第二章 2精细有机合成的基本反应(硝化反应)
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精细有机合成单元反应与合成设计第七章讲义页数:109
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精细有机合成 硝化反应汇总
+ H2O NO2+
+ H3O+ HSO4-
总的式子： HNO3 2H2SO4 NO2 H3O 2HSO4
虽然硝化反应的活性质点多数为硝基正离子，但是它的生成
量很少，即使在100％的硝酸中也只有1％的硝酸转化成 NO2
在100％的硝酸中各质点之间存在如下平衡：
2HNO3 H2NO3 NO3 NO2 NO3 H2O 3HNO3 NO2 2NO3 H3O 从上述平衡可以看出，水使反应左移，不利于 NO2 的生
NN
+ N(CH3)2 H3O+
HO3S
NN H
+
+ N(CH3)2 OH-
（3）硝基是强吸电子基，可使芳环上的其它取代基活 化，促进亲核置换反应的进行
（4）利用硝基的强极性，制备含硝基的特性化合物 例：在染料的合成中，加深染料的颜色
1.3 硝化反应的类型
硝化反应的类型：
广义的硝化反应可以是取代反应、加成反应，也可以 是氧化反应
（3）温度 温度升高，混合液的粘度降低，界面张力减小，扩散系 数增加，被硝化物和产物在酸相中的溶解度增加以及由硝
酸离解成 NO2 的量增加，硝化反应速度常数也随之增加。
强放热反应，且混酸中硫酸被反应生成的水稀释产生稀 释热。如苯的一硝化反应热可达142KJ/mol，芳环的一硝化 反应热也有126KJ/mol。 严格控制硝化反应温度，一般在50-70℃
OH
OMe
CH3
SO3H
➢ 萘环、蒽环：α位活泼，主要得到一硝基产物。 ➢ 吡咯、呋喃、噻吩：在混酸中易被破坏、不能硝化；
而在硝酸－乙酐中，硝基进入电子云密度较高的α位。
（2）硝化剂的影响
➢ 混酸：硫酸含量越高，硝化能力越强，硝化产物的邻、 对位（或间位）选择性越低。
+ H3O+ HSO4-
总的式子： HNO3 2H2SO4 NO2 H3O 2HSO4
虽然硝化反应的活性质点多数为硝基正离子，但是它的生成
量很少，即使在100％的硝酸中也只有1％的硝酸转化成 NO2
在100％的硝酸中各质点之间存在如下平衡：
2HNO3 H2NO3 NO3 NO2 NO3 H2O 3HNO3 NO2 2NO3 H3O 从上述平衡可以看出，水使反应左移，不利于 NO2 的生
NN
+ N(CH3)2 H3O+
HO3S
NN H
+
+ N(CH3)2 OH-
（3）硝基是强吸电子基，可使芳环上的其它取代基活 化，促进亲核置换反应的进行
（4）利用硝基的强极性，制备含硝基的特性化合物 例：在染料的合成中，加深染料的颜色
1.3 硝化反应的类型
硝化反应的类型：
广义的硝化反应可以是取代反应、加成反应，也可以 是氧化反应
（3）温度 温度升高，混合液的粘度降低，界面张力减小，扩散系 数增加，被硝化物和产物在酸相中的溶解度增加以及由硝
酸离解成 NO2 的量增加，硝化反应速度常数也随之增加。
强放热反应，且混酸中硫酸被反应生成的水稀释产生稀 释热。如苯的一硝化反应热可达142KJ/mol，芳环的一硝化 反应热也有126KJ/mol。 严格控制硝化反应温度，一般在50-70℃
OH
OMe
CH3
SO3H
➢ 萘环、蒽环：α位活泼，主要得到一硝基产物。 ➢ 吡咯、呋喃、噻吩：在混酸中易被破坏、不能硝化；
而在硝酸－乙酐中，硝基进入电子云密度较高的α位。
（2）硝化剂的影响
➢ 混酸：硫酸含量越高，硝化能力越强，硝化产物的邻、 对位（或间位）选择性越低。
第二章4精细有机合成的基本反应（氧化、氢化和还原反应）
第二章4精细有机合成的基本反应（氧化、氢化和还原反应）1第二章精细有机合成的基本反应2.1 概述2.2 磺化/硫酸化反应2.3硝化和亚硝化反应2.4卤化反应2.5 氧化反应2.6 氢化和还原反应2.7 氨解和胺化反应2.8 酰化和酯化反应2.9 水解反应2.5 氧化反应2.5.1 概述2.5.2 液相空气氧化2.5.3气相空气氧化2.5.4化学氧化2.5.5 电解氧化2.5.6 氧化反应实例232.5.1 概述一、氧化反应含义氧化反应含义：：(1) 广义广义：：凡是失电子的反应都属于氧化反应凡是失电子的反应都属于氧化反应。
(2) 狭义狭义：：有机物的氧化反应主要是指在氧化剂存在下有机物的氧化反应主要是指在氧化剂存在下，，有机物分子中增加氧或减少氢的反应机物分子中增加氧或减少氢的反应。
二、氧化反应的目的氧化反应的目的：：利用氧化反应可以制备利用氧化反应可以制备：：（1）醇、酚；（2）醛、酮、醌；（3）羧酸羧酸；；（4）环氧化合物环氧化合物；；（5）过氧化合物过氧化合物；；（6）腈概述4三、工业上氧化方法和工艺（1）空气氧化法（2）化学氧化法化学氧化法：：使用化学氧化剂使用化学氧化剂（（液相液相））（3）电化学氧化法电化学氧化法：：在电极上发生电子转移在电极上发生电子转移（（绿色工艺绿色工艺））液相空气氧化气相空气氧化气相空气氧化((气固相接触催化氧化气固相接触催化氧化))5四、氧化剂空气空气（（O 2）：）：价廉易得价廉易得价廉易得，，应用广泛应用广泛。
化学氧化剂（1）非金属元素高价化合物非金属元素高价化合物：：HNO 3, NaClO 3, NaClO （2）金属元素高价化合物金属元素高价化合物：：①高价金属盐高价金属盐：：KMnO 4，Na 2Cr 2O 3，K 2Cr 2O 7②高价金属氧化物高价金属氧化物：：MnO 2，CrO 3（3）过氧化物过氧化物：：H 2O 26五、氧化剂和氧化方法的选择依据选择性好收率高收率高，，产品质量好成本低成本低，，工艺简单概述72.5.2 液相空气氧化1. 液相空气氧化含义液相空气氧化含义：：2. 应用应用：：甲苯→苯甲醛苯甲醛、、苯甲酸苯甲酸（（催化剂催化剂：：环烷酸钴环烷酸钴））乙苯→乙苯过氧酸（无催化剂）乙苯→苯乙酮（催化剂催化剂：：乙酸钴）异丙苯异丙苯→→异丙苯过氧酸液相空气氧化指的是液体有机物在催化剂作用下通入空气进行的催化氧化反应入空气进行的催化氧化反应。
精细有机合成经典题目
精细有机合成经典题目(总9页)-CAL-FENGHAI.-(YICAI)-Company One1-CAL-本页仅作为文档封面，使用请直接删除第二章精细有机合成基础2．1肪族亲核取代反应有哪几种类型？2．2S N1和S N2反应速度的因素有哪些各是怎样影响的2．32．4卤代烷分别与醇钠和酚钠作用生成混醚的反应，为什么通常各在无水和水溶液中进行，且伯卤代物的产率最好，而叔卤代物的产率最差？2．5什么叫试剂的亲核性和碱性二者有何联系2．62．7为什么说碘基是一个好的离去基团，而其负离子又是一个强亲核试剂这种性质在合成上有何应用2．82．9卤代烷和胺在水和乙醇的混合液中进行反应，试根据下列结果，判断哪些属于S N2历程？哪些属于S N1历程？并简述其根据。
