4.3　其他烷基化試劑

4.3.1　烯、炔

（1）烯、炔用作C-烷基化試劑

烯烴也是常用的烷基化試劑，如乙烯、丙烯、異丁烯等。催化劑一般選用三氯化鋁，也有的用三氟化硼、氟化氫作催化劑。

在烷基化過程中，催化劑的作用是使烷基化試劑強烈極化成為活潑的親電試劑，這種親電試劑進攻芳環生成σ配合物，再脫去質子而變為最終產物。要指出的是，三氯化鋁作催化劑時，還必須有微量的能提供質子的共催化劑（比如氯化氫）存在，才能進行烷基化反應。烯烴作為烷基化試劑，機理可表示如下：

反應開始時，三氯化鋁與氯化氫作用生成配合物，生成的配合物與烯烴反應形成活潑的烷基正離子，烷基正離子進攻芳環，再脫去質子形成最終產物。在整個烷基化過程中，烯烴的加成遵循馬科夫尼科夫規則（馬氏規則），例如：

CH3—CHCH2+H+ CH3—H—CH3

（CH3）2CCH2+H+ （CH3）3C+

由于反應過程是經歷了一個碳正離子的過程，中間體可能發生重排。如丙烯和苯反應生成異丙苯，異丁烯和苯反應生成叔丁苯等。

烯烴在一定條件下會發生聚合、異構化等副反應，因此在烷基化時要控制好反應條件，以減少副反應的發生。

乙炔及單取代的炔化物，它們的端基氫受到碳碳叁鍵的影響而容易脫落下來，因而具有一定的酸性，其酸性介于氨與水之間。這類炔烴可與強堿如氨基鈉等作用生成炔化鈉，炔化鈉可作為親核試劑與鹵代烷以及羰基化合物反應，生成炔烴衍生物。反應過程可表示如下：

炔化鈉與鹵代烷反應較易進行，不同鹵素原子取代的鹵代烷的反應活性有所不同，烷基相同的情況下，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，鹵素原子相同時，反應的活性還與烷基的大小有關，一般烷基越大活性越小。由于碘代烷價格較貴，實際中應用以溴代烷最為合適。

上述反應中，金屬炔化物可在羰基碳原子上引入一個炔基，這在工業上具有重要意義。例如維生素A的中間體六碳醇就是用乙炔化鈣和甲基乙烯基酮反應得到的，反應式如下：

（2）烯、炔用作N-烷基化試劑

脂肪族或芳香族類化合物都能與烯烴發生N-烷基化反應，反應是通過烯烴的雙鍵與氨基上的氫加成而完成的。常用的烯烴為丙烯腈和丙烯酸酯，烷基化后可分別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團列為吸電子基團，使得分子中β-碳原子上帶部分正電荷：

從而有利于胺類發生親核加成，生成N-烷基取代物。

與鹵烷和硫酸酯相比，烯烴衍生物的烷基化能力較弱，在進行N-烷基化時常需加入酸性或堿性催化劑。常用酸性催化劑有：乙酸、硫酸、鹽酸、對甲苯磺酸等；常用的堿性催化劑有：三甲胺、三乙胺等；此外，銅鹽，如CuCl2、CuCl、CH3COOCu等也是比較常用的催化劑。

胺與烯烴的加成反應是一個連串反應，伯胺可引入兩個烷基，分別得到仲胺和叔胺，但在引入第一個烷基衍生物后，反應活性將下降。同時，由于某些烯烴容易發生聚合（如丙烯腈），故在使用這些烯烴時，還要加入少量的阻聚劑（如對苯二酚等）以防止聚合。

當反應物的摩爾比不同時，所得到的產物也會有所不同。例如：丙烯腈與苯胺按摩爾比為1∶1.6混合后，加入少量酸催化劑和少量的對苯二酚（此處作為阻聚劑），在水中回流反應，主要生成N-（β-氰乙基）苯胺。而當取代苯胺與丙烯腈的摩爾比為1∶2.4時，則會在苯胺上引入兩個氰乙基。

將苯胺與丙烯酸甲酯以1∶（3～4）的物質的量比混合，并加入乙酸和對苯二酚，在120～150℃時可進行烷基化反應：

丙烯酸酯，特別是丙烯酸甲酯是石油化工生產的大宗產品，因此，通常選用丙烯酸酯作為烷基化試劑。需要指出的是，丙烯酸甲酯的烷基化能力比丙烯腈弱，對于某些需要引入兩個羧酸酯基的芳胺，就要使用過量的丙烯酸甲酯和比較強烈的反應條件。即使是這樣，產品中往往還會含有少量單烷基化合物。

4.3.2　醇、醛和酮

醇、醛和酮均是反應能力較弱的烷基化試劑，只適用于活潑芳香族衍生物的烷基化，如苯、萘、酚和芳胺類化合物。催化劑可選用路易斯酸（如三氯化鋁、氯化鋅等）和質子酸（如硫酸、鹽酸等）等。要特別指出的是，這三類烷基化試劑在烷基化反應時，都會有水生成，生成的水會使三氯化鋁等路易斯酸催化劑催化活性降低。

（1）醇用作烷基化試劑

酸性催化劑作用下，用醇對芳胺進行烷基化，溫度不太高（200～250℃）時，烷基首先取代氮原子上的氫，發生N-烷基化。

如果將溫度再升高至240～300℃，氮原子上的烷基將轉移到芳環上，主要生成對位烷基芳胺：

在高壓釜中加入苯胺、丁醇和無水氯化鋅（摩爾比為1∶1∶0.5）的混合物，先在溫度為210℃，0.8MPa壓力下，加熱6h，再在240℃及2.2MPa壓力下加熱10h，然后將反應物在堿液中加熱回流5h，分離可得正丁基苯胺。

