第三章鹵化反應

第3章鹵化氟化氯化溴化碘化

向有機化合物分子中碳原子上引入鹵原子的反應叫做鹵化反應。一、鹵化反應定義R-HR-XX2賦予最終產品某些性能(1)色光高氯代銅酞菁（酞菁綠）二、鹵化反應的目的銅酞菁（酞菁藍）七氟菊酯（2）殺蟲、殺菌性（3）阻燃性2,3,5,6-四氟-4-甲基芐基(Z)-(1RS,3RS)-3-(2-氯-2,3,3-三氟丙-1-烯基)-2,2-二甲基環(huán)丙烷羧酸酯－X(－Cl)－NH2,－OH,－F,－OR,－OAr

親核置換δ+

有機物分子中引入鹵素，分子極性增加，可通過鹵素的轉換制備含有其他取代基的衍生物，如鹵素置換成羥基、氨基、烷氧基等。61/15/2023鹵素單質：Cl2、Br2、I2鹵化氫＋氧化劑：

HCl+NaClO3(NaClO)HBr+NaBrO3(NaClO)鹵化氫或鹽：HF、NaF、SbF5、HCl、HBr、NaBr其它：SO2Cl2、COCl2、ICl三、鹵化劑（1）氯化劑：Cl2、HCl+氧化劑、HCl+空氣、HCl（2）溴化劑：Br2、HBr+氧化劑、N-溴代酰胺（3）碘化劑：I2、ICl（4）氟化劑：HF、NaF、KF按照反應類型分類81/15/2023置換鹵化：親核反應－置換氟化四、鹵化反應類型慢快3.2.1反應歷程和催化劑1、反應歷程(1)以FeCl3為催化劑Cl2

＋FeCl3[Cl+

?FeCl4-]Cl+＋FeCl4-

Fe

3.2芳環(huán)上的取代鹵化反應（重點）催化劑作用：使氯分子極化，或生成Cl+101/15/2023(2)以硫酸或碘為催化劑(3)以二氯硫酰為氯化劑(紅棕色液體)(5)鹽酸加氧化劑體系

在水介質中進行氯化時，一般用鹽酸加氧化劑來產生Cl2或Cl+，并利用控制氧化劑的用量來控制Cl2的生成量。(4)不用催化劑的情況：前提：當有機物容易被氯化且反應可以在水介質中進行。2、催化劑的選擇說明：催化劑不僅會影響鹵化反應速率，而且還會影響鹵原子進入芳環(huán)的位置。特別是當苯環(huán)上有鄰、對位定位基時，影響鄰、對位鹵化產物的比例。

一般概念是：鹵化劑與催化劑形成的配合物的體積越大，空間位阻越大，生成對位異構體的比例就越大。131/15/20232、催化劑的選擇(1)苯的一氯化制氯苯催化劑FeCl3——實際操作時向反應器中加入的是廢鐵屑、鐵旋絲或廢鐵管等。(2)苯的二氯化制對二氯苯催化劑①Sb2S3，對/鄰比為（3.3～3.6):1；②Sb2S3-I2，對/鄰比為7.5:1；③經氧氯混合氣體處理過的硫化鐵-硅鋁膠,對/鄰比為8.0:1；④經二氯乙酸鈉處理過的沸石，對位收率可達97.5%。對二氯苯為第三代新型殺蟲、防霉劑，同時，對二氯苯又是生產世界上第六大工程塑料聚苯硫醚的主要原料。141/15/2023(3)甲苯的氯化制對氯甲苯催化劑主要用于生產鄰氯苯甲醛或鄰氯苯甲酸用于生產對氯苯甲醛、對氯三氯甲基苯或對氯苯甲酸等，工業(yè)需求量大。催化劑對位選擇性（%）FeCl324%-37%AlCl3-KCl40%鐵粉+WS248%(AlCl3·KC)與多氯化硫氧雜醌等有機復合催化劑50%-60%沸石催化劑加助催化劑90%表4-5催化劑對甲苯氯化產物組成的影響151/15/2023(5)苯酚的氯化催化劑酚類、胺類和多烷基等活潑物質的氯化，不需加入催化劑。這時進攻質點是氯分子。收率70%161/15/20233.2.2反應動力學(自學）苯環(huán)上的取代氯化為一連串反應，其反應式為：室溫下，k1=10k2，k3《k2，k1，所以反應初期，三氯苯的量很少，可以忽略不計。xAxCxDxA+xC+xD=1.00前提:xA0=1.00171/15/20233.2.3重要實例——氯苯的制備

