艺精细化工反应单元工艺精细化工反应单元工艺精细化工反应单元工艺硝化硝化硝化硝化第44页，此课件共109页哦v硝化方法（1）直接硝化法v 稀硝酸只适用于易被硝化的芳香族化合物的硝化，如含-OH，-NH2的化合物可用(HNO3)20%的稀硝酸硝化，易被氧化的氨基化合物往往于硝化前先加以保护，即将其于羧酸、酸酐或酰氯作用使氨基转化为酰氨基，然后再行硝化。v 浓硝酸硝化法主要适用于芳香族化合物的硝化。此法未能应用广泛的原因在于：反应中生成的水使硝酸浓度降低，以致硝化速率不断下降或终止；硝酸浓度降低，不仅减缓硝化反应
30、速率，而且使氧化反应显著增加，有时会发生侧链氧化反应。v混酸硝化法是最常用的有效硝化法；精细化工反应单元工艺精细化工反应单元工艺精细化工反应单元工艺精细化工反应单元工艺硝化硝化硝化硝化第45页，此课件共109页哦u硝酸乙酰法即采用浓硝酸或发烟硝酸与醋酐反应生成的硝酸乙酰作为硝化剂，硝酸乙酰是强硝化剂，反应快且无水生成，反应条件温和，可在较低温度下进行反应。因为这种硝化剂具有酸性小、没有氧化性的特点，很适合易被强酸破坏（如呋喃类）或易与强酸成盐而难硝化的化合物（如吡啶类）的硝化。(2)间接硝化法 即化合物中的原子或基团被硝基取代的方法。芳香族化合物或杂环化合物上的磺酸基，用硝酸处理，可被硝基置换
31、生成硝基化合物：精细化工反应单元工艺精细化工反应单元工艺精细化工反应单元工艺精细化工反应单元工艺硝化硝化硝化硝化第46页，此课件共109页哦u酚或酚醚类是易于氧化的物质，当引入磺酸基后，由于苯环上的电子云密度下降，硝化时的副反应减少。u当苯环上同时存在羟基（或烷氧基）和醛基时，若采用先磺化后硝化的方法，则醛基不受影响。精细化工反应单元工艺精细化工反应单元工艺精细化工反应单元工艺精细化工反应单元工艺硝化硝化硝化硝化第47页，此课件共109页哦u重氮基的取代硝化是指芳香族重氮盐用亚硝酸钠处理后，生成芳香族硝基化合物：精细化工反应单元工艺精细化工反应单元工艺精细化工反应单元工艺精细化工反应单元工艺硝
32、化硝化硝化硝化第48页，此课件共109页哦v硝化过程1、硝化过程v硝化过程有间歇与连续两种方式v由于生产方式和被硝化物的性质不同，一般有三种加料顺序，即正加法、反加法、并加法。2、硝化物的分析v硝化物的分析有化学法、色谱分析法、气液相色谱法和红外光谱法等。精细化工反应单元工艺精细化工反应单元工艺精细化工反应单元工艺精细化工反应单元工艺硝化硝化硝化硝化第49页，此课件共109页哦3、硝化产物的分离v 硝化反应完成后，首先要将硝化产物与废酸分离。在常温下硝化物为液体或低熔点的固体的情况下，可在带有水蒸气夹套的分离器中利用硝化产物与废酸有较大的密度差而实现分离。v废酸中的硝基化合物有时用有机溶剂萃取
33、。v大多数硝基化合物在浓硫酸中有一定的溶解度，而且硫酸浓度越高，溶解度越大，为了减少溶解度，有时在静置分层前先加入少量水稀释，溶解度会大大降低。v中和后，用有机溶剂萃取，此法适用于杂环化合物的硝化，如吡啶。精细化工反应单元工艺精细化工反应单元工艺精细化工反应单元工艺精细化工反应单元工艺硝化硝化硝化硝化第50页，此课件共109页哦4、废酸处理 混酸硝化后废酸组成是硫酸、硝酸、亚硝酰硫酸及硝基物。硝化废酸的回收主要采用浓缩的方法。在用蒸浓的方法回收废酸前需脱硝，当硫酸浓度低于75时，只要达到一定的温度，硝酸及亚硝酰硫酸很易分解，逸出的氧化氮需要用氢氧化钠水溶液进行吸收处理。具体如下：闭路循环利用；
