第九章羟基化反应及其工艺
§ 9.1概述
1，定义引入羟基的反应目的：制得各种酚、醇、烯醇合成烷基酚醚、二芳醚、芳伯胺和二芳基仲胺等中间体
2，引入羟基的方法
羧酸及衍生物氢化
羰基化、还原
缩合反应
重排
农副产品发酵 → ROH（酿酒）
亲核置换
（ 1）羧酸及衍生物氢化
C OHOR C O R 'OR C HOR C R'OR [H ]
（ 2）羰基化、还原
R C H = H 2
C O,H 2
C a t RCH 2 CH 2 CHO
H 2 R 'O H
（ 3）缩合反应
A r H +
O
A r CH 2 CH 2 OH
（ 4）重排
NO
2
N H O H NH
2
O H
（ 6）氧化
CH
C H 3
C H 3
[O ] H
+
酸解
OH
（ 7）亲核置换
X＝ － SO3H 磺酸碱熔
X＝ － X 卤素化合物水解
X＝－ NH2 芳伯胺的水解
X＝－ NO2 硝基化合物的水解
X＝－ N2＋ Cl－ 重氮盐的水解
X＝－ H 如：苯的直接羟基化
RX OH － R O H
§ 9.2－ OH置换－ SO3H
过程简单，设备要求低，适用于多种酚的制备
缺点：消耗大量的酸、碱、三废多
大吨位：苯酚、间苯二酚,1－萘酚等已转用别的路线生产
小吨位,J酸,H酸,γ酸采用此法
SO 3 H
N a O H
O N a OH
H ＋
一、反应的影响因素
1，磺化物的结构
芳环上吸电子基团（如磺酸基、羧基等）使其活化硝基的磺酸会产生氧化，不宜用碱熔的方法氯代磺酸不宜用此法，因为氯原子比磺基更易被－ OH取代
芳环上的供电基团对磺基的碱熔起钝化作用
多磺酸的碱熔,第一个磺基碱熔较容易
萘磺酸,1－磺基比 2－磺基活泼
2，碱熔温度与时间
碱熔的温度主要取决于磺酸的结构不活泼的磺酸（如苯磺酸,2－萘磺酸）：高温碱熔（ 300－ 340℃ ）
活泼的磺酸 （ 2－氨基萘,5,7－二磺酸； 2－萘酚 6,8－二磺酸）要求的温度较低，一般中温度（ 180-230℃ ）
时间
（ 1）高温碱熔速度快、时间短，在熔融碱中加完磺酸盐后（约几小时），
只要适当地迅速升温（如从 300℃ 升高到 340℃ ），保持 10到几十分钟，
即达到反应的终点 ；
（ 2）中温碱熔（一般为 NaOH溶液作碱熔剂）所需时间较长，一般在加完磺酸盐后保温几小时，甚至 10－ 20小时
3，碱的浓度和用量
（ 1） 采用 NaOH或 KOH作碱熔剂； KOH比 NaOH活性高,但价贵；有时用二者的混合物,二者混合物熔点低于 300℃
（ 2） 高温碱熔使用含量在 90％ 以上的熔融碱,常压或稀碱,但高温高压
（ 3） 中温碱熔,70－ 80％ 浓碱液,常压回流
（ 4） 高温碱熔：碱的过量较少,1,2.5（ mol比 ）
中温碱熔 碱的过量较多,1,6-8 （ mol比 ）
二、熔融碱的常压碱熔
用于磺基不活泼的场合
可使单磺酸、多磺酸基完全被－ OH置换
常压碱熔时，由于生成的酚易被空气氧化，
要用水蒸汽保护碱熔的初期由磺酸盐带入的水和反应生长的水起保护作用碱熔的后期，需要在碱熔物的表面通适当的蒸汽反应实例
SO 3 Na
N a O H
O N a OH
H ＋
350 ℃
SO 3 Na
SO 3 Na
99 ％ N a O H
O N a
O N a
OH
OH
H ＋
350 ℃
SO 3 Na
N a O H
285 - 320 ℃
O N a
+ Na 2 SO 3 + H 2 O
+ SO 2 + H 2 O
O N a OH
+ Na 2 SO 3
碱熔法生产 2-萘酚的工艺工艺过程
（ 1） 285－ 320℃ 下,在碱熔锅中加入熔融碱
（ 2） 加入 2－萘磺酸
（ 3） 加料完毕后,快速升温至 330-340℃,
保温 30min
(碱熔物中,游离的碱含量下降到 40％ 以下为反应终点 )
（ 4） 碱熔物放入热水中,使其完全溶解
（ 5） 在 60-80℃ 下,用 SO2进行酸化 。
三、浓碱的常压碱熔