萘與正丁醇和發煙硫酸可同時發生烷基化和磺化反應，生成二丁基萘磺酸。

醇作為N-烷基化試劑，雖然活性較弱，但因其價格便宜，供應量大，工業上仍常用作活潑胺類的烷基化試劑。醇的烷基化反應常用強酸（如濃硫酸）作催化劑。催化劑的作用是離解出質子，質子可與醇反應生成活潑的烷基正離子。烷基正離子與氨的氮原子上的未共用電子對能形成中間配合物，然后再脫去質子成為伯胺：

同理，由于伯胺的氮原子上還有未共用電子對，伯胺也可進一步烷基化成為仲胺，仲胺又可進一步烷基化成為叔胺，最后生成季銨離子：

（2）醛和酮用作烷基化試劑

醛或酮只適用于活潑芳香族衍生物的烷基化反應，常用于合成二芳基或二芳基甲烷衍生物。例如：過量的苯胺與甲醛在鹽酸中反應，可以制備4， 4'-二氨基二苯甲烷：

用類似的方法還可制備以下化合物， 它們都是重要的染料合成中間體：

用甲醛與各種二烷基酚在酸催化劑作用下，可以烷基化制得一系列抗氧劑，如：

用芳醛與活潑的芳香族衍生物進行烷基化反應，可制得三芳基甲烷系衍生物。如將苯胺、苯甲醛在30%鹽酸作用下，于145℃減壓脫水反應，可得4，4'-二氨基三苯甲烷：

用其他的苯胺衍生物，還可制備類似的三芳基甲烷類產物，這些中間體大多用于三芳甲烷染料。

在酸作為催化劑的條件下，酮類化合物也可作為烷基化試劑。例如：丙酮與苯酚在硫酸或鹽酸催化下，可以制得2，2-二（對羥基苯基）丙烷，俗稱雙酚A：

4.3.3　環氧乙烷

環氧乙烷的分子具有三元環結構，易開環與含有活潑氫的化合物（如水、醇、氨、胺、羧酸及酚等）發生加成反應，故環氧乙烷也是一種有較強活性的烷基化試劑。環氧乙烷作烷基化試劑時可用堿性或酸性催化劑。在高溫及壓力條件下，最好選用無機酸或酸性離子交換樹脂等作催化劑。環氧乙烷加成后引入的羥乙基，仍含有活潑氫，在合適的條件下，可再與環氧乙烷加成，可依次生成兩個、三個甚至多個亞乙氧基的加成產物。一般如要得到只含一個亞乙氧基的主要產物，環氧乙烷用量應遠遠低于理論量。

例如：芳胺與環氧乙烷發生開環加成反應，首先生成N-β-羥乙基芳胺，然后再與另一分子環氧乙烷反應，生成叔胺。

這兩個反應的平衡常數K1、K2很接近，因此如果只需引入一個羥乙基時，就要使環氧乙烷的量遠遠小于化學計算量，一般為理論量的30%～50%。適當增加環氧乙烷用量有利于引入兩個羥乙基。例如：當環氧乙烷與苯胺的摩爾比為0.5∶1，反應溫度為65～70℃，并加入少量水時，反應主要產物為N-β-羥乙基苯胺，如果用稍大于2mol的環氧乙烷，并在120～140℃和0.5～0.6MPa壓力下進行反應，則主要得到N，N-二（β-羥乙基）苯胺。但如果環氧乙烷用量再進一步增大，反應將生成N-聚乙二醇芳胺衍生物：

Ar [（CH2CH2O）mCH2CH2OH]2

氨與環氧乙烷發生加成烷基化反應，首先生成乙醇胺

乙醇胺還可繼續與環氧乙烷作用，生成二乙醇胺和三乙醇胺

三種乙醇胺均是無色黏稠液體，可用減壓精餾的方法收集不同沸程的三種乙醇胺產品。

環氧化合物與醇發生開環反應，生成羥基醚。開環反應可用酸或堿催化，但往往生成不同的產品。酸及堿催化開環的反應過程是不相同的：

這種反應在工業上的應用之一是由醇類與環氧乙烷反應生成各種乙二醇醚：

反應常用三氟化硼-乙醚配合物作為催化劑，例如由甲醇、乙醇及丁醇可以分別制備乙二醇單甲醚、單乙醚及單丁醚，這些產品都是重要的溶劑。

高級脂肪醇能加成環氧乙烷生成高級脂肪醇聚氧乙烯醚型非離子表面活性劑：

苯酚與萘酚也能加成環氧乙烷，其中重要的是芳基酚（如壬基酚）與環氧乙烷的加成產物：

反應中加成環氧乙烷的量對產品性質的影響極大，可按需要加以控制。加成量小的產品在水中難于溶解；加成量大的，在水中容易溶解。

高級脂肪酸也能加成環氧乙烷生成酯類聚氧乙烯型非離子表面活性劑，是一種性能優良的乳化劑：

需要特別注意的是，環氧乙烷的沸點較低（10.7℃），其蒸氣與空氣的混合物的爆炸范圍很寬，空氣含量為3%～98%時都可爆炸，因此在使用環氧乙烷前后，務必要用氮氣轉換容器內的氣體。