34、用芳烃萃取、脱硝、蒸发浓缩，使浓度达92.595%，可用于配制混酸；通过萃取、吸附或过热蒸汽吹扫等手段，除去有机杂质，再用氨水制成化肥等。精细化工反应单元工艺精细化工反应单元工艺精细化工反应单元工艺精细化工反应单元工艺硝化硝化硝化硝化第51页，此课件共109页哦v芳烃的硝化v芳烃硝化 影响因素l 被硝化物 的结构l 温度 硝化反应是强烈的放热反应，易引起多硝化及氧化等副反应，同时还将造成硝酸的大量分解，产生大量红棕色的NO2气体，甚至发生事故。温度的安全限度取决于被硝化物的化学结构。l 搅拌u 苯环上取代基的影响在已存在给电子基团的苯环上，硝化的产物，往往是邻位异构体多于对位。u 苯胺的硝化芳
35、胺容易被硝酸氧化，需要将氨基保护起来。u 苯环上的多硝化由于硝基是吸电子基团，也是钝化基团，所以在苯环上多硝化比较困难。用直接硝化法，不论硝化剂和反应条件如何强烈，一个苯环上最多只能引入三个硝基。精细化工反应单元工艺精细化工反应单元工艺精细化工反应单元工艺精细化工反应单元工艺硝化硝化硝化硝化第52页，此课件共109页哦第四节 重氮化和偶合反应v重氮化和偶合反应是重要的有机合成反应，在精细化工中有很重要的地位。该类反应在染料合成中应用很广，是两个主要的工序，重氮化后，氨基化合物可直接或间接转变成几乎所有可能的官能团，例如：氨基可以变成卤素、氰基、羟基、肼基、氢原子、羧基等。v偶合反应可以合成酸性
36、、冰染、直接、分散、活性、阳离子等类型的染料，还可合成各类黄色或红色偶氮型有机颜料。精细化工反应单元工艺精细化工反应单元工艺精细化工反应单元工艺精细化工反应单元工艺重氮化和偶合反应重氮化和偶合反应重氮化和偶合反应重氮化和偶合反应第53页，此课件共109页哦重氮化和重氮化合物1.重氮化反应及影响因素 v芳香族伯胺和亚硝酸（或亚硝酸盐）作用生成重氮盐的反应称为重氮化。v重氮化反应要在强酸中进行，实际上是亚硝酸作用于铵离子。v重氮化是放热反应，重氮盐对热不稳定，因此要在冷却的情况下进行，一般都用冰盐浴冷却，并调节亚硝酸钠的加入速率，维持反应温度在0v重氮化反应的亚硝化学说：重氮化反应是由亚硝酸产生的
37、亲电质点对游离芳伯胺基进行亲电取代反应。精细化工反应单元工艺精细化工反应单元工艺精细化工反应单元工艺精细化工反应单元工艺重氮化和偶合反应重氮化和偶合反应重氮化和偶合反应重氮化和偶合反应第54页，此课件共109页哦v重氮化反应的主要影响因素(1)酸的影响 主要考虑酸的种类、用量及浓度 v由反应式可以看出酸的理论用量为2mol，在反应中无机酸的作用是：首先是使芳胺溶解，其次可和亚硝酸钠生成亚硝酸，最后是生成稳定的重氮盐。v反应时若酸量不足，生成的重氮盐容易和未反应的芳胺偶合，生成重氮氨基化合物。这是一种自偶合反应，是不可逆的。一旦重氮氨基化合物生成，即使再补加酸液，也无法使重氮氨基化合物转变为重氮