1、苯的一氯化制氯苯方法：沸騰氯化法

（P68，自學）181/15/2023

2、2，6-二氯苯酚的制備硫酸催化N,N-二甲基苯胺190-200℃1、2、Cl2，15℃1,2-二氯乙烷OHCOOHC2H5OHOHCOOC2H5SO2Cl2OHCOOC2H5ClClKOHOHCOOHClClOHClCl130℃3、對叔丁基苯酚的氯化，脫叔丁基法此法原料易得，氯化收率98%，脫叔丁基收率91.5%，成本低。

3、2，6-二氯苯胺的制備70%H2SO4,170℃磺胺氯化，水解脫磺基法2，6-二氯苯胺是重要的醫(yī)藥中間體，純度要求99.5%以上，因此不能用苯胺的直接氯化法來制備；其合成路線較多，現(xiàn)已改用二苯脲的磺化。（了解即可）優(yōu)點：原料低廉，收率高，生產成本低。缺點：水蒸汽消耗量大，硫酸廢液多。221/15/2023一、溴化方法1、苯的溴化反應可用MgBr2、ZnBr2等金屬溴化物做催化劑，也可用少量碘做催化劑。2、由于溴的價格較貴，故要求能夠充分利用。一種方法是捕集釋放出的溴化氫，將其再生成溴繼續(xù)使用；另一種方法是直接向反應器中加入氧化劑，使生成的溴化氫即刻被氧化溴。3.2.2芳環(huán)上的取代溴化反應231/15/2023二、實例1、十溴二苯醚的制備(阻燃劑）熔點高達306-310℃大過量溴為溶劑AlCl3純品含溴83.3%（質量分數(shù)），熔點最高可達306℃～310℃在大多數(shù)溶劑中溶解度很小。241/15/2023一、碘化反應在制備芳香取代碘化物時，必須避免可逆反應發(fā)生，因此可設法不斷除去反應中生成的碘化氫，并使用親電性較強的碘化劑。去除碘化氫的方法為加入氧化劑，使碘化氫氧化成元素碘而重復參加反應，常用的氧化劑有硝酸、碘酸、過氧化氫、三氧化硫等．3.2.3芳環(huán)上的取代碘化反應二、實例1、2,6-二碘-4-氰基苯酚甲醇溶劑20～25℃觸殺性除草劑2、2一碘苯氧乙酸在乙酸和CCl4溶劑中，在少量H2SO4中存在下用碘和H2O2碘化而得

261/15/20233.3羰基α-H取代鹵化3.3.1反應歷程H+或Lewis酸催化堿催化羰基α一氫的取代鹵化是酸催化或堿催化的親電取代反應，鹵化劑主要是Cl2和Br2，鹵素總是取代羰基的α位的氫。3.3.1反應歷程在這里鹵素總是取代羰基α位的氫3.3.2催化劑（1）酸催化劑；質子酸（H2SO4、HCl）和Lewis酸（硫磺、磷、碘和金屬鹵化物等）。用Lewis酸催化劑時常常有一個誘導期，這是因為如果鹵化開始時沒有H＋，烯醇化的速度很慢，當反應中不斷產生鹵化氫后，烯醇化速度變快，使鹵化速度也變快。縮短誘導期的方法是在反應開始時加入少量鹵化氫。（2）堿催化劑：無機堿（NaOH、CaO等），有機堿（脂肪胺、吡啶、三苯基膦、酰胺、乙酸鈉等）。用無機堿催化時，其用量要足夠完全中和鹵化時生成的鹵化氫。用有機堿催化時，催化劑量的有機堿鹵氫酸鹽仍具有催化作用，但必須使鹵化時生成的鹵化氫完全逸出體系，以免轉變成酸催化，為此要用不能溶解鹵化氫的非質子傳遞有機溶劑，例如：鹵代烷等。3.3.3被鹵化物結構的影響（1）羰基的α一碳原子上連有供電基時，有利于酸催化，它有利于酸催化下的烯醇化和烯醇的穩(wěn)定，鹵原子主要取代這個α碳原子上的氫。（2）當羰基α一碳原子上連有鹵基等吸電子基時，酸催化受到抑制，這時在同一個α碳原子上引入第二個鹵原子就比較困難。但在堿催化時，則羰基α碳原子上各種取代基的影響相反，這時容易生成同碳α多鹵化物。3.3.4三氯乙醛的制備其制備有乙醛氯化和乙醇氯化兩種方法。乙醛的氯化法介紹為了保護醛基，避免縮合反應，需加入適量水，生成水合乙醛，然后在10℃-70℃通入Cl2進行氯化，生成水合三氯乙醛。3.4芳環(huán)側鏈α—氫的取代鹵化芳環(huán)側鏈α氫的取代鹵化是典型的自由基鏈反應，其反應歷程包括鏈引發(fā)、鏈增長和鏈終止三個階段。鏈引發(fā)：氯分子在高溫、光照或引發(fā)劑的作用下均裂為氯自由基。