2．10 <1> 产物的构型发生翻转； <2> 重排产物不可避免； <3> 增加胺的浓度，反应速度加快； <4> 叔卤代烷的速度大于仲卤代烷； <5> 增加溶剂中水的含量，反应速度明显加快； <6> 反应历程只有一步； <7> 试剂的亲核性越强，反应速度越快。
2．11比较下列化合物进行S N1反应时的速率，并简要说明理由：C2H5CH2BrCH BrC2H53C BrCH33C2H5(2) C6H5CH2Cl (C6H5)2CHCl C6H5CH2CH2Cl(1)2．12比较下列化合物进行S N2反应时的速率，并简要说明理由：<1>C2H5CH2BrCH BrC2H5CH3C BrCH3CH3C2H5BrICl<2>2．13下列每对亲核取代反应中，哪一个反应的速度较快为什么2．142．152H2OCH3CH2CH3CH3CH2CH3CH3CH2CH2OH + NaBrCH3CH2CH2Br + NaOH<1>CH3CH2CH2Br + NaOH CH3CH2CH2OH + NaBrH2OH2O CH3CH2CH2SH + NaBrCH3CH2CH2Br + NaSH<2>O2N CH2Cl + H2O O2N CH2OH + HCl△△CH3CH2OH + HCl CH3CH2Cl + H2O<3>2．16烷和硫脲进行亲核取代后再用碱分解，可以得到硫醇：2．17RX + H22SR S CNH2NH2..++R S CNH2NH2X-RSH + NH2CN2-2．18请解释在硫脲中，为何是硫原子作为亲核质点，而不是氮原子作为亲核质点？2．192．20为什么说在亲核取代反应中消除反应总是不可避免的？2．21什么叫诱导效应其传递有哪些特点2．222．23最常见的共轭体系有哪些？2．24什么叫共轭效应其强度和哪些因素有关传递方式和诱导效应有何不同2．25在芳环的亲电取代反应中，何谓活化基何谓钝化基何谓邻对位定位基何谓间位定位基2．26影响芳环上亲电取代反应邻对位产物比例的因素有哪些如何影响2．272．28写出下列化合物环上氯化时可能生成的主要产物，并指出每一情况中氯化作用比苯本身的氯化，是快还是慢：NHCOCH3OCH3Br COOC2H5CH2CNCCl3C(CH3)3COCH32．29用箭头示出下列化合物在一硝化时主产物中硝基的位置：F CH3CH3NO2CH3CH3CF3C(CH3)3COCH3CNCH3OCH3NO2CH3 NC NHCOCH3SO3HCH3SO2NH22．19有沿键传递，且位置越远影响越弱这一特性的电子效应是_______。
精细有机合成经典题目
第二章精细有机合成基础2．1肪族亲核取代反应有哪几种类型？2．2S N1和S N2反应速度的因素有哪些？各是怎样影响的？2．3卤代烷分别与醇钠和酚钠作用生成混醚的反应，为什么通常各在无水和水溶液中进行，且伯卤代物的产率最好，而叔卤代物的产率最差？2．4什么叫试剂的亲核性和碱性？二者有何联系？2．5为什么说碘基是一个好的离去基团，而其负离子又是一个强亲核试剂？这种性质在合成上有何应用？2．6卤代烷和胺在水和乙醇的混合液中进行反应，试根据下列结果，判断哪些属于S N2历程？哪些属于S N1历程？并简述其根据。
2．7 <1> 产物的构型发生翻转； <2> 重排产物不可避免； <3> 增加胺的浓度，反应速度加快； <4> 叔卤代烷的速度大于仲卤代烷； <5> 增加溶剂中水的含量，反应速度明显加快； <6> 反应历程只有一步； <7> 试剂的亲核性越强，反应速度越快。
2．8比较下列化合物进行S N1反应时的速率，并简要说明理由：2．9C2H5CH2BrCH BrC2H5CH3C BrCH3CH3C2H5(2) C6H5CH2Cl (C6H5)2CHCl C6H5CH2CH2Cl(1)2．10比较下列化合物进行S N2反应时的速率，并简要说明理由：2．11<1>C2H5CH2BrCH BrC2H5CH3C BrCH3CH3C2H5BrICl<2>2．12下列每对亲核取代反应中，哪一个反应的速度较快？为什么？2．13H2OH2OCH3CH2CHOH + NaBrCH3CH3CH2CHBr + NaOHCH3CH3CH2CH2OH + NaBrCH3CH2CH2Br + NaOH<1>CH3CH2CH2Br + NaOH CH3CH2CH2OH + NaBrH2OH2O CH3CH2CH2SH + NaBrCH3CH2CH2Br + NaSH<2>O2N CH2Cl + H2O O2N CH2OH + HCl△△CH3CH2OH + HCl CH3CH2Cl + H2O<3>2．14烷和硫脲进行亲核取代后再用碱分解，可以得到硫醇：2．15RX + H2NCNH2SR S CNH2NH2..++R S CNH2NH2X-RSH + NH2CNH2O , OH-- HX2．16请解释在硫脲中，为何是硫原子作为亲核质点，而不是氮原子作为亲核质点？2．17为什么说在亲核取代反应中消除反应总是不可避免的？2．18什么叫诱导效应？其传递有哪些特点？2．19最常见的共轭体系有哪些？2．20什么叫共轭效应？其强度和哪些因素有关？传递方式和诱导效应有何不同？2．21在芳环的亲电取代反应中，何谓活化基？何谓钝化基？何谓邻对位定位基？何谓间位定位基？2．22影响芳环上亲电取代反应邻对位产物比例的因素有哪些？如何影响？2．23写出下列化合物环上氯化时可能生成的主要产物，并指出每一情况中氯化作用比苯本身的氯化，是快还是慢：2．24NHCOCH3OCH3Br COOC2H5CH2CNCCl3C(CH3)3COCH32．25用箭头示出下列化合物在一硝化时主产物中硝基的位置：2．26F CH3CH3NO2CH3CH3CF3C(CH3)3 COCH3CNCH3OCH3NO2CH3 NC NHCOCH3SO3HCH3SO2NH22．19有沿?键传递，且位置越远影响越弱这一特性的电子效应是_______。
![[化学]第二章5精细有机合成的基本反应氨解、胺化和酰化、酯化反应](https://uimg.taocdn.com/306884c3b04e852458fb770bf78a6529647d3583.webp)
[化学]第二章5精细有机合成的基本反应氨解、胺化和酰化、酯化反应
*** ① 环氧乙烷或乙撑亚胺能够与胺或氨发生开环加成反
应，得到氨基乙醇或二胺。
O
O
NH3
NH2CH2CH2OH
NH(CH2CH2OH)2
O 联系习题6(4)
N(CH2CH2OH)3
② 乙撑亚胺与胺的反应较难进行，需要加入三氯化铝作 催化剂。
H
N
+ RNH2 AlCl3
H2NCH2CH2NHR
17
2.7.4 取代氨解
② 芳香卤化物的氨解反应比卤烷困难得多，需要 强烈的条件(高温、催化剂和强胺化剂)才能进 行反应。 芳香卤化物：苯系：有吸电基对反应有利； 萘系：很少用； 蒽醌系：主要用于制β-取代物。 例如：
