4.3　其他烷基化试剂

4.3.1　烯、炔

（1）烯、炔用作C-烷基化试剂

烯烃也是常用的烷基化试剂，如乙烯、丙烯、异丁烯等。催化剂一般选用三氯化铝，也有的用三氟化硼、氟化氢作催化剂。

在烷基化过程中，催化剂的作用是使烷基化试剂强烈极化成为活泼的亲电试剂，这种亲电试剂进攻芳环生成σ配合物，再脱去质子而变为最终产物。要指出的是，三氯化铝作催化剂时，还必须有微量的能提供质子的共催化剂（比如氯化氢）存在，才能进行烷基化反应。烯烃作为烷基化试剂，机理可表示如下：

反应开始时，三氯化铝与氯化氢作用生成配合物，生成的配合物与烯烃反应形成活泼的烷基正离子，烷基正离子进攻芳环，再脱去质子形成最终产物。在整个烷基化过程中，烯烃的加成遵循马科夫尼科夫规则（马氏规则），例如：

CH3—CHCH2+H+ CH3—H—CH3

（CH3）2CCH2+H+ （CH3）3C+

由于反应过程是经历了一个碳正离子的过程，中间体可能发生重排。如丙烯和苯反应生成异丙苯，异丁烯和苯反应生成叔丁苯等。

烯烃在一定条件下会发生聚合、异构化等副反应，因此在烷基化时要控制好反应条件，以减少副反应的发生。

乙炔及单取代的炔化物，它们的端基氢受到碳碳叁键的影响而容易脱落下来，因而具有一定的酸性，其酸性介于氨与水之间。这类炔烃可与强碱如氨基钠等作用生成炔化钠，炔化钠可作为亲核试剂与卤代烷以及羰基化合物反应，生成炔烃衍生物。反应过程可表示如下：

炔化钠与卤代烷反应较易进行，不同卤素原子取代的卤代烷的反应活性有所不同，烷基相同的情况下，碘代烷的活性最大，其次是溴代烷，再次是氯代烷，氟代烷的活性最差。另外，卤素原子相同时，反应的活性还与烷基的大小有关，一般烷基越大活性越小。由于碘代烷价格较贵，实际中应用以溴代烷最为合适。

上述反应中，金属炔化物可在羰基碳原子上引入一个炔基，这在工业上具有重要意义。例如维生素A的中间体六碳醇就是用乙炔化钙和甲基乙烯基酮反应得到的，反应式如下：

（2）烯、炔用作N-烷基化试剂

脂肪族或芳香族类化合物都能与烯烃发生N-烷基化反应，反应是通过烯烃的双键与氨基上的氢加成而完成的。常用的烯烃为丙烯腈和丙烯酸酯，烷基化后可分别引入氰乙基和羧酸酯基：

RNH2+CH2 CH—CNRNHCH2CH2CN

RNHCH2CH2CN+CH2 CH—CNRN（CH2CH2CN）2

RNH2+CH2 CHCOOR'RNHCH2CH2COOR'

RNHCH2CH2COOR'+CH2 CHCOOR'RN（CH2CH2COOR'）2

丙烯腈和丙烯酸分子中官能团列为吸电子基团，使得分子中β-碳原子上带部分正电荷：

从而有利于胺类发生亲核加成，生成N-烷基取代物。

与卤烷和硫酸酯相比，烯烃衍生物的烷基化能力较弱，在进行N-烷基化时常需加入酸性或碱性催化剂。常用酸性催化剂有：乙酸、硫酸、盐酸、对甲苯磺酸等；常用的碱性催化剂有：三甲胺、三乙胺等；此外，铜盐，如CuCl2、CuCl、CH3COOCu等也是比较常用的催化剂。

胺与烯烃的加成反应是一个连串反应，伯胺可引入两个烷基，分别得到仲胺和叔胺，但在引入第一个烷基衍生物后，反应活性将下降。同时，由于某些烯烃容易发生聚合（如丙烯腈），故在使用这些烯烃时，还要加入少量的阻聚剂（如对苯二酚等）以防止聚合。

当反应物的摩尔比不同时，所得到的产物也会有所不同。例如：丙烯腈与苯胺按摩尔比为1∶1.6混合后，加入少量酸催化剂和少量的对苯二酚（此处作为阻聚剂），在水中回流反应，主要生成N-（β-氰乙基）苯胺。而当取代苯胺与丙烯腈的摩尔比为1∶2.4时，则会在苯胺上引入两个氰乙基。

将苯胺与丙烯酸甲酯以1∶（3～4）的物质的量比混合，并加入乙酸和对苯二酚，在120～150℃时可进行烷基化反应：

丙烯酸酯，特别是丙烯酸甲酯是石油化工生产的大宗产品，因此，通常选用丙烯酸酯作为烷基化试剂。需要指出的是，丙烯酸甲酯的烷基化能力比丙烯腈弱，对于某些需要引入两个羧酸酯基的芳胺，就要使用过量的丙烯酸甲酯和比较强烈的反应条件。即使是这样，产品中往往还会含有少量单烷基化合物。

4.3.2　醇、醛和酮

醇、醛和酮均是反应能力较弱的烷基化试剂，只适用于活泼芳香族衍生物的烷基化，如苯、萘、酚和芳胺类化合物。催化剂可选用路易斯酸（如三氯化铝、氯化锌等）和质子酸（如硫酸、盐酸等）等。要特别指出的是，这三类烷基化试剂在烷基化反应时，都会有水生成，生成的水会使三氯化铝等路易斯酸催化剂催化活性降低。