Cl22Cl·鏈增長：C6H5CH3+Cl·C6H5CH2·+HCl↑C6H5CH2·+Cl2C6H5CH2Cl+Cl·C6H5CH3+Cl·C6H5CH2Cl+H·在此基礎上繼續(xù)α氫的取代鹵化。

H·+Cl2Cl·+HCl↑應當指出：在一般條件下，芳環(huán)側鏈的非α氫一般不發(fā)生鹵基取代反應。鏈終止：自由基互相碰撞將能量轉移給反應器壁、或自由基與雜質結合，可造成鏈終止，例如：Cl·+Cl·Cl2Cl·+O2ClOO·3.4.3主要影響因素（1）光源：氯分子的離解能是238.6kJ/mol，甲苯在沸騰溫度下，其側鏈一氯化已具有明顯的反應速度，氯分子的光離解能是250kJ/mol，一般可用富有紫外線的日光燈。（2）引發(fā)劑；最常用的自由基引發(fā)劑是有機過氧化物和偶氮化合物，它們的引發(fā)作用是在受熱時分解產生自由基。（P76）3.4.3主要影響因素（3）雜質：不應有鐵、鋁、水等極性雜質，它能使氯分子極化，因為它有利于芳環(huán)上的親電氯基取代反應，而不利于芳環(huán)側鏈α一氫的取代鹵化，微量鐵離子可用PCl3掩蔽，要用不含氧的液氯；（4）溫度；為了使氯分子或引發(fā)劑熱離解為自由基，需要較高的氯化溫度，但溫度太高容易引起副反應，現(xiàn)趨向在光照和復合催化劑存在下降低氯化溫度。氯化芐的生產（自學）

甲苯的側鏈氯化可制取一氯芐、二氯芐、三氯芐

反應式如下:ArCH3+Cl2ArCH2Cl+HCl100℃以上一氯芐ArCH2Cl+Cl2ArCHCl2+HCl100℃以上光照ArCHCl2+Cl2ArCCl3+HCl光照，加引發(fā)劑110

