第五节　氨解反应

氨解反应是指含各种不同官能团的有机化合物在胺化剂的作用下生成胺类化合物的反应，也称为氨基化或胺化反应。按被取代基团的不同，氨解反应包括卤素的氨解、羟基的氨解、磺基的氨解、硝基的氨解、羰基化合物的氨解和芳环上的直接氨解等。利用氨解反应可以得到伯、仲、叔胺。

合成胺类的方法很多，按反应的类型可分为：还原、水解、氨解、加成和重排五种类型。

一、氨解

1.氨解剂

氨解反应的氨解剂有液氨、氨水、溶解在有机溶剂中的氨、气态氨或者由固体化合物如尿素或铵盐中放出的氨以及各种芳胺。

2.反应原理

（1）脂肪族化合物氨解　由于酯类氨解时只得到酰胺一种产物，因而对酯类的氨解研究较多。酯氨解的反应式如下：

乙二醇是进行酯氨解的较好催化剂，当有水存在时，会有少部分水解副反应发生。烷基的结构对氨解反应速率的影响很大，烷基或芳基的相对分子质量越大，结构越复杂，则氨解反应速率越快。

（2）芳香族化合物氨解

①氨基取代卤原子。芳香氯化物的氨解反应属亲核取代反应，邻或对硝基氯苯与氨水溶液加热时，氯被氨基取代，其反应方程式如下：

加入铜催化剂，有利于芳香氯化物的氨解反应。特别是有利于苯环上不带有吸电子基的芳香卤化物的氨解。如氯苯、二氯苯在没有铜催化剂存在时，它们与氨水在高压釜中即使在235℃也不发生氨解反应；然而在铜催化剂存在时，上述氯化物与氨水共热到200℃时，就能反应生成相应的芳胺。

一价铜或二价铜都可以作为氯基氨解时的催化剂，使用时要根据具体条件而定。当低于210℃时，使用一价铜盐的反应速率较快；高于210℃时则使用二价铜盐的反应速率较快。另外，增加氨的浓度可降低副产物酚的生成，增加氨的用量有利于减少二芳胺的生成。

②氨基取代羟基。氨基取代羟基过去主要用在萘系和蒽醌系芳胺衍生物的合成上，近十几年来发展了在催化剂存在下，通过气相或液相氨解，制取包括苯系在内的芳胺衍生物。

羟基被取代成氨基的难易程度与羟基转化成酮式的难易程度有关。例如，2-萘酚存在以下平衡：

一般来说，转化成酮式的倾向性越大，氨解反应越容易发生。

萘系羟基衍生物在亚硫酸盐存在下转变为氨基衍生物的反应，称为布赫勒（Bucherer）反应。

1-萘酚和2-萘酚中的羟基都能在酸性亚硫酸盐存在下被氨基取代。

③氨基取代硝基。近年来利用硝基作为离去基团在有机合成中的应用发展较快。这是因为向芳环上引入硝基的方法早已成熟，它作为离去基团被其他亲核质点取代的活泼性与卤化物相似。氨基取代硝基的反应按加成-消除反应历程进行。硝基苯、硝基甲苯等未被活化的硝基不能作为离去基团发生亲核取代反应。

④氨基取代磺酸基。磺酸基的氨解也是亲核取代反应。苯系和萘系磺酸化合物，尤其是当环上不含吸电子取代基时，氨解反应要困难得多，需采用氨基钠和液氨在加压加热条件下反应，其反应通式如下：

二、氨解方法

利用氨解方法制胺常常可以简化工艺，降低成本，改进产品质量和减少“三废”。近年来氨解方法的重要性日益提高，应用范围不断扩大。

1.卤代烃氨解

卤烷与氨、伯胺或仲胺的反应是合成胺的一条重要路线。由于脂肪胺的碱性大于氨，反应生成的胺容易与卤烷继续反应，因此用本法合成脂肪胺时，得到的常常是伯、仲、叔胺的混合物，分离麻烦，而且必须有廉价的原料卤烷，因此除乙二胺等少数品种外，多数脂肪胺产品不采用这种方法生产。