O2N
Cl
NH3 Cu2Cl2
O2N
NH2
O
Cl + 2NH3
CuSO4,210-218oC
5MPa,5-10h
对于芳胺，环上有供电基时，碱性增强，芳胺 的反应活性增加。反之，环上有吸电基时．碱 性减弱，芳胺的反应活性降低。
对于活泼的胺，可以采用弱酰化剂。对于活性 低的胺，则需要使用活泼的酰化剂。
15
2.7.3 加成胺化
１．不饱和化合物与胺的反应
CC
+ RNH2
HC C NH2
① 简单的不饱和烃(如乙烯、乙炔)具有较强的亲核性，它们 与胺的加成反应较难进行，需要加入催化剂、较高的温度和 压力的条件才能进行反应。 例如：见课本p45
② 在碱金属存在下，共轭二烯与胺的加成比较容易进行。
16
加成胺化 2. 环氧乙烷或乙撑亚胺与胺或氨的反应
酚羟基可通过磺化-碱熔制备，由此开发了Bucherer反应。
H2SO4 160oC
2、精细有机合成的基本反应和应用一
具有过氧结构的抗疟活性化合物
青蒿素
蒿甲醚
鹰爪素
甘松素
上节概述:
有机合成反应
数量众多，但遵循共同的有机化学基本理论，并可以 通过类似的技术手段实现 按反应类型： 卤化、磺化、硝化、还原、氧化、重氮化、胺化、烷化、 加成、消除、酰化、水解、缩合、环化、聚合等 按功能分类: 分子骨架的形成：Ｃ－Ｃ、Ｃ＝Ｃ、Ｃ≡Ｃ、Ｃ－Ｘ、Ｃ －Ｏ、Ｃ－Ｎ 官能团转换：氧化、还原、取代
卤
化
脂烃及芳环侧链的取代氯化反应历程
自由基的生成—热离解法： 键能越高，所需要离解的温度越高：
键类型 C－C、C－H、H－H Cl-Cl,Br-Br,I-I,O-O,N-N,C-N=N-C Cl2分子 键能(KJ/mol) 330～418.6 <250 238.6 KJ/mol， 离解温度(℃) 500～650 50～150 需100℃以上
旧的共价键断裂和新的共价键形成的过程共价键的基本特性两个原子的价电子配对共享键长键角键能和极性影响共价键的性质的因素电子效应立体效应协同分步反应极性和非极性反应正离子亲电负离子亲核自由基和卡宾供给或接受电子对反应中间体溶剂的使用和选择催化技术与过程催化剂的选择和使用有机合成反应稳定性溶解性后处理活性稳定性选择性极性和非极性均异相转移软硬酸碱精细有机化工产品
为使反应开始时容易产生自由基，通常加入引发剂， 如过氧化苯甲酰、偶氮二异丁腈，这些化合物在低温 下就容易产生自由基，故可作为引发剂使用。
卤
4、加成卤化
4.1 卤素对双键的加成 4.2 卤化氢对双键的加成
化
4.3 其它卤化物对双键的加成：次氯酸 、 N－卤代酰胺 、卤代烷
卤 化
4.1卤素对双键的加成
卤 化
4.2、卤化氢对双键的加成
第二章 5精细有机合成的基本反应(氨解、胺化和酰化、酯化反应)
NO2
（2）2-氨基蒽醌
O Cl + 2NH3 O
CuSO4,210-218 C 5MPa,5-10h
o
O NH2 + NH4Cl O
22
取代氨解 2. 磺基氨解 磺基的氨解是亲核取代反应， 磺基的氨解是亲核取代反应，仅限于芳环上 含强吸电子基的蒽醌。 含强吸电子基的蒽醌。
O SO3H + 2NH3 O O O NH2 + NH4Cl
O2N
O Cl + 2NH3 O
CuSO4,210-218 C 5MPa,5-10h
o
Cl
NH3 Cu2Cl2
O2N
NH2
O NH2 + NH4Cl O
21
取代氨解 生产实例： 生产实例： （1）硝基苯胺类的制备
NH2 NH2 NO2 NH2 NO2 NO2 NH2 NO2 Cl NH2 Cl NO2
H2SO4 160 C
o
SO3H (1)NaOH
(2)H
+
OH 氨解
NH2
14
羟基化合物的氨解
注意：并非所有的萘酚磺酸都较容易地 使羟基转变成氨基。
遵循如下规律： 遵循如下规律： -OH在1位时,-SO3H在2，3位阻碍,4位促进 -OH在2位时,-SO3H在3，4位阻碍,1位促进 两者异环时， 两者异环时，影响不大。 影响不大。
6
概述 液氨: 液氨:用于需要避免水解副反应的氨基化过程。 用于需要避免水解副反应的氨基化过程。 过量氨很难以液氨形式回收。 过量氨很难以液氨形式回收。 如：2-氰基-4-硝基氯苯的氨解。 硝基氯苯的氨解。 防止氰基水解
Cl NH2
2 NH3+
《精细有机合成化学及工艺学》课程教学大纲
《精细有机合成化学及工艺学》课程教学大纲36学时2学分一、课程性质、目的和任务本课程是化学工程与工艺专业精细化工方向的主干课程，开课时间为第五学期，总学时64学时。
本课程的目的是介绍精细化工的概况，重点讲解精细有机合成的基本理论及工艺学基础，精细有机合成单元反应的分类、主要反应历程，各单元反应的典型品种的合成工艺及基本精细有机物的合成方法等。
通过学习，使学生能够了解精细化工在化工领域的地位和作用，以及精细有机合成单元反应的有关基础知识，精细化学品合成的过程及工艺条件，针对化合物的结构设计合成路线，为后续课程的学习和新产品研制和开发工作打下基础。
二、教学基本要求（1）理解并重点掌握亲电取代和亲核取代反应的历程、溶剂化作用和相转移催化等基本理论知识。
（2）重点掌握芳香族化合物的卤化、磺化、硝化、氢化和还原、重氮化和重氮基的转化、氨解、烃化、酰化、氧化、水解、环合等单元反应的反应历程、反应特点、影响因素及重要的生产实例。
（3）一般掌握游离基反应历程、缩合反应、脂肪族化合物的硫酸酯化、烯烃的加成卤化、芳胺和酚的亚硝化等反应及生产实例。
（4）了解精细化学品的分类、精细化工的特点和该领域的发展趋势。
三、教学内容第1章绪论介绍精细化工的定义、特点、分类；精细化工在国民经济中的作用；有机精细化学品的分类；精细有机合成单元反应的定义和种类。
第2章精细有机合成的理论基础概述：概括介绍精细有机合成的反应原理和历程。
反应试剂的分类：极性试剂、游离基试剂。
亲电取代反应：芳香族亲电取代反应历程、芳香族亲电取代反应定位规律。
亲核取代反应：脂肪族和芳香族亲核取代反应历程、影响因素。
第3章卤化概述：介绍卤化单元反应的定义、特点、重要性。
重点介绍芳环上取代卤化反应：反应历程、反应动力学、卤化反应影响因素、典型卤化反应品种——氯苯的生产工艺。
脂肪烃及芳环侧链的取代反应：反应历程、反应影响因素、典型卤化反应品种——氯化苄的生产工艺。
第4章磺化和硫酸酯化概述：介绍磺化单元反应反应概况：磺化重要性、磺化剂。
精细有机合成课后作业题参考答案
精细有机合成-课后作业题参考答案第2章作业题1、将下列化合物写出结构，按其进行硝化反应的难易次序加以排列：苯、乙酰苯胺、苯乙酮、甲苯、氯苯2、在下列取代反应中，主要生成何种产物?3、什么是溶剂化作用?溶剂化作用指的是每一个被溶解的分子或离子被一层或几层溶剂分子或松或紧地包围的现象。
溶剂化作用是一种十分复杂的现象，它包括溶剂与溶质之间所有专一性和非专一性相互作用的总和。
4、相转移催化主要用于哪类反应?最常用的相转移催化剂是哪类化合物?主要用于液-液非均相亲核取代反应。