（1）醇用作烷基化试剂

酸性催化剂作用下，用醇对芳胺进行烷基化，温度不太高（200～250℃）时，烷基首先取代氮原子上的氢，发生N-烷基化。

如果将温度再升高至240～300℃，氮原子上的烷基将转移到芳环上，主要生成对位烷基芳胺：

在高压釜中加入苯胺、丁醇和无水氯化锌（摩尔比为1∶1∶0.5）的混合物，先在温度为210℃，0.8MPa压力下，加热6h，再在240℃及2.2MPa压力下加热10h，然后将反应物在碱液中加热回流5h，分离可得正丁基苯胺。

萘与正丁醇和发烟硫酸可同时发生烷基化和磺化反应，生成二丁基萘磺酸。

醇作为N-烷基化试剂，虽然活性较弱，但因其价格便宜，供应量大，工业上仍常用作活泼胺类的烷基化试剂。醇的烷基化反应常用强酸（如浓硫酸）作催化剂。催化剂的作用是离解出质子，质子可与醇反应生成活泼的烷基正离子。烷基正离子与氨的氮原子上的未共用电子对能形成中间配合物，然后再脱去质子成为伯胺：

同理，由于伯胺的氮原子上还有未共用电子对，伯胺也可进一步烷基化成为仲胺，仲胺又可进一步烷基化成为叔胺，最后生成季铵离子：

（2）醛和酮用作烷基化试剂

醛或酮只适用于活泼芳香族衍生物的烷基化反应，常用于合成二芳基或二芳基甲烷衍生物。例如：过量的苯胺与甲醛在盐酸中反应，可以制备4， 4'-二氨基二苯甲烷：

用类似的方法还可制备以下化合物， 它们都是重要的染料合成中间体：

用甲醛与各种二烷基酚在酸催化剂作用下，可以烷基化制得一系列抗氧剂，如：

用芳醛与活泼的芳香族衍生物进行烷基化反应，可制得三芳基甲烷系衍生物。如将苯胺、苯甲醛在30%盐酸作用下，于145℃减压脱水反应，可得4，4'-二氨基三苯甲烷：

用其他的苯胺衍生物，还可制备类似的三芳基甲烷类产物，这些中间体大多用于三芳甲烷染料。

在酸作为催化剂的条件下，酮类化合物也可作为烷基化试剂。例如：丙酮与苯酚在硫酸或盐酸催化下，可以制得2，2-二（对羟基苯基）丙烷，俗称双酚A：

4.3.3　环氧乙烷

环氧乙烷的分子具有三元环结构，易开环与含有活泼氢的化合物（如水、醇、氨、胺、羧酸及酚等）发生加成反应，故环氧乙烷也是一种有较强活性的烷基化试剂。环氧乙烷作烷基化试剂时可用碱性或酸性催化剂。在高温及压力条件下，最好选用无机酸或酸性离子交换树脂等作催化剂。环氧乙烷加成后引入的羟乙基，仍含有活泼氢，在合适的条件下，可再与环氧乙烷加成，可依次生成两个、三个甚至多个亚乙氧基的加成产物。一般如要得到只含一个亚乙氧基的主要产物，环氧乙烷用量应远远低于理论量。

例如：芳胺与环氧乙烷发生开环加成反应，首先生成N-β-羟乙基芳胺，然后再与另一分子环氧乙烷反应，生成叔胺。

这两个反应的平衡常数K1、K2很接近，因此如果只需引入一个羟乙基时，就要使环氧乙烷的量远远小于化学计算量，一般为理论量的30%～50%。适当增加环氧乙烷用量有利于引入两个羟乙基。例如：当环氧乙烷与苯胺的摩尔比为0.5∶1，反应温度为65～70℃，并加入少量水时，反应主要产物为N-β-羟乙基苯胺，如果用稍大于2mol的环氧乙烷，并在120～140℃和0.5～0.6MPa压力下进行反应，则主要得到N，N-二（β-羟乙基）苯胺。但如果环氧乙烷用量再进一步增大，反应将生成N-聚乙二醇芳胺衍生物：

Ar [（CH2CH2O）mCH2CH2OH]2

氨与环氧乙烷发生加成烷基化反应，首先生成乙醇胺

乙醇胺还可继续与环氧乙烷作用，生成二乙醇胺和三乙醇胺

三种乙醇胺均是无色黏稠液体，可用减压精馏的方法收集不同沸程的三种乙醇胺产品。

环氧化合物与醇发生开环反应，生成羟基醚。开环反应可用酸或碱催化，但往往生成不同的产品。酸及碱催化开环的反应过程是不相同的：

这种反应在工业上的应用之一是由醇类与环氧乙烷反应生成各种乙二醇醚：

反应常用三氟化硼-乙醚配合物作为催化剂，例如由甲醇、乙醇及丁醇可以分别制备乙二醇单甲醚、单乙醚及单丁醚，这些产品都是重要的溶剂。

高级脂肪醇能加成环氧乙烷生成高级脂肪醇聚氧乙烯醚型非离子表面活性剂：

苯酚与萘酚也能加成环氧乙烷，其中重要的是芳基酚（如壬基酚）与环氧乙烷的加成产物：

反应中加成环氧乙烷的量对产品性质的影响极大，可按需要加以控制。加成量小的产品在水中难于溶解；加成量大的，在水中容易溶解。

高级脂肪酸也能加成环氧乙烷生成酯类聚氧乙烯型非离子表面活性剂，是一种性能优良的乳化剂：

需要特别注意的是，环氧乙烷的沸点较低（10.7℃），其蒸气与空气的混合物的爆炸范围很宽，空气含量为3%～98%时都可爆炸，因此在使用环氧乙烷前后，务必要用氮气转换容器内的气体。