芳香卤化物的氨解反应比卤烷困难得多，往往需要在高温、催化剂和强胺化剂的条件下才能反应。卤化物的结构以及反应条件，对氨解反应速率和所得产物的结构有重要影响，在选择氨解方法时要考虑这些因素。

2.醇与酚的氨解

（1）醇类的氨解　多数情况下醇的氨解要求较强烈的反应条件，需要在催化剂和较高的温度下进行反应。

该法是目前制备低级胺和一些长链胺类常用的方法。所得到的反应产物也是伯、仲、叔胺的混合物。采用过量的醇，生成较多的叔胺；采用过量的氨，则生成较多的伯胺。催化剂除Al2O3外，也可选用其他催化剂。例如，在CuO/Cr2O3催化剂及氢气的存在下，一些长链醇与二甲胺反应可得到高收率的叔胺。

（2）酚类的氨解　酚类的氨解方法与其结构有密切关系。不含活化取代基的苯系单羟基化合物的氨解，要求十分剧烈的反应条件。工业上有两种实现酚类氨解的方法。一种是气相氨解法，它是在催化剂存在下，气态酚类与氨进行的气固相催化反应；另一种是液相氨解法，它是酚类与氨水在氯化锡、三氯化铝、氯化铵等催化剂存在并于高温高压下制取胺类的过程。

3.硝基的氨解

这里主要叙述硝基蒽醌氨解为氨基蒽醌。蒽醌分子中的硝基，由于醌阴性基的作用而呈显著活性，所以它能与苯酚盐进行苯氧基化反应，与亚硫酸盐进行磺化反应引入磺基，与氨反应引入氨基。当蒽醌上有第二类定位基存在时，能促进反应的进行。

由1-硝基蒽醌氨解制1-氨基蒽醌的反应式如下：

由1-硝基蒽醌制备1-氨基蒽醌的氨解过程中，如果NH4NO2大量积累，干燥时会有爆炸危险。采用过量较多的氨水使NH4NO2溶在氨水中，出料后再用水冲洗反应器，可以防止事故的发生。反应常用的溶剂为醇、醚或芳烃等。

4.磺酸基氨解

其典型实例是2，6-蒽醌二磺酸铵氨解制备2，6-二氨基蒽醌，其反应式如下：

2，6-二氨基蒽醌为制备黄色染料的中间体。蒽醌磺酸与氨反应时所生成的亚硫酸盐将导致生成可溶性的还原产物，使氨基蒽醌的产率和质量下降，因此在磺基的氨解中需要有氧化剂存在，间硝基苯磺酸是最常用的氧化剂。

5.芳烃上的直接氨解

通常要在芳烃环上引入氨基，要先引入—NO2、—SO3H、—Cl等吸电子取代基，以降低芳环的碱性，然后再进行亲核取代反应，引入氨基。若能对芳环上的氢直接进行亲核取代引入氨基，就可大大简化工艺过程，这种方法目前正处于探索阶段。比较重要的直接氨化反应是以羟胺为反应剂和以氨基钠为反应剂的方法。

碱性介质中以羟胺为胺化剂的直接氨解是最重要的直接氨解方法，属亲核取代反应。当苯系化合物中至少存在两个硝基，萘系化合物中至少存在一个硝基时，可发生亲核取代生成伯胺。