最常用的相转移催化剂是季铵盐Q+X-。
第3章作业题1、什么是卤化反应? 引人卤原子有哪些方式?向有机化合物分子中的碳原子上引入卤原子的反应。
引人卤原子的方式有加成卤化、取代卤化、置换卤化。
2、除了氯气以外，还有哪些其他氯化剂?卤化氢+氧化剂、卤化氢或盐、其它。
3、在用溴素进行溴化时，如何充分利用溴?加入强氧化剂次氯酸钠和双氧水等。
4、用碘和氯气进行芳环上的取代碘化时，氯气用量不易控制，是否有简便的碘化方法?（1）I2+H2O2作碘化剂的优点是成本低，操作简便。
缺点是不适用于原料和产物易被H2O2氧化的情况。
（2）I2+Cl2作碘化剂的优点是可用于原料和产物易被H2O2氧化的情况。
缺点是在水介质中使用时会生成具有氧化性的HClO，另外氯气的用量不易控制。
（3）用ICl作碘化剂的优点是碘化时不产生HI，不需要另加氧化剂，可在水介质中用于原料和产物易被氧化的情况。
缺点是ICl是由I2和Cl2反应制得的，易分解，要在使用时临时配制。
5、请写出芳环上取代卤化的反应历程。
6、芳环上亲电取代卤化时，有哪些影响因素？被卤化物的结构、卤化剂、催化剂、卤化深度、卤化介质的PH值、卤化溶剂、卤化温度、被卤化物中和卤化剂中的杂质等。
7、完成下列反应式8、写出从甲苯制备以下化合物的合成路线。
（1）间氯三氟甲苯（2）3,4-二氯三氟甲苯（3）2,4-二氯三氟甲苯（4）2-氯-5-溴三氟甲苯第4章作业题1、采用三氧化硫为磺化剂有哪些优缺点？用三氧化硫磺化，其用量接近理论量，磺化剂利用率高，成本低。
精细有机合成单元反应基础
三、精细化工的特点
1）除化学合成反应、前后处理外，还常涉及剂型制备和 ）除化学合成反应、前后处理外， 商品化（标准化） 商品化（标准化）才得到最终商品 2）生产规模小，生产流程大多为间歇操作的液相反应，常 ）生产规模小，生产流程大多为间歇操作的液相反应， 采用多品种综合生产流程或单元反应流程 3）固定投资少、资金产出率高 ）固定投资少、 4）产品质量要求高，知识密集度高；产品更新换代快、 4）产品质量要求高，知识密集度高；产品更新换代快、寿命 研究、开发难度大， 短；研究、开发难度大，费用高 5）在生产工艺、技术和配方等方面都有很大改进余地，生产 ）在生产工艺、技术和配方等方面都有很大改进余地， 稳定期短，需要不断地进行技术改进。 稳定期短，需要不断地进行技术改进。配方和加工方面的技 术秘密和专利， 术秘密和专利，造成市场上的垄断性和排他性 6）商品性强，市场竞争激烈，因此市场调查和预测非常重 ）商品性强，市场竞争激烈， 在产品推销上， 要。在产品推销上，应用技术和技术服务非常重要
胺类、酚类、卤代物、硝基化合物等。“它是由初始原料 或基础原料经初级加工得到的大吨位产品”。
三大合成材料：塑料、合成橡胶、合成纤维 。 三大合成材料：
注意：原料与产品的划分不是绝对的。 注意：原料与产品的划分不是绝对的。有的化学品从 上游看是产品从下游看则是原料。 上游看是产品从下游看则是原料。划分的界限也有所 不同。 不同。
初始原料： 初始原料：煤、石油、天然气、生物有机质（农林副产）
基础有机原料： 基础有机原料：乙烯、丙烯、丁二烯、苯、（甲苯）、
二甲苯、（乙炔、萘）、合成气（CO + H2）等。
第1章 绪论／1、精细化工及相关行业的概念 章 绪论／ 、
基本有机化学品（有机中间体）： 基本有机化学品（有机中间体）：醇、醛、酮、酸、
精细有机单元反应(含习题集和答案解析)_精细有机单元反应习题集
技术资料精细有机单元反应习题集精细有机单元反应教材编写组2007，6第一章绪论一、填空题1、所谓“精细化率”是指。
2、精细化学品是经加工的，具有或最终使用性的，品种、产量小、附加高的一大类化工产品。
3、我国原化学工业部上个世纪八十年代颁布的《关于精细化工产品的分类的暂行规定和有关事项的通知》中明确规定，中国精细化工产品包括个产品类别。
4、有机精细化学品的合成是由若干个基本反应组成。
这些基本反应我们称之单元反应。
重要的单元反应有。
5、在新的合成路线设计和选择时，要优先考虑、污染环境不大且容易治理的工艺路线。
6、天然气的主要成分是。
根据甲烷含量的不同，天然气可分为两种。
7、煤通过方法提供化工原料。
8、催化重整是得到三种重要芳烃原料的方法。
二、判断题1、氧化锌类感光材料、铁酸盐类磁性材料、精细陶瓷产品、包括导电陶瓷、透光陶瓷等一般均属有机精细化学品。
2、在合成路线设计中，反应的排列方式也直接影响总收率。
一般来说，在反应步数相同的情况下，线性法的总收率高于收敛法，因此，尽可能采用线性法。
3、碳水化合物是由碳、氢、氧三种元素组成，它们的分子组成一般可表示为Cx(H2O)y, 如葡萄糖C6H12O6=C6(H2O)6，蔗糖C12H22O11=C12(H2O)11，所以说碳水化合物是由碳和水组成的化合物。
4、在进行合成路线设计和选择时，应尽量少用或不用易燃、易爆和有剧毒原料和试剂。
5、合成路线中反应步数和反应总收率是评价合成路线的最直接、最主要的标准。
三、简答题1、为什么说合成路线中反应步数和反应总收率是评价合成路线的最直接、最主要的标准。
2、简述精细化学品合成的原料来源。
3、在设计精细有机合成路线时，需要考虑哪些主要问题？4、写出以下基本化工原料主要来自哪种资源：（1）甲烷；（2）一氧化碳；（3）乙炔；(4)乙烯；（5）C18～C30直链烷烃；（6）C12～C18直链脂肪烃；（7）苯；（8）萘。
5、对精细化学品的定义进行释义。
精细有机合成化学复习重点
第1章绪论1.1精细化学品的释义关于精细化学品的释义，国际上有三种说法：传统释义：产量小、纯度高的化工产品。
日本的释义：具有高附加值、技术密集型、设备投资少、多品种、小批量生产的化学品。
我国原则上采用日本对精细化学品的释义。
1.5 精细有机合成的原料资源精细有机合成的原料资源是煤、石油、天然气和动植物。
第2章精细有机合成基础2.1.2. 环上已有取代基的定位规律两类定位基：邻、对位定位基（第一类定位基）：-O-, -N(CH3)2, - NH2, -OH, -OCH3, -NHCOCH3, -OCOCH3,-F, -Cl, -Br, -I, -CH3, -CH2Cl, -CH2COOH, -CH2F等。
间位定位基（第二类定位基）：-N+(CH3)3, -CF3, -NO2, -CN, -SO3H, -COOH, -CHO,-COOCH3, -COCH3, -CONH2, -N+H3, -CCl3等。
2.1.3 苯环上取代定位规律2.1.3.1 已有取代基的电子效应诱导效应（I）：由电负性大小决定。
共轭效应（T）：包括π-π共轭和p-π共轭。
有+I，无T：2.1.4 苯环上已有两个取代基时的定位规律2.1.4.1 两个已有取代基的定位作用一致两个已有取代基为同一类型定位基，且处于间位。
两个已有取代基为不同类型定位基，且处于邻、对位。
2.1.4.2 两个已有取代基的定位作用不一致两个已有取代基为不同类型定位基，且处于间位。