萘系的某些多磺酸、氨基和羟基的多磺酸用 70－ 80％ NaOH溶液、常压,180－
270℃ 反应
可使萘系多磺酸中的一个磺基被羟基置换，二氨基和其他磺基不受影响
可用于制备 J酸,γ酸,M酸,H酸等
NH 2N a O 3 S
SO 3 Na
70 - 80 % N a O H H +
酸解180 - 270 ℃
NH 2N a O 3 S
O N a
NH 2N a O 3 S
OH
N H 2N a O 3 S
SO 3 NaN a O
3 S
70 - 80 % N a O H H +
酸解180 - 270 ℃
N H 2N a O
SO 3 NaN a O
3 S
N H 2HO
SO 3 NaN a O
3 S
γ-酸（ 6-氨基 -4-羟基 -萘
-2-磺酸）
M-酸（ 8-氨基 -4-羟基 -萘
-2-磺酸）
OH
HO 3 S
N H 2
N H
2
O H
HO
3
S
H酸的生产工艺四、稀碱的加压碱熔
§ 9.3－ OH置换卤素一、碱性水解法
Cl
10 % N a O H
400 ℃ 325 a t m
O H
Cl
NO
2
10 % N a O H
160 ℃ 6 a t m
O H
NO
2
Cl
Cl
N a O H,C H
3
OH
C u,225 ℃
O H
Cl
Cl
Cl
N a O H 溶液
180 - 190 ℃
O H
O HC u S O 4
50 - 60 m i n
二、气相接触催化水解
氯苯在高温和催化剂作用下，不用碱也能水解用磷酸三钙或氯化亚铜 /硅胶作催化剂，氯苯和水蒸汽在 420-520℃ （常压、气相）反应
氯苯的单程转化率为 10-15％。混合物中的氯苯、水、苯酚和氯化氢，经过萃取、精馏等可得到合格的苯酚
Cl
C u C l / 硅胶
420 - 520 ℃ 常压
O H
+ HCl
优点：不消耗 NaOH，副产盐酸可用于苯的氧化氯化法制氯苯
工业上“再生法”
缺点,Cat活性周期短（ 4－ 6hr），分离过程复杂，
对设备的腐蚀性强
已被异丙苯法取代
Cl
+ H C l + 1 / 2 O 2 + H 2 O
§ 9.4－ OH置换－ NH2
合成路线较长,— NO2→ － NH2→ － OH
主要用于 1-萘酚衍生物的制备和某些特定位置上需要引 OH的化合物一、酸性水解
酸性水解一般在稀硫酸中进行，温度较高时，因硫酸会引起副反应，可用磷酸和盐酸代替硫酸
优点：工艺简单、收率高 （可达 88％）,质量好 （纯度 95％）
缺点：对设备腐蚀重,设备生成能力低,废水处理量大 。
N H 2
15 - 20 %H 2 SO 4
200 ℃,12 - 15 a t m
O H
+ H 2 O + NH 4 H S O 4
二、碱性水解
磺基在碱性条件下，如果提高碱熔稳定，可以使萘环 1-位的磺基和氨基同时被－ OH取代
N H 2N a O 3 S
SO 3 NaN a O
3 S
28 a t m,10 hr
10 % N a O H 228 ℃
O HHO
SO 3 NaN a O
3 S
三、亚硫酸氢钠水解
某些芳伯胺，在亚硝酸氢钠水液中，常压沸腾回流，再加碱处理，氨基被羟基取代
N H 2
SO 3 H
N a H S O 3
O H
SO 3 H
四、重氮盐水解
N
+
2 H S O 4 － O H
稀 H 2 SO 4
回流
++ H 2 O H 2 SO 4 + N 2
重氮盐水解，硝酸存在时，可得到相应的硝基酚
N
+
2 H S O 4 －
C H 3
O H
C H 3
NO 2稀 HNO 3
80 ℃
重氮盐的水解是单分子亲核置换反应，其历程为
A r N 2 + 慢 Ar + + N 2 快H
2 O
A r OH
§ 9.6硝基化合物的水解
芳环上的硝基如果受到邻对位上强吸电子基团的影响而得到活化
NO 2
NO 2
O H
NO 2
二甲基亚砜
N a O H
N H 2
NO 2
R
N a N O 2
H 2 SO 4
N 2
+
NO 2
R
H
+
H 2 O