38、盐，从而使重氮盐的质量变差，产率降低。在酸量不足的情况下，重氮盐还易分解，温度愈高，分解愈快。精细化工反应单元工艺精细化工反应单元工艺精细化工反应单元工艺精细化工反应单元工艺重氮化和偶合反应重氮化和偶合反应重氮化和偶合反应重氮化和偶合反应第55页，此课件共109页哦(2)不同的反应物及浓度的影响v苯胺、萘胺以及芳环上含有给电子基团的芳胺，重氮化可以在稀的无机酸的溶液中反应，在0附近，加入等物质的量的亚硝酸钠和34 mol的无机酸即可。v如果芳胺环上有吸电子基团，它们的碱性较弱，它们的盐，特别是硫酸盐，在水中的溶解性小。在重氮化时可以把它们和稀酸一起加热使之溶解，随即迅速搅拌冷却到0，这样可得到
39、铵盐的细结晶，便于进行重氮化。v对于碱性很弱的芳胺，重氮化反应必须在强酸中进行。精细化工反应单元工艺精细化工反应单元工艺精细化工反应单元工艺精细化工反应单元工艺重氮化和偶合反应重氮化和偶合反应重氮化和偶合反应重氮化和偶合反应第56页，此课件共109页哦(3)芳胺的碱性 在重氮化反应中，芳胺存在以下两种碱性平衡：当酸度一定时碱性较强的芳胺，一方面较易生成Ar-NH-N=O，对重氮化有利；另一方面由于ArNH3+较稳定，较难解离出ArNH2，游离胺浓度低，不利于重氮化。(4)温度 由于重氮化反应是放热反应，而重氮盐的热稳定性很差，重氮化反应大多在低温下进行，重氮化反应的温度主要决定于芳胺的碱性和重
40、氮盐的稳定性。精细化工反应单元工艺精细化工反应单元工艺精细化工反应单元工艺精细化工反应单元工艺重氮化和偶合反应重氮化和偶合反应重氮化和偶合反应重氮化和偶合反应第57页，此课件共109页哦2、重氮化反应的分析v由于重氮化反应必须有少量亚硝酸的存在，检验亚硝酸的方法是碘化钾淀粉法：在无机酸存在下，亚硝酸和碘化钾反应，析出的碘使淀粉变蓝。3、重氮化合物性质v水溶性和电离性 重氮盐多半溶于水，只有少数杂酸盐和复盐不溶v稳定性 重氮盐的稳定性与芳环中取代基有关，未取代的或有烷基取代的重氮盐很不稳定，遇热或摩擦、冲撞，都能引起爆炸，只可用它们的水溶液在0左右进行合成。具有吸电子基团的重氮盐，虽然它们较难于
41、形成，但是稳定性却较好，重氮化时温度可较高，使用时也可在室温进行。精细化工反应单元工艺精细化工反应单元工艺精细化工反应单元工艺精细化工反应单元工艺重氮化和偶合反应重氮化和偶合反应重氮化和偶合反应重氮化和偶合反应第58页，此课件共109页哦化学活泼性v重氮盐的化学性质很活泼，可与多种试剂反应，最重氮盐的化学性质很活泼，可与多种试剂反应，最主要的是发生亲核取代反应。主要的是发生亲核取代反应。1、桑德迈尔反应精细化工反应单元工艺精细化工反应单元工艺精细化工反应单元工艺精细化工反应单元工艺重氮化和偶合反应重氮化和偶合反应重氮化和偶合反应重氮化和偶合反应第59页，此课件共109页哦2、水解反应精细化工反