——取决于第一类定位基两个已有取代基为同一类型定位基，且处于邻、对位。
——取决于定位能力的强弱2.4 精细有机合成中的溶剂效应（3）溶剂极性的本质——溶剂化作用每一个被溶解的分子或离子被一层或几层溶剂分子或松或紧地包围的现象，叫做溶剂化作用，它包括溶剂与溶质之间所有专一性和非专一性相互作用的总和。
按Lewis酸碱理论分类按起氢键给体的作用分类按专一性溶质、溶剂相互作用分类无机溶剂与有机溶剂；极性溶剂（电子对受体(EPA)溶剂与电子对给体(EPD)溶剂）与非极性溶剂。
精细有机合成技术：硝化反应历程及动力学
• 例如，甲苯混酸硝化生产一硝基甲苯采用多釜串联操作 时，第一硝化釜酸相中的硫酸、硝酸浓度都比较高，反 应受传质控制；而在第二釜中，由于硫酸浓度降低，硝 酸含量减少，反应速率受动力学控制。
• 一般来说，芳烃在酸相中的溶解度越大，反应速率受动 力学控制的可能性越大。
感谢观看
• 在浓硝酸或混酸硝化反应过程中，其中转变成σ-络合 物这一步的速度最慢，因而是整个反应的控制步骤。 在硝基盐（如NO2BF4和NO2PF6）硝化中，它们硝化 能力比浓硝酸或混酸强得多，控制反应速度的步骤是 π-络合物的生成动力学研究指出，均相硝化反应芳烃的硝化与所使用
的溶剂关系非常紧密。芳烃在硝酸中的硝化，硝酸既是硝 化剂，又是溶剂，当硝酸过量使其浓度在硝化过程中可视 为常数时，其动力学方程表现为一级反应。
r = k[ArH]
• 在硫酸存在下的硝化，当加入的硫酸量较少时，硝化反 应仍为一级反应，但硝化反应速度明显提高。
• 当加入硫酸量足够大时，硫酸起到溶剂作用，硝酸仅作 为硝化剂，此时表现为二级反应。
①缓慢型
• 也称动力学型。化学反应的速度是整个反应的控制阶段， 硝化反应主要发生在酸相中。其反应速率与酸相中芳烃 的浓度和硝酸的浓度成正比。
• 甲苯在62.4%～66.6%H2SO4中的硝化属于这种类型。
②快速型第二节 硝化反应基本原理
•也称慢速传质型。其特征是反应主要在酸膜中或两相的 边界层上进行，此时，芳烃向酸膜中的扩散速度成为整个 硝化反应过程的控制阶段，即反应速度受传质控制。 •反应速率与酸相容积的交换面积、扩散系数和酸相中芳 烃的浓度成正比。甲苯在66.6%～71.6% H2SO4中硝化属 于这种类型。
③瞬间型
• 亦称快速传质型。其特征是反应速度快，以致于使处于 液相中的反应物不能在同一区域共存，即反应在两相界 面上发生。甲苯在71.6%～77.4% H2SO4中硝化时属于 这种类型，其反应总速率与传质速度和化学反应速度都 有关。
第二章精细有机合成基础
（3）超共轭效应 单键与重键以及单键与单键之间也存 在着电子离域的现象，即出现σ-π共轭和σ-σ共轭，一般被称 为超共轭效应。
例如丙烯分子中，甲基上的氢原子比丙烷中的甲基氢原子活 泼得多。
第一节 精细有机合成基础知识
C—H键的电子云也可离域到相邻的空p-轨道或仅有单 个电子的p-轨道上，形成σ-p超共轭效应，使电荷分散， 体系稳定性增加。例如：
第二类取代基的主要有：—N(+)R3、—CF3、—NO2、—CN、—
SO3H、—COOH、—CHO、—COOR、—COR、—CONR2、—
N(+)H3和—CCl3等。
• 有+I，无T： 如-C2H5 （1）使σ-配合物稳定，活化苯环； （2）使邻、对位取代产物更稳定； （3）为邻、对位定位基。
• 有-I，无T： 如-N+(CH3)3,-CF3,-CCl3等 （1）使σ-配合物均不稳定，使苯环钝化； （2）使邻、对位取代产物更不稳定； （3）为间位定位基。
第一节 精细有机合成基础知识
（2）共轭效应 ①共轭效应
单双键交替排列或具有未共用电子对的原子与双键直 接相连的体系。
电子离域
第一节 精细有机合成基础知识
共轭效应也分为静态（以Ts表示）和动态（以Td表示） 两种类型，其中又可细分为给电子效应的正共轭效应（+Ts， +Td）和吸电子效应的负共轭效应（－Ts，－Td）；
（b）同周期元素与碳原子形成p-π共轭时，+T效应随原子序数 的增加而变小；与碳原子形成π-π共轭时，－T效应随原子序数的增 加而变大。 +T： —NR2＞—OR＞—F
（c）带正电荷的取代基具有相对更强的－T效应，带负电荷的取 代基具有相对更强的+T效应：
例如丙烯分子中，甲基上的氢原子比丙烷中的甲基氢原子活 泼得多。
第一节 精细有机合成基础知识
C—H键的电子云也可离域到相邻的空p-轨道或仅有单 个电子的p-轨道上，形成σ-p超共轭效应，使电荷分散， 体系稳定性增加。例如：
第二类取代基的主要有：—N(+)R3、—CF3、—NO2、—CN、—
SO3H、—COOH、—CHO、—COOR、—COR、—CONR2、—
N(+)H3和—CCl3等。
• 有+I，无T： 如-C2H5 （1）使σ-配合物稳定，活化苯环； （2）使邻、对位取代产物更稳定； （3）为邻、对位定位基。
• 有-I，无T： 如-N+(CH3)3,-CF3,-CCl3等 （1）使σ-配合物均不稳定，使苯环钝化； （2）使邻、对位取代产物更不稳定； （3）为间位定位基。
第一节 精细有机合成基础知识
（2）共轭效应 ①共轭效应
单双键交替排列或具有未共用电子对的原子与双键直 接相连的体系。
电子离域
第一节 精细有机合成基础知识
共轭效应也分为静态（以Ts表示）和动态（以Td表示） 两种类型，其中又可细分为给电子效应的正共轭效应（+Ts， +Td）和吸电子效应的负共轭效应（－Ts，－Td）；
（b）同周期元素与碳原子形成p-π共轭时，+T效应随原子序数 的增加而变小；与碳原子形成π-π共轭时，－T效应随原子序数的增 加而变大。 +T： —NR2＞—OR＞—F
（c）带正电荷的取代基具有相对更强的－T效应，带负电荷的取 代基具有相对更强的+T效应：
精细有机合成 硝化反应
分
应
离
多釜串联的非均相连续混酸硝化法
硝化操作
（1）正加法 （2）反加法 （3）并加法，连续反应。
硝化反应控制条件
JPU
硝化锅温度50-72 ℃ 废酸中HNO3 ≤0.8%; 反应物停留时间30min
分离工艺
JPU
JPU
中和酸，除去硝基酚 稀释，冷却 反应完HNO3，带出多余的硝基物
1.2 引入硝基的目的
- SO3
NN
+ N(CH3)2 H3O+
HO3S
NN H
+
+ N(CH3)2 OH-
1.2 引入硝基的目的
（3）利用的硝基极性，使芳环上的其他取代 基活化，促使亲核置换反应的进行。
（4）在染料的合成中，利用硝基的极性，加 深染料的颜色。
1.3 硝化反应的类型
广义的硝化反应可以是取代反应、加成反 应，也可以是氧化反应。
另外，硝化反应可分为O-硝化，N-硝化和 C-硝化。
CH2 OH
+ CH2 OH HNO3
H2SO4
CH2 OH
CH2 O NO2 CH2 O NO2 CH2 O NO2
O
CH2CH2
+ NH
(CH3)2C
O
NO2
CH2CH2
