卤素置换反应

1、1.6其它官能团化合物的卤置换反应卤化物的卤素交换反应磺酸酯的卤置换反应see芳香重氮盐化合物的卤置换反应卤化物的卤素交换反应的定义富义:有机卤化物与无机卤化物之间进行 卤原子交换反应，称为Finkelstein卤素交换 反应,在合成上常常利用来制备某些直接 用卤化方法难以得到的碘代姪和氟代怪.RX + XRX + XI可以取代CL Br;F也可以取代Cl、Br-； 这到底是逆原子量顺序，还卤化物的卤素交换反应机理反应机理:大多属于Sn2机理(X=CL Br, X= , F,)亲核试剂卤化物的卤素交换反应亲核试剂的亲核能力亲核试剂的亲核能力-在质子溶剂中,1-的亲核能力最大；-在非质子溶剂中,

2、F的亲核能力最大.RX + X'质子溶齐殳RX' + X°|(X二Cl, Br, X'=I)RX + X范9RX +(X=C1, Br, X!=F)溶剂的分类属于质子极性溶剂的有:水、甲酸、甲醇、 乙醇、正丁醇、乙二醇及其单甲瞇和单乙属于质子非极性溶剂的有:乙酸、戊醇、 乙二醇单丁瞇等；属于非质子极性溶剂的有:二甲基亚飒、 环丁矶、乙月青、DMF、硝基苯、N-甲基 毗咯烷酮、乙酹、丙酮等；属于非质子非极性溶剂的有:炷类、卤代 姪、醯类、酯类、卩比咗、二硫化碳等； N冲基毗咯烷酮环丁矶在质子溶剂中亲核试剂的亲核性卤代烷不溶于水，而亲核试剂往往是无机盐，无 机盐溶

3、于水而不溶或几乎不溶于非极性有机溶剂 中，要使亲核取代反应在溶液中进行，常用醇或 其他溶液如丙酮中加水，使两者都能溶解。在醇和水这样的质子溶剂中，亲核试剂与溶剂之 间可以形成氢键，即能发生溶刑化雇用丄瘠刮与 体积小的亲核试输，形成氢键的能力强,溶剂化 作用大，这样，削弱了亲核试剂与中心碳原子之 间的作用，其亲核性受到溶剂的抑制最为显著， 而象I-这楼体积较大的试剂，被溶剂花较小，故表 现岀强的亲核性能。在质子溶剂中亲核试剂的亲核性在质子溶剂中亲核试剂的亲核性亲核性:0CH3 CH3在非质子溶剂中亲核试剂的亲核性顺序在非质子溶剂（DMSOQMF）中，亲 核性为：F > Cl- > B

4、r > I-.这是因 为祁企子溶剂分子的负电荷裸露在 夕卜，正电荷被掩蔽，它易溶剂化正 离子，而不易溶剂化亲核试剂负离 子。这样的负离子是“赤裸裸”的， 有较大的亲核性。亲核性即亲核试 剂与碳原字结合的能力。F与秋另 同周期，轨道大小相近、重叠好， FC键能大，故在非质子溶剂中F 的亲核性最大。卤化物的卤素交换反应一溶剂对反应历程SJ的影响过渡态的极性大于反应物，因此，极性大的溶剂对过渡态溶剂化的力量也大于反应物，这样溶剂化释放的能量也大，所以离解就能很快地进行。增加溶剂的极性能够 加速卤代烷的离解，对SR历程有利。RX ，丈 + X-迪渡态卤化物的卤素交换反应一 溶剂对反应历程Sn2的

5、影响 亲核试剂电荷比较集中，而过渡态的电 荷比较分散，也就是过渡态的极性不及 亲核试剂，因此，增加溶剂的极性，反 而使极性大的亲核试剂溶剂化，而对Sn2 过渡态的形成不利。因此，在Sn2历程中 增加溶剂的极性一般对反应不利。极性 小的溶剂对Sn2有利。&犷Nu + RX Nu-R-X 一-NuR + 君 嬢子逓态卤化物的卤素交换反应一溶剂对反应历程的影响的一般规律1 一般来说，-在极性不太弱的溶剂（如含水乙醇）中，叔 卤代姪的取代反应是按SJ历程进行。-在极性不太强的溶剂（乙醇）中，伯卤代桂 的取代反应是按Sn2进行。-仲卤代炷的取代反应则按两种历程进行，通 常是以$屛为主。卤化物的卤