℃二氯芐三氯芐反應器：搪瓷釜或搪玻璃塔式反應器重要實例3.5飽和烴（或烷烴）的取代鹵化

烷烴用鹵素直接取代鹵化為自由基反應，鹵素的反應活性次序為：F2＞Cl2＞Br2＞I2。由于氟的反應活性過于劇烈，而且難以控制，所以往往會使有機物裂解成為碳和氟化氫。碘的反應活性太差，與烷烴通常不會發(fā)生取代反應。因此有實際意義的只是氯和溴與烷烴的取代反應。烷烴分子中不同C-H鍵的反應活性次序為：叔C-H＞仲C-H＞伯C-H飽和烴的取代鹵化是自由基鏈反應與芳環(huán)側鏈鹵化的反應歷程相似。3.6烯烴α-H的取代鹵化高溫熱氯化法。3.7鹵素對雙鍵的加成鹵化鹵素對雙鍵的加成鹵化反應主要是用氯或溴的加成鹵化，因為氟與烯烴的加成反應過于激烈，難于控制，而碘與烯烴的加成反應比較困難，用氯或溴的加成鹵化一般采用親電加成反應，但有時也采用自由基加成反應。3.7.1親電加成鹵化1反應歷程鹵素分子對雙鍵進行親電進攻，先形成π配合物，再生成二鹵化物。以溴化為例。3.7.1親電加成鹵化一般認為溴分子在接近雙鍵時，受到雙鍵π電子的供電影響使溴分子中的σ鍵極化，使離π鍵較近的溴原子帶部分正電荷，并形成π配合物，接著Br—Br鍵異裂生成環(huán)狀溴鎓離子中間體。然后溴負離子從背面進攻溴鎓離子中兩個碳原子之一，生成鄰位二溴物，而且一般是反向加成。3.7.1親電加成鹵化2主要影響因素用路易斯酸催化劑或不用催化劑，當鹵化產物為液體時，可以不用溶劑或用鹵化產物作溶劑，當鹵化產物為固體時，一般用四氯化碳、三氯乙烯等惰性非質子傳遞溶劑，在不致引起副反應時，也可以用CH3OH、CH3CH2OH等質子傳遞溶劑。溫度對于烯烴鹵化反應歷程和反應方向有很大影響，如果溫度過高，將轉變成自由基取代鹵化。3.7.2自由基加成鹵化在光、高溫或引發(fā)劑的作用下，氯分子和溴分子可以均裂為氯自由基或溴自由基，兩者可以雙鍵發(fā)生自由基加成鹵化鏈反應，但要注意：在自由基引發(fā)劑的存在下，烯烴也會發(fā)生聚合反應，因此自由基加成鹵化的應用受到很大限制。例二氯丁烯，六六六的合成（自學）。3.8鹵化氯對雙鍵的加成鹵化一般采用親電加成反應，但有時則需要采用自由基加成反應（1）反應歷程一般認為反應是分兩步進行的：第一步是HX分子中的H+對雙鍵進行親電進攻，生成正離子中間體第二步是X－的進攻，生成加成產物3.8.1親電加成鹵化在反應液中加入FeCl3、AlCl3等Lewis酸催化劑有利于HX異裂。例如：H－Cl+FeCl3H++FeCl4－3.8.1親電加成鹵化a當雙鍵中的C原子上有供電基（例如各種烷基或鹵基）時，雙鍵中的π電子向含供電基少、含氫多的碳原子轉移，H+加到含氫多的碳原子上，鹵素連到含氫少的C原子上，即服從Markovnikov規(guī)則：b當雙鍵中的C原子上連有強吸電子基（例如-COOH，-CN，-CF3，-N+(CH3)3）時，雙鍵中的π電子含強吸電基多，含氫少的碳原子轉移，H+加到含氫少的碳原子上，即與Markovnikov規(guī)則相反：（2）反應物結構的影響鹵化氫的活潑性次序是：HI>HBr>HCl>HF。3.8.1親電加成鹵化（3）重要實例①1-氯-3-甲基-2-丁烯(重要的合成香料中間體)3.8.2自由基加成鹵化在沒有異裂催化劑，并在過氧化物自由基引發(fā)劑的存在下，HBr均裂產生溴自由基Br·，后者連到雙鍵中含氫多的C原子上。3.8.2自由基加成鹵化因為仲碳自由基活性中間體比伯碳自由基活性中間體較穩(wěn)定，所以自由基加成溴化時，溴連到含氫多的C原子上，與Markonikov規(guī)則相反。3.9置換鹵化鹵原子置換有機分子中已有取代基的反應統(tǒng)稱為“置換鹵化”，可被鹵原子置換的取代基主要有羥基、重氮基、硝基、氯基、溴基和磺酸基等。3.9.1鹵原子置換羥基鹵化氫的活潑性次序是：HI＞HBr＞HCl＞＞HF醇類的活潑性次序是：烯丙型醇＞叔醇＞仲醇＞伯醇上述反應為可逆反應。1、醇羥基2、羧羥基a、鹵原子置換羥基必須用光氣COCl2、亞硫酰氯SOCl2

、PCl3、PBr3、三氯氧磷POCl3等活潑鹵化劑，在無水條件下反應。3、雜環(huán)羥基芳環(huán)上和吡啶環(huán)上的羥基很難被鹵原子置換，但是雜環(huán)上的羥基易被氯原子或溴原子置換。所用鹵化劑COCl2（光氣）法和SOCl2（亞硫酰氯）、POCl3（三氯氧磷）。例：3.9.2