第九章

烷基化反应

1 、概述2 、烷基化反应的基本原理（芳环上的 C- 烷基化反应、氨 或 胺 上 的 N- 烷 基 化 反应）3 、烷基化方法（用卤烷的烷基化、用烯烃的烷基化、用醇、醛和酮的烷基化、用环氧乙烷的 N- 烷基化和C- 烷基化）4 、应用实例。

要求和重点：1 、掌握烷基化的特点和方法2 、了解催化剂的种类及特点

8.1 概述

• 苯乙烯的用途

• 苯乙烯如何制得？

洗衣粉的“源头”洗衣粉的“源头”

• 洗衣粉→十二烷基苯磺酸钠→十二烷基苯

• 定义：烷基化反应指的是在有机化合物分子中的碳、硅、氮、磷、氧或硫原子上引入烃基（为烷基、烯基、芳基等）的反应的总称。

• 其中以在有机物分子中引入烷基最为重要。• 用于烷基化的反应试剂称为烷基化剂。常用的有：• （ 1 ）卤烷• （ 2）酯类• （ 3 ）醇类和醚类• （ 4）环氧化合物• （ 5）烯烃 和炔烃• （ 6 ）羰 基化合物

8.2 8.2 芳环上的芳环上的 C-C-烷基化反应烷基化反应一、 C- 烷基化反应定义： C- 烷基化是在催化剂作用下往芳环上引

入烷基制备取代烷基芳烃的过程。• 卤烷、烯烃是常用的较强的烷基化剂。

• 烯烃的优点：最便宜、来源最广的原料• 醇、醛和酮都是较弱的烷基化剂

主要为付－克反应 (Friedel-Crafts 反应 ) ： 1 、烯烃的烷基化 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。

+ CH2 CH3Âý ¿ì

C2H5H

+

C2H5

+ H

+R OH OH2 H2OÖÊ×Ó»¯ Àë½â

H R R +

H

C O

R

OH+ÖÊ×Ó»¯

H

H

C

R

Ar H + OH

H

C

R

H2O

ÍÑË®ËõºÏAr

H

C

R

Ar HH

Ar

H

C

R

Ar

烯烃卤烷

醇

醛酮

二、芳环上 C一烷基化反应特点• ① C— 烷基化可发生连串反应

② C 一烷基化是可逆反应

③ 烷基正离子可能发生重排

+

CH(CH3)2

תÒÆÍé »¯

CH(CH3)2

CH(CH3)2

2

CH3 CHCH2Òì¹¹ »¯

²®Ì¼ÕýÀë×Ó ÖÙ̼ÕýÀë×Ó

(ÇâתÒÆÖØÅÅ)