6、素交换反应一溶剂对反应历程的影响的一般规律2改变溶剂的极性和溶剂化的能力，常可 改变反应历程。-在极性很大的溶剂（甲酸）中，伯卤代烷也 按SJ。-在极性小的非质子性溶剂中（无水丙酮，介电常数21）中，叔卤代姪也可按Sn2进行。（徐积功有机化学P166）-如：c6h5ch2ci水解的反应，在水中按SJ历 程，在极性较小的丙酮中则按Sn2历程选行。卤化物的卤素交换反应溶剂的选择DMF、丙酮、四氯化碳、二硫化碳、丁酮，它 们均为非质子溶剂。溶剂的选择要有利于无机卤化物在其中的溶解 度大，但生成的无机卤化物的溶解度小或几乎 不溶，这样可使卤素一卤素置换反应完全。RCl/RBrNal/acetoneA

7、R1 + NaCl(NaBr)NaF、NaCl、NaBr、Nal在丙酮中的溶解度(g/100g)分别为1.0xl0A3.0xl0-5,0.00&26;卤化物的卤素交换反应一卤代桂的活性顺序由于大多数为Sn2,亲核试剂是从离去基 团的背面进攻碳原子的，烷基的结构如 能对亲核试剂的接近起阻碍作用，反应 速度就会慢。所以活性顺序为：-伯卤烷仲卤烷 叔卤烷。而对于S“机理的取代，活性顺序则相反: -叔卤烷仲卤烷伯卤烷。因为决定SR反应 速度的一步是正碳离子的形成，正碳离子越 稳定，越活跃。碘化物（MI）与氯（漠）代姪（RCl（Bd）的交换碘化物与氯（漠）代桂的交换-碘代坯很活泼，常作为药物合成

8、的中间体，某些 碘化物本身就是药物，但碘代姪往往难于通过加 成、取代等反应获得，所以通过卤素交换反应是 制备碘代姪类化合物的重要途径。-常用的无机碘化物有：碘化钠、碘化钾-催化剂：Lewis酸及某些金属催化剂。礎化物(MI)与氯(適代坯(RCI(Bt)的交换实例相转移催化在芳香氟化反应中的应用Solubility of NaCI in various solvents(g NaCI M kg of solvent at 25 °C)：5H:O360Formamide94glycerin83propylene glycol71Formic acid52Liquid ammonia30.

9、2Methanol14Ethanol0.65iEShvIformamide1-propanol0 124Sulfolane0.051-butanol0.052-propanol0.031-pentanol0.018Acetonitrile0 003AcetoneWitrSolubility of Nal in varioussolv Ents(g Nal / 100g of solvent at 25CC)184HzOLiquid ammonia 162Liquid sulfur dioxide 15MethanolFormic acid62.5-83.061.SAcetonitrile24.

10、9FormamideAcetamide32.3一 DH丽th ylf eti a m ideXTS.斗Solubility of KCI in various solvents(g KCI/1 kg of solvent at 25CC);:H2O360Liquid ammonia0.4Liquid sulfur dioxide0.41Methanol5.3Formic acid1920.04Sulfolaneq&tmHthyIto rm amideq&tmHthyIto rm amideAcetonitrile.一一 一0.0240000jiZ>q&tmHthy

11、Ito rm amideq&tmHthyIto rm amide6224.5FormamideAcetamideq&tmHthyIto rm amide碘化物(MI)与氯(漠)代怪(RCl(Br)的交换实例碘化物(MI)与氯(漠)代怪(RCl(Br)的交换实例路易斯酸催化HBr / FeBr3Cl CH2C12 , 25 °C143a,bBr （99%）亚铜盐催化PhKL/CuI /HMPTBr碘化物(MI)与氯(漠)代怪(RCl(Br)的交换实例12QC ,10h卤代烯姪分为三类：1 卤素原子与双键间隔两个以上碳原子， 与卤烷中的卤原子活性相同。2卤素原子与烯丙位相

12、连，活泼, 很容易发生亲核取代；3 卤素原子与双键碳原子相连，形成P-7T 共轨体系，很不活泼，需要一些过渡金属催化剂。用钦或含结晶水的二漠化镰与锌粉的混合物可催化漠/碘和氯/碘交 换反应，由此可以制备某些用其它方法难以得到的碘代烷。MeBr2)3%HC1(86%)145NiBr2 e 3H2Q2ZnNaI/DMF/150°CCl氟化物(MF)与氯(漠)代炷(RCl(Br)的交换虽然氟化物一般不作为药物合成的中间体，但 是一些氟化物具有特殊的生理活性，近年来含 氟药物发展很快，通过卤素交换反应是制备有 机氟化物的重要途径。常用的氟化剂:-有氟化钾、三氟化锤、五氟化锐、氟化银等，其中氟

13、化钾和氟化钮应用最广。see-三氟化锐、五氟化锐均能选择性地作用于同一碳原 子上的多卤原子，而不与单卤原子发生交换利用这 一性质，常可将脂肪链或芳环上的三卤甲基有效地 转化成三氟甲基，该法常用于制备某些三氟甲基的 药物。氟化物(MF)与氯(漠)代妊(RCl(Er)的交换实例KF /Bu4NBrn- CgHjyCla n- CgHF147a(69%)PhCH2BrKF-CaF2 (1 : 2)CH3CN/reflux,15hPhCH2F147b(81%)148(90%)氟化物(MF)与氯(漠)代姪(RCl(Ed)的交换实例相转移催化条件下在氟交换反应中还常加入相转移催化剂，如季鞍盐、冠醴等， 它