CH2CH2
O
N NO2
CH2CH2
1.3 硝化反应的类型
RH + HNO3
多釜串联反应器的优点
JPU
• 因此，多釜串联反应器既可以克服单个CSTR的 返混大、反应物浓度低的缺点，又可以避免PF R无法实现强烈搅拌，温度差大，难于稳定控 制的缺点。
精细有机合成技术：硝化副反应
• 络合物的形式与已有取代基的结构、个数、位置等因素 有关。长链烷基苯最容易生成此络合物，短侧链的稍差， 苯则最难生成，而带有吸电子基的苯系衍生物则介于两 者之间。
感谢观看
• 硝酸的浓度及反应温度与氧化副反应的产生密切相关。
如二苯甲烷与稀硝酸于90℃反应时，主要得氧化产物二
苯甲酮；而用混酸在低温下反应，则主要发生硝化反应。
O
NO2
稀HNO3
C
90℃
CH2
HNO3 H2SO4
CH2
NO2Leabharlann • 研究表明，二氧化氮和亚硝酸的存在是造成芳烃侧链氧 化的原因，其他一些副反应也与氮的氧化物有关。因此， 生产中应严格控制硝化条件，防止硝酸分解，以阻止或 减少副反应的发生。必要时可加入适量的尿素将硝酸分 解产生的二氧化氮破坏掉，可以抑制氧化副反应。
精细有机合成技术 邹静
目
录
硝化反应的影响因素
被硝化物、硝化剂 1
温度、搅拌、相比与硝酸比
Contents
2 硝化副反应
3
硝化副反应
•硝化副反应主要是多硝化、氧化和生成络合物。避免多 硝化副反应的主要方法是控制混酸的硝化能力、硝酸比、 循环废酸的用量、反应温度和采用低硝酸含量的混酸。
• 氧化是影响最大的副反应，主要是在芳环上引入羟基， 例如，在甲苯一硝化时总会生成少量的硝基酚类。硝化 后分离出的粗品硝基物异构体混合物必须用稀碱液充分 洗涤，除净硝基酚类，否则，在粗品硝基物脱水和用精 馏法分离异构体时有发生爆炸的危险。
C6H5CH3·2ONOSO3H·3H2SO4
第二节 硝化反应基本原理
➢由于这种络合物的生成，使硝化过程中，尤其是反应后 期接近终点时，出现硝化液颜色变深、发黑发暗的现象。 其原因往往是硝酸用量不足，故可在45～55℃下，及时补 加硝酸，则很容易将络合物破坏。但温度若大于65℃，络 合物将自动沸腾，使温度上升到85～90℃，此时再补加硝 酸也无济于事，最终成为深褐色树脂状物质。
硝化反应顺序口诀
硝化反应顺序口诀一、硝化反应概述硝化反应是指在有机化合物中，将一个或多个氢原子替换为硝基（-NO2）的反应。
这是一种常见的有机合成反应，广泛应用于制药、染料、爆炸物等领域。
硝化反应通常是在酸性条件下进行的，涉及的反应物主要有硝酸和有机化合物。
二、硝化反应顺序口诀为了方便记忆和操作，我们可以将硝化反应的步骤归纳为一句口诀：“酸过量，温适中，慢慢加硝酸。
”这句口诀的含义如下：1.酸过量：在硝化反应中，通常使用过量酸以确保反应进行得更加完全。
过量的酸可以在反应结束后中和剩余的硝酸，降低产物的副反应。
2.温适中：硝化反应需要在适当的温度下进行。
一般来说，反应温度控制在40-60℃为宜。
过高的温度可能导致反应失控，过低的温度则使反应速率过慢。
3.慢慢加硝酸：在反应过程中，应逐渐加入硝酸，避免一次性加入过多导致剧烈反应。
加入硝酸的速度要控制得当，以保证反应的平稳进行。
三、硝化反应的应用硝化反应在化工、制药和染料等领域具有广泛的应用。
以下是一些典型的应用实例：1.制备硝基化合物：通过硝化反应，可以制备一系列具有不同功能的硝基化合物，如硝基苯、硝基甲苯、硝基乙酸等。
2.制备爆炸物：某些有机化合物经过硝化反应后，可以得到具有爆炸性的物质，如TNT（三硝基甲苯）和火棉（纤维素硝酸酯）等。
3.制备医药和农药：许多医药和农药分子中含有硝基原子，通过硝化反应可以合成这些重要化合物。
四、硝化反应的注意事项1.安全防护：硝化反应涉及硝酸等强酸，操作过程中应做好个人防护，如佩戴防护眼镜、手套和口罩等。
2.反应容器：选用合适的反应容器，如带有塞子的玻璃瓶，以防止酸液飞溅。
3.监测：在反应过程中，要注意监测温度、酸浓度等参数，确保反应安全顺利进行。
五、总结硝化反应是一种重要的有机合成反应，通过掌握硝化反应的顺序口诀、应用和注意事项，我们可以更好地进行硝化反应实验。
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26
混酸硝化法还具有以下特点： Ⅰ 被硝化物或硝化产物在反应温度下是液态的， 而且不溶于废硫酸中，因此，硝化后可用分层法 回收废酸； Ⅱ 硝酸用量接近于理论量或过量不多,废硫酸经浓 缩后可再用于配制混酸,即硫酸的消耗量很小；
Ⅲ 混酸硝化是非均相过程，要求硝化反应器装有 良好的搅拌装置，使酸相与有机相充分接触。
问题： 1. 硝酸在硝化反应中 有哪些作用？ 2. 硝酸的氧化能力和 硝化能力与浓度的关 系？ 3. 不同的硝化方法各 有什么特征？
13
问题 1. 硝酸在硝化反应中有哪些作用？
硝酸在硝化反应中既有硝化剂又有氧化剂的作用。
问题 2. 硝酸的氧化能力和硝化能力与浓度的关系？
硝酸的氧化能力随着硝酸浓度的降低而增强（直至 某一极限）； 硝化能力则随其浓度的降低而减弱。
实例一 实例二 实例三
OH
OH
OH
+ HNO3（稀）
NO2 +
NO2
NO2
+ NO2BF4
FSO3H(氟代硫酸) O2N 150oC
NO2
NO2
Br
H2SO4
+ HNO3 （60oC)
Br
NO2 +
Br NO2
NO2
实例四
C2H5ONa C2H5ONO2
N H
NO2
N H
29
3 温度
影响硝化反应的因素
14
１．直接硝化法 (1)稀硝酸硝化法
适用与此法的有机物主要有：
① 易被硝化的芳香族化合物（有使苯环活化的取代基）
NHCOCH 3
OCH2CH3
② 低级烷基取代苯亦可用稀硝酸进行侧链硝化（浓度相当
稀时，亦将导致侧链氧化。）
CH3
CH2CH3
③ 芳烃
15
(2) 浓硝酸硝化法
主要适用：芳香族化合物的硝化；
4
二、芳烃环上引入硝基的主要目的：
(1) 将-NO2转化为-NH2 ； (2) 利用硝基的是一个强吸电子基团，使芳环 上的亲核取代反应易于发生。
Cl
ONa
+ 2NaOH Cl
10% NaOH 350-400℃,20-30MPa
+ NaCl + H2O ONa
+ 2NaOH
10% NaOH 160℃,0.6MPa
NaAsO3
O NN
Fe,NaOH
NN
Fe,or Sn+HCl
NO2 Zn+NaOH Fe,HCl Zn ,H2O
Zn +NH4Cl
NH NH
NO NHOH
Fe,or Sn+ HCl
NH2
6
NH2 +
NaNO2
+
N
HCl 0 ℃ ~5℃
NO2
NCl
+ NaCl + H2O
NaNO2 催化剂
-H（ H3PO2或 HCHO + NaOH）
27
④ 硝基阳离子结晶盐(NO2BF4)：强硝化剂，用于 难于硝化的物质。
⑤ 硝酸+醋酐：无氧化作用的强硝化剂，适用于易 被氧化或被混酸分解的芳烃硝化。（如：乙酰苯 胺的硝化。）