N 2
+
O H
R
§ 9.7苯的直接羟基化
苯分子在热力学上高的稳定性使其难以加成和氧化
苯环中的碳原子受共轭 π电子的屏蔽作用，
有利于亲电取代，而－ OH是亲核基团
产物酚比苯活泼，一旦生成酚后，容易进一步反应苯直接制苯酚反应历程
亲电取代，即在强负电性离子作用下，
使羟基有亲电性
游离基取代，在催化剂作用下产生游离基 ·OH或 ·OOH
通过金属－氧络合物将氧原子插入到 C－
H键之间
（ 1）亲电取代
H2O2和 HF在－ 30-50℃ 反应（苯酚的收率可达 37％）
次氟酸与苯反应，氟强吸电性使 OH基具有亲电性
（ 2）游离基取代
以 Na2S2O8 ＋ Fe＋＋ ＋ Cu＋＋,30℃ 反应，收率 64％
反应历程点：在 Fe＋＋ 作用下，使过氧化物分解放出游离的 ·OH,·OH进攻芳环
§ 9.8烷基芳烃的氧化－酸解
+ H 2 C = C H - C H 3
A l C l 3
HC
C H 3
C H 3
[ O ]
C
C H 3
C H 3
O O H
H
+
O H
+ CH 3 C C H 3
O
优点：
以苯和丙稀为原料,同时联产丙酮
不需要消耗大量的酸碱,三废少
连续操作,生成能力大,成本低
已经成为苯酚生产的主要方法（万吨级）
酸性分解所用酸：硫酸、磷酸、对甲苯磺酸
酸解反应放热,→ 副反应，甚至有爆炸危险 ← 控制丙酮回流来控制反应稳定
（ 60-100℃ ）
酸解加料顺序,CHP越低，副反应越少，
因而将 CHP浓缩液连续地加到酸解液中，
立即被酸解液所稀释，使 CHP浓度控制在 0.2％左右
此方法也用于制备间甲酚和 2-萘酚
§ 9.9环烷的氧化－脱氢
环己烷的氧化－脱氢制备苯酚
四氢萘的氧化脱氢制备 1-萘酚
§ 9.10芳酸的氧化－脱羧
C O O H
C u - M g
氧化脱羧
O H
（ 1）苯甲酸铜的生成
（ 2）苯甲酸铜的热解
（ 3）苯甲酰基水杨酸的水解
（ 4）水杨酸脱羧生成苯酚
（ 5）苯甲酸亚铜可再生为苯甲酸铜
§ 9.1概述
1，定义引入羟基的反应目的：制得各种酚、醇、烯醇合成烷基酚醚、二芳醚、芳伯胺和二芳基仲胺等中间体
2，引入羟基的方法
羧酸及衍生物氢化
羰基化、还原
缩合反应
重排
农副产品发酵 → ROH（酿酒）
亲核置换
（ 1）羧酸及衍生物氢化
C OHOR C O R 'OR C HOR C R'OR [H ]
（ 2）羰基化、还原
R C H = H 2
C O,H 2
C a t RCH 2 CH 2 CHO
H 2 R 'O H
（ 3）缩合反应
A r H +
O
A r CH 2 CH 2 OH
（ 4）重排
NO
2
N H O H NH
2
O H
（ 6）氧化
CH
C H 3
C H 3
[O ] H
+
酸解
OH
（ 7）亲核置换
X＝ － SO3H 磺酸碱熔
X＝ － X 卤素化合物水解
X＝－ NH2 芳伯胺的水解
X＝－ NO2 硝基化合物的水解
X＝－ N2＋ Cl－ 重氮盐的水解
X＝－ H 如：苯的直接羟基化
RX OH － R O H
§ 9.2－ OH置换－ SO3H
过程简单，设备要求低，适用于多种酚的制备
缺点：消耗大量的酸、碱、三废多
大吨位：苯酚、间苯二酚,1－萘酚等已转用别的路线生产
小吨位,J酸,H酸,γ酸采用此法
SO 3 H
N a O H
O N a OH
H ＋
一、反应的影响因素
1，磺化物的结构
芳环上吸电子基团（如磺酸基、羧基等）使其活化硝基的磺酸会产生氧化，不宜用碱熔的方法氯代磺酸不宜用此法，因为氯原子比磺基更易被－ OH取代
芳环上的供电基团对磺基的碱熔起钝化作用
多磺酸的碱熔,第一个磺基碱熔较容易
萘磺酸,1－磺基比 2－磺基活泼
2，碱熔温度与时间
碱熔的温度主要取决于磺酸的结构不活泼的磺酸（如苯磺酸,2－萘磺酸）：高温碱熔（ 300－ 340℃ ）
活泼的磺酸 （ 2－氨基萘,5,7－二磺酸； 2－萘酚 6,8－二磺酸）要求的温度较低，一般中温度（ 180-230℃ ）
时间