向含氮杂环化合物中直接引入氨基的路线被工业上用来合成2-氨基吡啶和2，6-二氨基吡啶以及喹啉、嘧啶、咪唑等其他氮杂环氨基化合物。

6.通过水解反应制胺

通过异氰酸酯、脲、氨基甲酸酯以及N-取代酰亚胺的水解，可以得到纯的伯胺；而由氰酰胺、对亚硝基-N，N-二烷基苯胺和季亚胺盐水解，则可制得纯仲胺。

脲、异氰酸酯和氨基甲酸酯的水解，既可在碱性溶液中进行，也可在酸性溶液中进行，NaOH溶液和氢卤酸是常用的试剂。

氰酰胺、对亚硝基-N，N-二烷基苯胺和季亚胺盐的水解可以在酸或碱的存在下完成，制得纯净的仲胺：

苯甲醛与伯胺反应，可顺利制得席夫碱而无须分离。将席夫碱直接烷基化，再进一步水解是制备某些仲胺的好方法。

7.通过加成反应制胺

用不饱和化合物与胺反应是制备胺类的一种简便方法。含氧或氮的环构化合物容易与胺反应，生成α-羟基胺或二元胺。

羰基化合物的氨解是在还原剂存在下发生的氢化氨解反应，分别生成伯胺、仲胺或叔胺。低级脂肪醛的氨解反应，可在气相及加氢催化剂镍上进行；而高沸点的醛和酮则往往在液相中进行。

反应生成的伯胺可与原料醛进一步反应，生成仲胺或叔胺，通过调节原料中氨和醛的比例，可使某一种胺成为主要产物。

环氧乙烷与氨的反应需在压力下进行，生成的氨基乙醇还能继续与环氧乙烷反应，进一步得到二乙醇胺。控制反应物的配比及反应条件，将得到以某一产物为主的产品。由于环氧乙烷与环氧丙烷都是易得的原料，该合成方法对于合成2-氨基乙醇和1-氨基-2-丙醇的衍生物十分有用。

8.通过重排反应制胺

由羧酸及其衍生物转化成减少一个碳原子的胺，霍夫曼（Hofmann）重排是最常用的方法之一。利用该法制胺，产率较高、产物较纯，工业上利用该法制备硫靛染料的中间体邻氨基苯甲酸及对苯二胺就是两个重要的实例。

9.芳胺基化

使芳胺与含活泼基团的芳族化合物作用制取二芳胺的反应称为芳胺基化。常见的芳胺基化反应主要有四种类型，即芳族卤化物的芳胺基化、芳族羟基化合物的芳胺基化、芳族氨基化合物的芳胺基化和芳族磺酸化合物的芳胺基化。可以用通式来表示：

其中Ar1和Ar2表示芳烃；Y表示—Cl、—Br、—OH、—NH2或—SO3Na。

例如，在少量苯胺盐酸盐的存在下，2-萘酚与苯胺于200～260℃常压回流，得到苯基-2-萘胺，又名防老剂D。

三、氨解反应在精细化学品生产中的应用

氨解反应是制取胺类化合物的重要方法之一，在染料、表面活性剂、农药等领域中有着广泛的应用。例如：

苯酚气相催化氨解制苯胺是典型的、主要的氨解过程。苯胺是一种通用的中间体，其在农药、医药、染料工业中都有广泛应用。

该反应是可逆温和的放热反应，采用较高的氨和苯酚摩尔比以及较低的反应温度是有利的。

氨解反应在染料工业中应用极广，如1，4-二羟基蒽醌在硼酸、锌粉存在下与过量甲苯胺反应，可制得1，4-二对甲苯胺基蒽醌，它是酸性染料中间体。

1-氨基蒽醌是染料的重要中间体，除采用由蒽醌经硝化、还原或硝基蒽醌的氨解路线来合成外，还可采用硝基萘醌与丁二烯缩合，再氧化还原的路线。

工业上利用霍夫曼重排制备硫靛染料的中间体对苯二胺是以对二甲苯为原料，经液相空气氧化为对苯二甲酸，再经氨化、霍夫曼重排即得对苯二胺。

芳香卤化物氨解反应的典型应用是由邻硝基氯苯氨解制备邻硝基苯胺。由邻硝基苯胺还原得到的邻苯二胺是合成多菌灵、托布津等高效低毒农药的重要原料。

工业生产中通常用间歇和连续两种工艺。用高压管道连续法生产，具有生产能力高、投资少、生产安全的优点。