14、们可增加碱金属卤化物在非极性溶剂中的溶解度，从而促进反应 的进行。相转移催化在芳香氟化反应中的应用化工生产与技术，2003,10(2):1-4相转移催化在芳香氟化反应中的应用化工生产与技术，2003,10(2):1-4n- CyHjgCHoBrn-C7H15CH2F (92%) 14918-croam-6 / KFPhH /25 °C相转移催化在芳香氟化反应中的应用化工生产与技术，2003,10(2):1-4KF/B% N：亠 n-C8 H17 F(69%相转移催化在芳香氟化反应中的应用化工生产与技术，2003,10(2):1-4相转移催化剂有助于KF溶于有机溶剂表1KF在部分有机溶

15、剂中的溶便度（2亍匚溶剂加冠駐（0. 1 M）KF的溶解度乙腊0.031讯-冠- 60.940. 034讯-冠- 61.26DMF0. 1218 - 6L57四氢咲喃0. 1218 -冠-6L57苯0. 002618 -冠-60.56卤化物的卤素交换反应需要注意的问题需要注意的问题：制取氟代坯必须选用耐 腐蚀材料做反应器，如不锈钢、镰、聚乙 烯等；操作中要注意环境的通风、并加强 防毒、防腐蚀等措施；副反应：在卤素交换反应中常见的为消除 反应，尤其是在叔卤代姪的卤交换反应中 常因易形成稳定的碳正离子而倾向于发生 消除，从而收率降低。磺酸酯的卤置换反应为避免醇轻基在直接卤置换反应中可能产生的 副反

16、应，可先将醇用磺酰氯转化成相应的磺酸 酯，再与亲核性卤化剂反应，生成所需的卤代 姪。宙手磺就氯及其酯b勺活性大，磺就花和卤 置换反应均在较温和的条件下进行，且常比卤 素交换反应更有效。常用的卤化钠、卤化钾、卤化锂、卤化镁等。反应溶剂为丙酮、醇和DMF等极性溶剂。磺酸酯的卤置换反应实例磺酸酯的卤置换反应实例TsOCH2 x/x/CH2OTs152TsOCH2NaI/Me2CO A4h CH2OTs(95%)BrCH2NaI/Me2COBrCH2 ,90hCH2Br (63%)OTsMgb / Et3NCH3CN / 120 °C , 60hCH2ICHqIch2ich2i153芳香重氮

17、盐化合物的卤置换反应该反应的必要性：以芳胺为原料，经过重氮化, 然后进行卤置换反应，可将卤素原子引入到直 接用卤代反应难以引入的芳姪位置上，这个反 应是制备卤代芳姪的重要补充形式，特别是在 氟代芳怪、碘代芳姪的制备上应用更广。Sandmeyer反应：芳香重氮盐在氯化亚铜或漠 化亚铜催化下，重氮基被置换成氯、漠和氧基 的转化反应称为Sandmeyer反应。 © HX/ CuXArN2 X ArX + N2Sandmeyer反应机理十 Cu2X2+N=N - CuCl+ CuCl2 + N2Cl+ CuCl+ CuCl2kJ可见CUqCL前一步提供电子，为还原剂; 后一步CuC.为氧化剂

18、。芳香重氮盐化合物的卤置换反应氯置换实例芳香重氮盐化合物的卤置换反应氯置换实例CI154芳香重氮盐化合物的卤置换反应碘置换实例芳香重氮盐化合物的卤置换反应碘置换实例中可不必加入铜盐，只需将重氮 盐和碘化钾或碘素直接加热反应 即能制得碘代姪。碘为还原剂。(90%)156芳香重氮盐化合物的卤置换反应氟置换实例当采用Sandmeyer反应来制备氟代芳姪时,因氟离子的活性小 （在水溶液中），收率不高。将芳香重氮盐转化成不溶性的重氮或芳胺直接用亚硝酸钠和氟硼酸进行重氮158芳香重氮盐化合物的卤置换反应氟置换实例化，此重氮盐再经热分解（有时在氟化钠或铜盐存在下加热）， 就可以制得较好收率的氟代芳姪，此称为Schiemann反应。158芳香重氮盐化合物的卤置换反应氟置换实例l)NaNO2/HCl/H2O2)65% HPF6 (97%)O6120°COMe (60%)HO1 )56%HBF4/NaNO2/H2O/0 °C2)CuCl/80 90上，2hHO(71%)158Schiemann反应机理 一般认为是在发生重氮化反应生成重氮盐后，芳香重氮盐首