⑥ 硝酸酯：适用于某些对酸不稳定的化合物 ， 如：吡咯或吲哚的硝化。
28
影响硝化反应的因素 （3） 硝化试剂的选择与应用
速度提高，放出的热量也增大，如不及时移出，又 会使反应温度迅速上升，引起更多副反应，还使硝 酸分解产生大量红棕色的二氧化氮气体，轻则冲 料，重则发生爆炸。
32
影响硝化反应的因素
4. 溶剂
有机溶剂中硝化的主要作用是改变所得到的硝基 异构产物的比例，避免使用大量硫酸作溶剂，以及 使用接近理论量的硝酸。
21
1. 被硝化物的结构
影响硝化反应的因素
(1) 芳环上已有取代基团对的硝化反应影响：
硝基进入芳环的位置和硝化速率与已有取代基团定
位类型有关：
一类基团：**如－R、－O－、－NR2、－NHR、 －NH2、 －OH、－NHCOR等可使苯环活化，硝化速度快； **－F、－Cl、－Br、－I 、－CH2Cl、－CH2F等可使苯环 钝化，但使硝基进入邻、对位； 二类基团如－N+R3、－NO2、－CN、－SO3H、－CHO、－ COR、－COOR、－COOH、－CONH2、－CCl3、－NH3等 可使苯环钝化，硝化反应速度慢，使硝基将进入间位。
9
(2) 反应机理
(1) HNO3 + 2H2SO4
H3O+ + +NO2 + 2 HSO4-
O
ON
H
O
+ H2SO4
(2)
+ +NO2
H
O
ON
H
O
O H2O + N
O
H
+ NO2
H
(3)
+ NO2 + HSO4-
NO2 + H2SO4
10
(3)硝化反应中的主要副反应：
① 芳环上氧化 当芳环上有供电子基时，在硝化过程中比较容易生成酚类
22
苯系
取代基对
R 硝化反应速度的影响
R
OH OCH3 H
v相对 1000 24.5 1
CN 10-4
NO2 10-5～-7
N+(CH3)3 10-7
NO2
萘系
蒽醌
O NO 2
O
O NO2
NO2
(
)
O
O
NO2 O
23
(2) 杂环烃类化合物的硝化
A 呋喃、噻吩、吡咯
B 咪唑环
O
N
N
C 吡啶环
N H
副产物，为了减少酚的生成，应随时排出产生的二氧化氮。
② 侧链上氧化 在硝化过程中芳环上的烷基有可能被氧化。例如，当乙苯
硝化时可生成的副产物有苯乙酮、苯甲醛以及苯甲醇等化合 物。实验证明，二氧化氮是使烷基产生氧化的有效氧化剂。 ③ 多元酚或氨基酚在硝化时易氧化成醌类。 ④ 多取代苯的烷基、卤基、烷氧基、羰基和磺酸基都可能 在硝化发生去烃基、置换等副反应。
OH
② 酚或酚醚类直接硝化，易于氧化。
OH
OCH3
③ 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。
CH3O
CHO
OH
H2SO4
CH3O
SO3H
HNO3
CHO OH
NO2
CH3O
CHO 19
OH
(2) 重氮基的取代硝化
芳香族重氮盐用亚硝酸钠处理，然后分解成芳香族硝基 化合物，如：
N
CH3
N
影响硝化反应的因素
S
N
H
D 喹啉环上引入硝基，
只能在苯环上引入。
N
24
影响硝化反应的因素
2.硝化剂
（1） 硝化剂种类： ① 稀硝酸
问题： 1. 硝化剂有哪些？ 2. 各种硝化剂适合于哪类有机 物的硝化反应？
② 浓硝酸
③ 混酸(HNO3+H2SO4) ④ 硝基阳离子结晶盐(NO2BF4) ⑤ 硝酸+醋酐（硝酸乙酰）
Ⅰ 反应温度升高，硝酸分解和氧化副反应速度加快。
Ⅱ 反应温度升高，反应选择性下降。
表 氯苯硝化温度对反应选择性的影响
温度，℃
o,%
m,%
p,%
30
57.2
3.5
39.3
60
57.6
7.1
35.3
容易进行的硝化反应：10～90℃ 较难进行的硝化反应：30～130℃
31
③温度对硝化安全生产问题的影响： 硝化反应是强烈的放热反应，升高温度使反应
NH2 +
NaNO2
HCl 0 ℃ ~5℃
+
-
N NCl
+ NaCl + H2O
ArN2+Cl－ + NaNO2
ArNO2 + N2 + NaCl
20
2.2.4 影响硝化反应的因素
影响硝化反应的因素: 有机物结构，硝化剂，反应温 度及溶剂等，均会影响硝化产物的结构和收率。
1. 被硝化物的结构 2. 硝化剂 3. 温度 4. 溶剂 5. 相比与硝酸比 6. 搅拌
17
(4) 硝酸乙酰法 硝酸乙酰为强硝化剂，反应速度快且无水生成，反应条 件缓和，可在较低温度下进行反应。硝化时－NO2主要 进入第一类取代基的邻位，为邻位硝化剂，其硝化产物 几乎全为一硝基化合物。
18
2．间接硝化法 (1) 磺基的取代硝化
适用与此法的有机物主要有： ① 芳香族化合物或杂环化合物上的－SO3H，用硝酸处 理，可被－NO2置换生成硝基化合物：
+ NaCl + H2O
NO2
NO2
Cl
ONa
NO2 + 2NaOH
10% NaOH 100℃,常压
NO2 + NaCl + H2O
5
NO2
NO2
(3) 将-NO2转化为氧化偶氮化合物、偶氮化合物 （-N=N- ）、氢化偶氮化合物、亚硝基化合物、 羟胺（-NHOH）等，芳伯胺经重氮化后形成重氮 盐，用可发生一系列的变化，实现官能团转换。
降或终止；
②氧化反应显著增加，甚至有时会发生侧链氧化反应；
③ 硝酸浓度降低时，硝化能力降低，不利于硝化。
16
(3) 混酸硝化法
不适用：易发生磺化的化合物 优点： ① 混酸比硝酸能产生更多的硝基正离子，硝化能力强，反应 速度快、产率高。 ② 氧化能力降低，不易产生氧化的副反应，硝酸利用率高； ③ 混酸与有机物混溶性好，使硝化易于进行，混酸减少了硝 化热效应，不至于局部过热而温度难于控制； ④ 混酸的腐蚀性小。
混酸硝化法还具有以下特点： Ⅰ 被硝化物或硝化产物在反应温度下是液态的， 而且不溶于废硫酸中，因此，硝化后可用分层法 回收废酸； Ⅱ 硝酸用量接近于理论量或过量不多,废硫酸经浓 缩后可再用于配制混酸,即硫酸的消耗量很小；
Ⅲ 混酸硝化是非均相过程，要求硝化反应器装有 良好的搅拌装置，使酸相与有机相充分接触。
问题： 1. 硝酸在硝化反应中 有哪些作用？ 2. 硝酸的氧化能力和 硝化能力与浓度的关 系？ 3. 不同的硝化方法各 有什么特征？
13
问题 1. 硝酸在硝化反应中有哪些作用？
硝酸在硝化反应中既有硝化剂又有氧化剂的作用。
问题 2. 硝酸的氧化能力和硝化能力与浓度的关系？
硝酸的氧化能力随着硝酸浓度的降低而增强（直至 某一极限）； 硝化能力则随其浓度的降低而减弱。
实例一 实例二 实例三
OH
OH
OH
+ HNO3（稀）
NO2 +
NO2
NO2
+ NO2BF4
FSO3H(氟代硫酸) O2N 150oC
NO2
NO2
Br
H2SO4
+ HNO3 （60oC)
Br
NO2 +
Br NO2
NO2
实例四
C2H5ONa C2H5ONO2
N H
NO2
N H
29
3 温度
影响硝化反应的因素
14
１．直接硝化法 (1)稀硝酸硝化法
适用与此法的有机物主要有：
