第三章 磺化和硫酸化
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磺化是向有机化合物分子引入磺基(或磺酸盐、磺酰卤基)的反应。
磺基的引入可赋予产品以水溶性、酸性、表面活性,或对纤维素具有亲和力。
磺化产品中以磺酸盐产量大,主要作为阴离子表面活性剂使用,如洗涤剂、乳化剂等。
许多芳磺酸衍生物又是制备染料、医药、农药等的重要中间体。
同时利用磺基可转变为羟基、氨基、氯基等其他基团的性质,制得苯酚、萘酚等一系列有机中间体或产品;利用磺酸基的可水解性,根据合成的需要而暂时引入磺基,在完成特定反应后再将磺基水解脱去。
因此,磺化在精细有机合成中,占有十分重要的地位。
硫酸化是向有机化合物分子引入硫酸酯基(或硫酸盐)的反应。
硫酸化产品如硫酸二甲酯和二乙酯,都是良好的烃化剂,而十二烷基硫酸酯及其他烷基硫酸酯,也是非常重要的阴离子表面活性剂。
第一节 芳香族磺化的反应理论一、磺化剂和磺化历程1畅磺化剂芳烃的磺化主要采用三氧化硫、硫酸、发烟硫酸等作磺化剂。
磺化剂自身的不同解离方式可产生不同的亲电质点,用这些磺化剂进行的芳烃磺化反应是典型的亲电取代反应。
(1)三氧化硫 三氧化硫分子中含有两个单键和一个双键,硫原子倾向于π键结合,具有亲电性,可作亲电质点。
三氧化硫作磺化剂通常采用气态SO3或从发烟硫酸加热到250℃蒸出SO3冷凝成液态SO3使用。
有时为了降低其活泼性,需要加入惰性溶剂或气体稀释。
常用的溶剂有液体二氧化硫、低沸点卤烷如二氯甲烷、二氯乙烷、四氯乙烷等;常用的气体有空气、氮气或气体二氧化硫。
(2)硫酸和发烟硫酸 工业硫酸有两种规格,即质量分数分别为92%~93%(亦称绿矾油)和98%的硫酸。
若有过量的SO3存在于硫酸中就成为发烟硫酸。
发烟硫酸也有两种规格,即含游离SO3质量分数约20%~25%和60%~65%两种规格。
这四种规格的磺化剂在常温下都是液体,方便使用和运输。
发烟硫酸的规格也可用含H2SO4的质量分数表示。
这两种规格之间的换算公式为w(H2SO4)=100%+0畅225w(SO3)w(SO3)=4畅44[w(H2SO4)-100%]式中,w(H2SO4)为含硫酸的质量分数;w(SO3)为含游离SO3的质量分数。
磺化是向有机化合物分子引入磺基(或磺酸盐、磺酰卤基)的反应。
磺基的引入可赋予产品以水溶性、酸性、表面活性,或对纤维素具有亲和力。
磺化产品中以磺酸盐产量大,主要作为阴离子表面活性剂使用,如洗涤剂、乳化剂等。
许多芳磺酸衍生物又是制备染料、医药、农药等的重要中间体。
同时利用磺基可转变为羟基、氨基、氯基等其他基团的性质,制得苯酚、萘酚等一系列有机中间体或产品;利用磺酸基的可水解性,根据合成的需要而暂时引入磺基,在完成特定反应后再将磺基水解脱去。
因此,磺化在精细有机合成中,占有十分重要的地位。
硫酸化是向有机化合物分子引入硫酸酯基(或硫酸盐)的反应。
硫酸化产品如硫酸二甲酯和二乙酯,都是良好的烃化剂,而十二烷基硫酸酯及其他烷基硫酸酯,也是非常重要的阴离子表面活性剂。
第一节 芳香族磺化的反应理论一、磺化剂和磺化历程1畅磺化剂芳烃的磺化主要采用三氧化硫、硫酸、发烟硫酸等作磺化剂。
磺化剂自身的不同解离方式可产生不同的亲电质点,用这些磺化剂进行的芳烃磺化反应是典型的亲电取代反应。
(1)三氧化硫 三氧化硫分子中含有两个单键和一个双键,硫原子倾向于π键结合,具有亲电性,可作亲电质点。
三氧化硫作磺化剂通常采用气态SO3或从发烟硫酸加热到250℃蒸出SO3冷凝成液态SO3使用。
有时为了降低其活泼性,需要加入惰性溶剂或气体稀释。
常用的溶剂有液体二氧化硫、低沸点卤烷如二氯甲烷、二氯乙烷、四氯乙烷等;常用的气体有空气、氮气或气体二氧化硫。
(2)硫酸和发烟硫酸 工业硫酸有两种规格,即质量分数分别为92%~93%(亦称绿矾油)和98%的硫酸。
若有过量的SO3存在于硫酸中就成为发烟硫酸。
发烟硫酸也有两种规格,即含游离SO3质量分数约20%~25%和60%~65%两种规格。
这四种规格的磺化剂在常温下都是液体,方便使用和运输。
发烟硫酸的规格也可用含H2SO4的质量分数表示。
这两种规格之间的换算公式为w(H2SO4)=100%+0畅225w(SO3)w(SO3)=4畅44[w(H2SO4)-100%]式中,w(H2SO4)为含硫酸的质量分数;w(SO3)为含游离SO3的质量分数。
第三章《磺化和硫酸化》习题1)苯的过量硫酸磺化反应历程一般用下面通式表示:SO 3HSO 3-+-H +SO 3-+SO 3H有人认为在浓硫酸和发烟硫酸中,磺化进攻质点除SO 3外,还有其它物质,其它物质可能是什么?为什么? 参考答案:• 反应亲电质点:不同溶剂化的SO 3分子 SO 3·H 2SO 4中: SO 3·H 2SO 4等 浓H 2SO 4中:H 2S 2O 7(SO 3·H 2SO 4) 80~85%的H 2SO 4中:H 3SO 4+(SO 3·H 3+O )2)甲苯和硝基苯用硫酸磺化相对于苯的反应速度常数分别为5.08和0.015,试解释。
参考答案:甲基是推电子基,使得反应生成的过渡状态得到稳定,活化能小,所以反应速度快。
硝基是吸电子基,使得反应生成的过渡状态不稳定,活化能大,所以反应速度慢。
3)试从有关活泼性、活化能和能量进程图等方面解释下面的反应。
参考答案:低温下生成α-萘磺酸,是由于α位活泼,反应的活化能低,反应速度快,所以主要得到α-萘磺酸;高温生成β-萘磺酸,虽然反应的活化能高,但由于β-位稳定,水解可逆反应的速度比α-萘磺酸慢,反应由平衡控制,所以高温有利于生成β-萘磺酸。
4)随着磺化反应的进行,硫酸的浓度逐渐降低,当到一定程度时近乎停止,因为水对磺化反应速度的影响很大,它们呈什么的关系?为了消除水的稀释的影响,可采取什么措施?+ H 2SO4SO 3H3H+ H 2O+ H 2O96.5%81.6%2H 2SO 4H 3SO 4+ + HSO 4-H 2S 2O 7 + H 3O + + HSO 4-3H 2SO 4H 3O + + HSO 4-H 2O + H 2SO 4SO 3 + 2H 2SO 4H 3SO 4+ + HS 2O 7-2SO 3 + 2H 2SO 42H 2S 2O 7H 3S 2O 7+ + HS 2O 7-参考答案:过量硫酸,共沸去水,SO3磺化等。