42、应单元工艺精细化工反应单元工艺精细化工反应单元工艺精细化工反应单元工艺重氮化和偶合反应重氮化和偶合反应重氮化和偶合反应重氮化和偶合反应第60页，此课件共109页哦3、席曼反应重氮盐和氟硼酸反应，再加热引入氟原子。例如：喹喏酮类抗菌药氧氟沙星和洛美沙9的中间体2,3,4-三氟硝基苯的合成 精细化工反应单元工艺精细化工反应单元工艺精细化工反应单元工艺精细化工反应单元工艺重氮化和偶合反应重氮化和偶合反应重氮化和偶合反应重氮化和偶合反应第61页，此课件共109页哦4、还原反应(脱氨基，还原为肼)改进脑血管功能的药物丁咯地尔的中间体三溴苯的合成 非甾体抗炎药依托度酸的中间体邻乙基苯肼盐酸盐的合成 第62
43、页，此课件共109页哦 此外，重氮盐还可以发生Gomberg-Bachmann反应，形成联苯或其衍生物；还可以与酚或芳胺进行偶合反应形成各种染料。精细化工反应单元工艺精细化工反应单元工艺精细化工反应单元工艺精细化工反应单元工艺重氮化和偶合反应重氮化和偶合反应重氮化和偶合反应重氮化和偶合反应第63页，此课件共109页哦偶合和偶氮化合物v偶合反应概述 偶合反应是指重氮盐与含活泼氢原子的化合物发生的以偶氮基取代氢原子的反应。AH+ArN2+AN=NAr+H+这一反应是重氮正离子的亲电取代反应。v芳胺和酚的偶合反应 芳胺和酚的对位（和邻位）电子云密度较大，易发生偶合反应，但一般仅进攻对位，这是因为重氮
44、正离子受羟基或氨基的位阻影响，不易对邻位进攻。若邻位被其他基团占据，则视该基团的性质，或进入其邻位，或是芳偶氮基取代该基团(SO3H,COOH),生成对羟基偶氮化合物。精细化工反应单元工艺精细化工反应单元工艺精细化工反应单元工艺精细化工反应单元工艺重氮化和偶合反应重氮化和偶合反应重氮化和偶合反应重氮化和偶合反应第64页，此课件共109页哦 以上反应是偶氮染料化学的基本反应，酚和重氮盐的偶合，必须在弱碱性溶液中进行。在强酸性的溶液中，偶合反应一般不发生。精细化工反应单元工艺精细化工反应单元工艺精细化工反应单元工艺精细化工反应单元工艺重氮化和偶合反应重氮化和偶合反应重氮化和偶合反应重氮化和偶合反应
45、第65页，此课件共109页哦v萘系化合物的偶合反应-萘胺(酚)作偶合组分时，偶氮产物主要在4-位。若4-位被占据，则进入2-位。-萘酚(胺)作偶合组分时，芳偶氮基进入-位。若-位被占据，一般不发生偶合或在个别情况下发生偶合时，-位原基团脱掉。-萘酚(胺)磺酸作偶合组分时，芳偶氮基进入的位置和磺酸基所在的位置有关。氨基萘酚磺酸在酸性或碱性介质中偶合时，芳偶氮基分别进入氨基和羟基的邻位。可见，芳偶氮基进入的为止决定于介质的pH值。精细化工反应单元工艺精细化工反应单元工艺精细化工反应单元工艺精细化工反应单元工艺重氮化和偶合反应重氮化和偶合反应重氮化和偶合反应重氮化和偶合反应第66页，此课件共109页
46、哦v偶合反应的影响因素v由于重氮盐一般都在水中制备，因此偶合反应一般也由于重氮盐一般都在水中制备，因此偶合反应一般也在水中进行。在水中进行。在水中很难溶解的脂肪族化合物可以加一些乙醇、吡啶或是醋酸。如果重氮盐很活泼，像二硝基苯重氮盐之类，偶合反应也可在冰醋酸中进行。v偶合反应在碱性介质中进行较适宜，偶合反应在碱性介质中进行较适宜，最佳反应条件是以醋酸钠缓冲溶液的弱碱性介质。精细化工反应单元工艺精细化工反应单元工艺精细化工反应单元工艺精细化工反应单元工艺重氮化和偶合反应重氮化和偶合反应重氮化和偶合反应重氮化和偶合反应第67页，此课件共109页哦芳环上的取代基 由于偶合反应是亲电取代反应由于偶合反