① 易被硝化的芳香族化合物（有使苯环活化的取代基）
NHCOCH 3
OCH2CH3
② 低级烷基取代苯亦可用稀硝酸进行侧链硝化（浓度相当
稀时，亦将导致侧链氧化。）
CH3
CH2CH3
③ 芳烃
15
(2) 浓硝酸硝化法
主要适用：芳香族化合物的硝化；
4
二、芳烃环上引入硝基的主要目的：
(1) 将-NO2转化为-NH2 ； (2) 利用硝基的是一个强吸电子基团，使芳环 上的亲核取代反应易于发生。
Cl
ONa
+ 2NaOH Cl
10% NaOH 350-400℃,20-30MPa
+ NaCl + H2O ONa
+ 2NaOH
10% NaOH 160℃,0.6MPa
NaAsO3
O NN
Fe,NaOH
NN
Fe,or Sn+HCl
NO2 Zn+NaOH Fe,HCl Zn ,H2O
Zn +NH4Cl
NH NH
NO NHOH
Fe,or Sn+ HCl
NH2
6
NH2 +
NaNO2
+
N
HCl 0 ℃ ~5℃
NO2
NCl
+ NaCl + H2O
NaNO2 催化剂
-H（ H3PO2或 HCHO + NaOH）
27
④ 硝基阳离子结晶盐(NO2BF4)：强硝化剂，用于 难于硝化的物质。
⑤ 硝酸+醋酐：无氧化作用的强硝化剂，适用于易 被氧化或被混酸分解的芳烃硝化。（如：乙酰苯 胺的硝化。）
⑥ 硝酸酯：适用于某些对酸不稳定的化合物 ， 如：吡咯或吲哚的硝化。
28
影响硝化反应的因素 （3） 硝化试剂的选择与应用
速度提高，放出的热量也增大，如不及时移出，又 会使反应温度迅速上升，引起更多副反应，还使硝 酸分解产生大量红棕色的二氧化氮气体，轻则冲 料，重则发生爆炸。
32
影响硝化反应的因素
4. 溶剂
有机溶剂中硝化的主要作用是改变所得到的硝基 异构产物的比例，避免使用大量硫酸作溶剂，以及 使用接近理论量的硝酸。
21
1. 被硝化物的结构
影响硝化反应的因素
(1) 芳环上已有取代基团对的硝化反应影响：
硝基进入芳环的位置和硝化速率与已有取代基团定
位类型有关：
一类基团：**如－R、－O－、－NR2、－NHR、 －NH2、 －OH、－NHCOR等可使苯环活化，硝化速度快； **－F、－Cl、－Br、－I 、－CH2Cl、－CH2F等可使苯环 钝化，但使硝基进入邻、对位； 二类基团如－N+R3、－NO2、－CN、－SO3H、－CHO、－ COR、－COOR、－COOH、－CONH2、－CCl3、－NH3等 可使苯环钝化，硝化反应速度慢，使硝基将进入间位。
9
(2) 反应机理
(1) HNO3 + 2H2SO4
H3O+ + +NO2 + 2 HSO4-
O
ON
H
O
+ H2SO4
(2)
+ +NO2
H
O
ON
H
O
O H2O + N
O
H
+ NO2
H
(3)
+ NO2 + HSO4-
NO2 + H2SO4
10
(3)硝化反应中的主要副反应：
① 芳环上氧化 当芳环上有供电子基时，在硝化过程中比较容易生成酚类
22
苯系
取代基对
R 硝化反应速度的影响
R
OH OCH3 H
v相对 1000 24.5 1
CN 10-4
NO2 10-5～-7
N+(CH3)3 10-7
NO2
萘系
蒽醌
O NO 2
O
O NO2
NO2
(
)
O
O
NO2 O
23
(2) 杂环烃类化合物的硝化
A 呋喃、噻吩、吡咯
B 咪唑环
O
N
N
C 吡啶环
N H
副产物，为了减少酚的生成，应随时排出产生的二氧化氮。
② 侧链上氧化 在硝化过程中芳环上的烷基有可能被氧化。例如，当乙苯
硝化时可生成的副产物有苯乙酮、苯甲醛以及苯甲醇等化合 物。实验证明，二氧化氮是使烷基产生氧化的有效氧化剂。 ③ 多元酚或氨基酚在硝化时易氧化成醌类。 ④ 多取代苯的烷基、卤基、烷氧基、羰基和磺酸基都可能 在硝化发生去烃基、置换等副反应。
OH
② 酚或酚醚类直接硝化，易于氧化。
OH
OCH3
③ 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。
CH3O
CHO
OH
H2SO4
CH3O
SO3H
HNO3
CHO OH
NO2
CH3O
CHO 19
OH
(2) 重氮基的取代硝化
芳香族重氮盐用亚硝酸钠处理，然后分解成芳香族硝基 化合物，如：
N
CH3
N
影响硝化反应的因素
S
N
H
D 喹啉环上引入硝基，
只能在苯环上引入。
N
24
影响硝化反应的因素
2.硝化剂
（1） 硝化剂种类： ① 稀硝酸
问题： 1. 硝化剂有哪些？ 2. 各种硝化剂适合于哪类有机 物的硝化反应？
② 浓硝酸
③ 混酸(HNO3+H2SO4) ④ 硝基阳离子结晶盐(NO2BF4) ⑤ 硝酸+醋酐（硝酸乙酰）
Ⅰ 反应温度升高，硝酸分解和氧化副反应速度加快。
Ⅱ 反应温度升高，反应选择性下降。
表 氯苯硝化温度对反应选择性的影响
温度，℃
o,%
m,%
p,%
30
57.2
3.5
39.3
60
57.6
7.1
35.3
容易进行的硝化反应：10～90℃ 较难进行的硝化反应：30～130℃
31
③温度对硝化安全生产问题的影响： 硝化反应是强烈的放热反应，升高温度使反应
NH2 +
NaNO2
HCl 0 ℃ ~5℃
+
-
N NCl
+ NaCl + H2O
ArN2+Cl－ + NaNO2
ArNO2 + N2 + NaCl
20
2.2.4 影响硝化反应的因素
影响硝化反应的因素: 有机物结构，硝化剂，反应温 度及溶剂等，均会影响硝化产物的结构和收率。
1. 被硝化物的结构 2. 硝化剂 3. 温度 4. 溶剂 5. 相比与硝酸比 6. 搅拌
17
(4) 硝酸乙酰法 硝酸乙酰为强硝化剂，反应速度快且无水生成，反应条 件缓和，可在较低温度下进行反应。硝化时－NO2主要 进入第一类取代基的邻位，为邻位硝化剂，其硝化产物 几乎全为一硝基化合物。
18
2．间接硝化法 (1) 磺基的取代硝化
适用与此法的有机物主要有： ① 芳香族化合物或杂环化合物上的－SO3H，用硝酸处 理，可被－NO2置换生成硝基化合物：
+ NaCl + H2O
NO2
NO2
Cl
ONa
NO2 + 2NaOH
10% NaOH 100℃,常压
NO2 + NaCl + H2O
5
NO2
NO2
(3) 将-NO2转化为氧化偶氮化合物、偶氮化合物 （-N=N- ）、氢化偶氮化合物、亚硝基化合物、 羟胺（-NHOH）等，芳伯胺经重氮化后形成重氮 盐，用可发生一系列的变化，实现官能团转换。
降或终止；
②氧化反应显著增加，甚至有时会发生侧链氧化反应；
③ 硝酸浓度降低时，硝化能力降低，不利于硝化。
16
(3) 混酸硝化法
不适用：易发生磺化的化合物 优点： ① 混酸比硝酸能产生更多的硝基正离子，硝化能力强，反应 速度快、产率高。 ② 氧化能力降低，不易产生氧化的副反应，硝酸利用率高； ③ 混酸与有机物混溶性好，使硝化易于进行，混酸减少了硝 化热效应，不至于局部过热而温度难于控制； ④ 混酸的腐蚀性小。