（ 1）高温碱熔速度快、时间短，在熔融碱中加完磺酸盐后（约几小时），
只要适当地迅速升温（如从 300℃ 升高到 340℃ ），保持 10到几十分钟，
即达到反应的终点 ；
（ 2）中温碱熔（一般为 NaOH溶液作碱熔剂）所需时间较长，一般在加完磺酸盐后保温几小时，甚至 10－ 20小时
3，碱的浓度和用量
（ 1） 采用 NaOH或 KOH作碱熔剂； KOH比 NaOH活性高,但价贵；有时用二者的混合物,二者混合物熔点低于 300℃
（ 2） 高温碱熔使用含量在 90％ 以上的熔融碱,常压或稀碱,但高温高压
（ 3） 中温碱熔,70－ 80％ 浓碱液,常压回流
（ 4） 高温碱熔：碱的过量较少,1,2.5（ mol比 ）
中温碱熔 碱的过量较多,1,6-8 （ mol比 ）
二、熔融碱的常压碱熔
用于磺基不活泼的场合
可使单磺酸、多磺酸基完全被－ OH置换
常压碱熔时，由于生成的酚易被空气氧化，
要用水蒸汽保护碱熔的初期由磺酸盐带入的水和反应生长的水起保护作用碱熔的后期，需要在碱熔物的表面通适当的蒸汽反应实例
SO 3 Na
N a O H
O N a OH
H ＋
350 ℃
SO 3 Na
SO 3 Na
99 ％ N a O H
O N a
O N a
OH
OH
H ＋
350 ℃
SO 3 Na
N a O H
285 - 320 ℃
O N a
+ Na 2 SO 3 + H 2 O
+ SO 2 + H 2 O
O N a OH
+ Na 2 SO 3
碱熔法生产 2-萘酚的工艺工艺过程
（ 1） 285－ 320℃ 下,在碱熔锅中加入熔融碱
（ 2） 加入 2－萘磺酸
（ 3） 加料完毕后,快速升温至 330-340℃,
保温 30min
(碱熔物中,游离的碱含量下降到 40％ 以下为反应终点 )
（ 4） 碱熔物放入热水中,使其完全溶解
（ 5） 在 60-80℃ 下,用 SO2进行酸化 。
三、浓碱的常压碱熔
萘系的某些多磺酸、氨基和羟基的多磺酸用 70－ 80％ NaOH溶液、常压,180－
270℃ 反应
可使萘系多磺酸中的一个磺基被羟基置换，二氨基和其他磺基不受影响
可用于制备 J酸,γ酸,M酸,H酸等
NH 2N a O 3 S
SO 3 Na
70 - 80 % N a O H H +
酸解180 - 270 ℃
NH 2N a O 3 S
O N a
NH 2N a O 3 S
OH
N H 2N a O 3 S
SO 3 NaN a O
3 S
70 - 80 % N a O H H +
酸解180 - 270 ℃
N H 2N a O
SO 3 NaN a O
3 S
N H 2HO
SO 3 NaN a O
3 S
γ-酸（ 6-氨基 -4-羟基 -萘
-2-磺酸）
M-酸（ 8-氨基 -4-羟基 -萘
-2-磺酸）
OH
HO 3 S
N H 2
N H
2
O H
HO
3
S
H酸的生产工艺四、稀碱的加压碱熔
§ 9.3－ OH置换卤素一、碱性水解法
Cl
10 % N a O H
400 ℃ 325 a t m
O H
Cl
NO
2
10 % N a O H
160 ℃ 6 a t m
O H
NO
2
Cl
Cl
N a O H,C H
3
OH
C u,225 ℃
O H
Cl
Cl
Cl
N a O H 溶液
180 - 190 ℃
O H
O HC u S O 4
50 - 60 m i n
二、气相接触催化水解
氯苯在高温和催化剂作用下，不用碱也能水解用磷酸三钙或氯化亚铜 /硅胶作催化剂，氯苯和水蒸汽在 420-520℃ （常压、气相）反应
氯苯的单程转化率为 10-15％。混合物中的氯苯、水、苯酚和氯化氢，经过萃取、精馏等可得到合格的苯酚
Cl
C u C l / 硅胶
420 - 520 ℃ 常压
O H
+ HCl
优点：不消耗 NaOH，副产盐酸可用于苯的氧化氯化法制氯苯
工业上“再生法”
缺点,Cat活性周期短（ 4－ 6hr），分离过程复杂，
对设备的腐蚀性强