47、应是亲电取代反应，因此重氮盐芳核上的吸电子取代基对偶合反应起活化作用，反之芳环上有给电子取代基时则使偶合活性降低。当偶合组分芳环上有供电子取代基时(如存在-OH,-NH2,-OCH3等)增加芳环上电子云密度，使偶合反应更易进行。当因空间位阻使偶合反应不易进行时，加入催化剂吡啶，常有加速反应的效果。第68页，此课件共109页哦v偶合反应的分析控制(P583)v偶合反应的控制主要是通过测定重氮盐和偶合组分来实现，一般要求在反应终点重氮盐消失，偶合组分只有微量。精细化工反应单元工艺精细化工反应单元工艺精细化工反应单元工艺精细化工反应单元工艺重氮化和偶合反应重氮化和偶合反应重氮化和偶合反应重氮化和偶合
48、反应第69页，此课件共109页哦v偶氮化合物v偶氮化合物都有颜色，其中有不少可用做染料，这类染料被定名为偶氮染料。v偶氮染料的另一个重要用途是用作酸碱指示剂和鉴别金属元素的试剂。例如酸碱指示剂属偶氮染料的有甲基橙、亮黄、茜素黄GG、刚果红等；用于检测金属的有酸性铬深蓝，它用于检验钙、镁和锌。例如：甲基橙精细化工反应单元工艺精细化工反应单元工艺精细化工反应单元工艺精细化工反应单元工艺重氮化和偶合反应重氮化和偶合反应重氮化和偶合反应重氮化和偶合反应第70页，此课件共109页哦重氮盐和偶合反应的工业实例 永固黄2G的制备v永固黄主要用于高级透明油墨、玻璃纤维和塑料制品的着色P585v生产工艺双重氮化
49、偶合精细化工反应单元工艺精细化工反应单元工艺精细化工反应单元工艺精细化工反应单元工艺重氮化和偶合反应重氮化和偶合反应重氮化和偶合反应重氮化和偶合反应第71页，此课件共109页哦第五节 酯化反应v7.5.1 概述 酯化反应：通常指醇或酚与含氧的酸类(包括有机酸和无机酸)作用生成酯和水的过程，也就是在醇或酚的羟基的氧原子上引入酰基的过程，也称为氧酰化反应。精细化工反应单元工艺精细化工反应单元工艺精细化工反应单元工艺精细化工反应单元工艺酯化反应酯化反应酯化反应酯化反应第72页，此课件共109页哦几种主要的酯化反应v酸和醇或酚直接酯化法v直接酯化法的影响因素酸的结构 脂肪族羧酸中烃基对酯基的影响，除了
50、电子效应会影响羰基碳的亲电能力，空间位阻对反应速率也有很大的影响。芳香族羧酸，一般比脂肪族羧酸酯化要困难得多，空间位阻的影响同样比电子效应大得多，而且更加明显，以苯甲酸为例，当邻位有取代基时，酯化反应速率减慢；如两个邻位都有取代基时。则更难酯化，但形成的酯特别不易皂化。精细化工反应单元工艺精细化工反应单元工艺精细化工反应单元工艺精细化工反应单元工艺酯化反应酯化反应酯化反应酯化反应第73页，此课件共109页哦醇或酚结构 醇对酯化反应的影响也主要受空间位阻的影响；伯醇的酯化反应速率最快，仲醇较慢，叔醇最慢。催化剂 催化剂对酯化反应是很重要的，强酸催化剂可以降低反应的活化能从而加速反应的进行。强酸性