烷基化
烷基化
烷基化反应一般指烷基化
利用加成或置换反应将烷基引入有机物分子中的反应过程。烷基化反应作为一种重要的合成手段，广泛应用于许多化工生产过程。
中文名烷基化
外文名alkylate
分类反应
学科化学
词性名词
应用化工生产
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基本概念
烷基化是烷基由一个分子转移到另一个分子的过程。是化合物分子中引入烷基（甲基、乙基等）的反应。如汞在微生物作用下在底质下会烷基化生成甲基汞或二甲基汞。工业上常用的烷基化剂有烯烃、卤烷、硫酸烷酯等。铅的烷基化产物为烷基铅，其中四乙基铅常作为汽油添加剂，作防爆剂。
在标准的炼油过程，烷基化系统在催化剂(磺酸或者氢氟酸)的作用下，将低分子量烯烃（主要由丙烯和丁烯组成）与异丁烷结合起来，形成烷基化物（主要由高级辛烷，侧链烷烃组成）。烷基化物是一种汽油添加剂，具有抗爆作用并且燃烧后产生清洁的产物。烷基化物的辛烷值由所用的烯烃种类和采用的反应条件有关。
大部分原油仅含有有10%-40%可直接用于汽油的烃类。精炼厂使用裂解加工，将高分子量的烃类转变成小分子量易挥发的产物。聚合反应将小分子的气态烃类转变成液态的可用于汽油的烃类。烷基化反应将小分子烯烃和侧链烷烃转变成更大的具有高辛烷值的侧链烷烃。
将裂解，聚合和烷基化相结合的过程可以将原油的70%转变为汽油产物。另一些高级的加工过程，例如烷烃环化和环烷脱氢可以获得芳烃，也可以增加汽油辛烷值。现代化炼油过程可以将输入的原油完全转变为燃料型产物。
在整个炼油过程中，烷基化可以将分子按照需要重组，增加产量，是非常重要的一环。
反应机理
烷基化链式反应机理
各种丁烯——异丁烷烷基化反应的主要产物是2，2，4-三甲基戊烷，在丙烯异丁烷的烷基化反应中，三甲基戊烷在反应产物中也占有相当数量。
以正碳离子理论为基础的烷基化反应，可以归纳为以下链式反应机理。 任何链式反应一般均包括3个步骤，即链的引发、链的增长、链的终止。
（1）链的引发
在异丁烷与烯烃的烷基化反应过程中，烯烃得到氢质子形成正碳离子为链的引发过程，生成的叔丁基上的正碳离子对烷基化反应起着至关重要的作用。
关于链的引发，有几点需要说明：
1、 硫酸或氢氟酸的离解生成了氢质子，从而为正碳离子提供了正离子源，但当酸处于完全不能离解的状态时，如在相当干燥的条件下，也就是说没有极性很大的水分子时，酸不能离解，烷基化反应则不能发生。
2、 只有叔丁基正碳离子能够担任载链的功能，如果其他直链烯烃接受了氢质子，则情况比较复杂：或者直链烯烃本身异构化为叔丁基正碳离子；或者直链烯烃的正碳离子摘取异丁烷的氢负离子，使异丁烷变为叔丁基正碳离子来引发烷基化反应。
3、 大分子正碳离子，特别是酸溶性烃类，是高度离子化的，能够摘取烯烃或异丁烷的氢负离子，生成新的叔丁基正碳离子。
叔丁基正碳离子的主要来源是异丁烯，正丁烯得到质子形成的正碳离子经过氢转移也能得到叔丁基正碳离子。但是人们研究烷基化反应机理时发现，至少部分示踪的正丁烯变成了异丁烷，说明在酸性条件下正丁烯异构化生成了异丁烯，异丁烯接受氢负离子转移成了异丁烷；另外进行异丁烯/异丁烷的烷基化反应并不能显著提高三甲基戊烷的含量，在氢转移起主要作用时，指挥加快异丁烯的二聚和多聚，说明烷基化反应之前正丁烯要经过异构过程。这也是异丁烷与不同烯烃进行烷基化反应所得到的产物分布大致相似的主要原因。
（2）链的增长
叔丁基正碳离子夺取氢负离子后生成产物，并保证了叔丁基正碳离子的继续存在。
（3）链的终止
增长中的正碳离子通常从异丁烷中摘取一个氢负离子而停止增长，这是大多数烷基化链终止的方式。而链增长的正碳离子失去质子成为烯烃却是很少发生的，因为在对烷基化产物进行分析时很少发现有烯烃，而且烯烃一旦生成也会立即在烷基化条件下被质子化而重新参加反应的。
异构化反应机理
①在烷基化的反应温度下，几种丁烯之间的热力学平衡是有利于异丁烯的，从对热力学有利考虑，异丁烯存在的百分数最高。
②从研究来看，各种丁烯所得到的烷基化产物的组成大体上是相似的，也就是说这意味着不同丁烯在进入烷基化反应之前，先进行了异构化反应，并且不同丁烯都异构化为一个以异丁烯为主的平衡的组成相似的烯烃混合物，所以使得不同烯烃的烷基化产物有着相似的组成。
③如果正丁烯直接参加链引发反应的话，将会有相当数量的正丁烷生成。事实上并没有一定量的正丁烷在烷基化反应中生成，这说明不是正丁烯直接参加引发烷基化反应的。
断裂反应机理
多聚反应生成的烯烃在催化剂的作用下得到质子形成正碳离子，这些大分子正碳离子在摘取氢负离子之前自身能够发生断裂反应，所生成的较小分子量的正碳离子摘取氢负离子生成烷烃，这就是生成C5、C7等烷烃的原因。
发生断裂反应还有如下一些证据：
①将2，2，4-三甲基戊烯作为烷基化原料进行反应，在反应产物中发现了C5和C7异构烷烃等低分子产物，说明有断裂反应。
②将三甲基戊烷和二甲基己烷在硫酸存在下进行降解反应，生成相当数量的C4～C7等低分子烷烃或烯烃产物。
对断裂反应的研究发现，烯烃发生多聚合反应所生成的大分子烷基正离子是产生断裂反应的中间体。在不同的反应条件下，可能发生不同种类的断裂反应。
氢负离子转移反应机理
正碳离子有着从其他烷烃分子上摘取一个氢负离子的可能，从而使自己成为稳定的烷烃，同时开始一个新的正碳离子。
正碳离子能够从烯烃以及较大一些聚合物分子中摘取氢负离子，这个反应称为氢负离子转移反应。氢负离子转移反应可以解释丙烯与异丁烷烷基化时也能产生2，2，4-三甲基戊烷的原因了。