已被异丙苯法取代
Cl
+ H C l + 1 / 2 O 2 + H 2 O
§ 9.4－ OH置换－ NH2
合成路线较长,— NO2→ － NH2→ － OH
主要用于 1-萘酚衍生物的制备和某些特定位置上需要引 OH的化合物一、酸性水解
酸性水解一般在稀硫酸中进行，温度较高时，因硫酸会引起副反应，可用磷酸和盐酸代替硫酸
优点：工艺简单、收率高 （可达 88％）,质量好 （纯度 95％）
缺点：对设备腐蚀重,设备生成能力低,废水处理量大 。
N H 2
15 - 20 %H 2 SO 4
200 ℃,12 - 15 a t m
O H
+ H 2 O + NH 4 H S O 4
二、碱性水解
磺基在碱性条件下，如果提高碱熔稳定，可以使萘环 1-位的磺基和氨基同时被－ OH取代
N H 2N a O 3 S
SO 3 NaN a O
3 S
28 a t m,10 hr
10 % N a O H 228 ℃
O HHO
SO 3 NaN a O
3 S
三、亚硫酸氢钠水解
某些芳伯胺，在亚硝酸氢钠水液中，常压沸腾回流，再加碱处理，氨基被羟基取代
N H 2
SO 3 H
N a H S O 3
O H
SO 3 H
四、重氮盐水解
N
+
2 H S O 4 － O H
稀 H 2 SO 4
回流
++ H 2 O H 2 SO 4 + N 2
重氮盐水解，硝酸存在时，可得到相应的硝基酚
N
+
2 H S O 4 －
C H 3
O H
C H 3
NO 2稀 HNO 3
80 ℃
重氮盐的水解是单分子亲核置换反应，其历程为
A r N 2 + 慢 Ar + + N 2 快H
2 O
A r OH
§ 9.6硝基化合物的水解
芳环上的硝基如果受到邻对位上强吸电子基团的影响而得到活化
NO 2
NO 2
O H
NO 2
二甲基亚砜
N a O H
N H 2
NO 2
R
N a N O 2
H 2 SO 4
N 2
+
NO 2
R
H
+
H 2 O
N 2
+
O H
R
§ 9.7苯的直接羟基化
苯分子在热力学上高的稳定性使其难以加成和氧化
苯环中的碳原子受共轭 π电子的屏蔽作用，
有利于亲电取代，而－ OH是亲核基团
产物酚比苯活泼，一旦生成酚后，容易进一步反应苯直接制苯酚反应历程
亲电取代，即在强负电性离子作用下，
使羟基有亲电性
游离基取代，在催化剂作用下产生游离基 ·OH或 ·OOH
通过金属－氧络合物将氧原子插入到 C－
H键之间
（ 1）亲电取代
H2O2和 HF在－ 30-50℃ 反应（苯酚的收率可达 37％）
次氟酸与苯反应，氟强吸电性使 OH基具有亲电性
（ 2）游离基取代
以 Na2S2O8 ＋ Fe＋＋ ＋ Cu＋＋,30℃ 反应，收率 64％
反应历程点：在 Fe＋＋ 作用下，使过氧化物分解放出游离的 ·OH,·OH进攻芳环
§ 9.8烷基芳烃的氧化－酸解
+ H 2 C = C H - C H 3
A l C l 3
HC
C H 3
C H 3
[ O ]
C
C H 3
C H 3
O O H
H
+
O H
+ CH 3 C C H 3
O
优点：
以苯和丙稀为原料,同时联产丙酮
不需要消耗大量的酸碱,三废少
连续操作,生成能力大,成本低
已经成为苯酚生产的主要方法（万吨级）
酸性分解所用酸：硫酸、磷酸、对甲苯磺酸
酸解反应放热,→ 副反应，甚至有爆炸危险 ← 控制丙酮回流来控制反应稳定
（ 60-100℃ ）
酸解加料顺序,CHP越低，副反应越少，
因而将 CHP浓缩液连续地加到酸解液中，
立即被酸解液所稀释，使 CHP浓度控制在 0.2％左右
此方法也用于制备间甲酚和 2-萘酚
§ 9.9环烷的氧化－脱氢
环己烷的氧化－脱氢制备苯酚
四氢萘的氧化脱氢制备 1-萘酚
§ 9.10芳酸的氧化－脱羧
C O O H
C u - M g
氧化脱羧
O H
（ 1）苯甲酸铜的生成
（ 2）苯甲酸铜的热解
（ 3）苯甲酰基水杨酸的水解
（ 4）水杨酸脱羧生成苯酚
（ 5）苯甲酸亚铜可再生为苯甲酸铜