CH2 CH3 CH3

• 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。

④ 芳环上取代基的影晌

三、催化剂

• C －烷基化反应是在催化剂存在下进行的亲电取代反应。

• 1 、一类是路易斯酸，主要是金属卤化物，其中最重要的是 AlCl3、 BF3和 ZnCl2 。

• （活泼 活泼 温和 ）• 2 、另一类是质子酸，其中主要是氯氟酸、硫

酸和磷酸等。• （它们的催化作用是使烯烃、醇、醛和酮等 C-

烷基化剂质子化，转变成亲电质点 ）

四、用烯烃对芳环的 C- 烷基化

• 在 C- 烷基化反应中，烯烃是最便宜和活泼的 C- 烷基化剂，广泛应用于工业上芳烃、芳胺和酚类的 C- 烷基化。

• 常用的烯烃有乙烯、丙烯和长链 - 烯烃，可以分别大规模制取乙苯、异丙苯和高级烷基苯。

• 1 ．芳烃的 C- 烷基化• ① 异丙苯 •异丙苯的主要用途是再经过氧化和分解，制备苯酚和丙酮。

•工业上丙烯和苯的连续烷基化用液相和气相两法均可生产。

•所用的苯需预先脱硫，以免影响催化剂的活性。

+ CH3 CH CH2AlCl3 CH

CH3

CH3

• ② 十二烷基苯• 十二烷基苯是生产合成洗涤剂十二烷

基苯磺酸钠的中间体。• 由苯制十二烷基苯的烷基化剂有四种，

即仲氯十二烷（ C10 ～ C14 ）、聚四丙烯(C9 ～ C15) 、十二内烯烃 (C10 ～ C14)和 α- 十二烯 (C10 ～ C14) 。

• 2 ．酚类的 C- 烷基化 • 烯烃与酚类在酸性催化剂存在下发生 C- 烷基

化反应，而不是 O- 烷基化反应。• 烷基酚是重要的有机中间体，很多烷基酚本身

就是精细化工产品，如叔丁基酚是抗氧剂， 2,6- 二甲酚是聚苯氧树脂的单体等。

• 常用的催化剂是浓硫酸、强酸性阳离子交换树脂、活性白土和 BF3- 乙醚络合物等。

• 烷基主要进入酚羟基的对位。例如：

+ CH3

OH

CH2 C

CH3ÑôÀë×Ó½»»»Ê÷Ö¬

80¡«240¡æ

OH

C(CH3)3

• 3 ．苯胺的 C- 烷基化•用此法制得的重要产品是 2,6-乙基苯胺。它是重要的农药中间体，又是汽油抗爆剂和橡胶抗臭氧剂。

+ CH2

OH

£¬6.5¡«7.0MPa

(C2H5)2AlCl

300¡æ

NH2

2CH2C2H5H5C2

115min

五、用卤烷对芳环的 C- 烷基化 • 卤烷是活泼的 C －烷基化试剂，工业上一般使

用的是用氯烷。• 但由于氯烷没有烯烃易得，因此其应用逐渐减少。

• 制备不对称的二苯甲烷衍生物时，需要用氯苄或它的取代衍生物作 C-烷基化剂。例如

+Cl CH2ClZnCl2´ß»¯

85¡«90¡æCH2 HClCl +

六、用醇对芳环的 C －烷基化

• 醇类是反应能力较弱的烷基化剂，它们只适用于活泼芳族化合物 ( 例如苯胺、苯酚和萘等 ) 的 C- 烷基化。

• 常用的烷基化催化剂有路易斯酸和质子酸等。

• 1 ．用醇对芳胺的 C- 烷基化

ZnCl2´ß»¯

NH2

C4H9OH H2O

210¡æ 0.8MPa

Òì¹¹ »¯

240¡æ 2.2MPa£¬

NHC4H9

C4H9

ZnCl2´ß»¯

£¬

NH2

• 2 ．用醇对酚类的 C- 烷基化

• 醇和酚在硫酸催化剂的存在下加热，一般只发生酚羟基的 O- 烷基化反应，而生成酚醚。

• 但是，用叔丁醇或异丁醇时，它在加热下可脱水成异丁烯，并与酚类发生 C- 烷基化反应。

• 例如，将邻苯二酚、叔丁醇在磷酸催化剂存在下，在二甲苯溶剂中回流可制得对叔丁基邻苯二酚：

+(CH3)2CHOH

OH

C(CH3)3

Á×Ëá́ß»¯

¶þ¼×±½ÈܼÁ»ØÁ÷

OHOH

OH

+ H2O

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) ：

O H2O+C

H

C

H

H

+ OHH

HO OH

H

(双酚 F)

• 在碱催化时甲醛与酚类作用将在芳环上引入羟甲基：

注意：如果不使用大过量的苯酚，无论是酸催化还是碱催化都将生成酚醛树脂。

OH

+ OC

H

H

¼î́ ß»¯

¼Ó³ÉC Íé »¯

OHCH2OH

•八、酮类对芳环的 C- 烷基化• 酮类也是弱烷基化剂，酮对芳环的 C- 烷基化也是在酸性催化剂存在下进行的。

• 如将丙酮与过量的苯酚在酸性催化剂存在下反应，可制得 2,2-双 (4-羟基苯基 ) 丙烷，商品名称双酚 A 。反应为：

O H2O+CC + OHH

HO OH

CH3

2´ß»¯

ÍÑË®ËõºÏ

CH3

CH3

CH3

（双酚 A ）

8.3 N- 烷基化 • 定义：氨、脂肪族或芳香族胺类氨基上的氢原

子被烷基取代，或者通过直接加成而在氮原子上引入烷基的反应叫 N- 烷基化反应。

• 这是制取各种脂肪族和芳香族伯、仲、叔胺的主要方法，其反应通式如下：

+NH3 R Z RNH2 HZ

RNHR

RNR2

+

RNH2 + R Z HZ+/ /

+ R Z HZ+/ /

RNHR

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

C6H5NH2H2SO4 C6H5N(CH3)2+ 2CH3OH

• 2 、用卤烷的 N- 烷基化• 卤烷的反应活性比醇强，它是一类活泼的烷基化剂，

当需要在氨基氮原子上引入长碳链烷基时，常用卤烷作烷基化剂。

• 对于难以烷基化的胺类，如，间氨基苯磺酸或硝基芳胺等也要求使用卤烷作烷基化剂。

• 用卤烷进行的 N- 烷基化反应是不可逆的，可以用以下通式来表示：

+ArNH2 ArNHR +R X HX

+ +R X HXArNHR ArNR2

+ArNR2 R X ArNR3 X

+

NC2H5

H

ClCH2C6H5

CH2C6H5 HClN

C2H5

例如：

R (CH3)2NH+

ÖÙ°·

RN(CH3)2ClNaOH

130~140 C

HClO

C18H37 N

CH3

CH2C6H5 Cl

CH3

+ C18H37 N

CH3

CH3Òì±û́ ¼½éÖÊ

90¡«110¡æC6H5CH2Cl

阳离子表面活性剂

• 3 、环氧乙烷的 N- 烷基化

• 环氧乙烷是活泼的烷基化剂，其分子具有三元环结构，容易开环，与氨基氮原子上的氢发生加成反应，在氮原子上引入羟乙基，故又称羟乙基化。例如：

R NH2 NHCH2CH2OH N(CH2CH2OH)2O

CH2H2C

k1R O

CH2H2C

K2R

• 而某些叔胺与环氧乙烷作用还可以制得季铵盐。例如：

+C18H37 N

CH3

HNO3 CH2CH2OH NO3

CH3

+O

CH2H2C C18H37 N

CH3

CH3Òì±û́ ¼½éÖÊ

90¡«110¡æ

4 、用醛或酮的 N- 烷基化 • 氨或胺类化合物和许多醛或酮可发生还

原性烷基化，即伴随有还原反应的烷基化反应，其化学反应通式如下：

R CH

ONH3 H2O NH

RCH2NH2

CHNH2

+ R CH »¹Ô ¼Á

RC O NH3 H2O

NH+»¹Ô ¼Á

R/

RC

R/

R

R/

ÑÇ°· ²®°·

ÑÇ°· ²®°·

R CH

OH2O

RCH2NH2+ R CH

»¹Ô ¼Á

ÑÇ°· ÖÙ°·

N CH2R(RCH2)2NH

作业作业

• 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。