精细有机合成单元反应陈志04 卤化

1、第第4章章 卤卤 化化(halogenation)1.了解卤化反应的定义、卤化试剂。2. 了解置换卤代反应。3.掌握氯化深度的概念及对氯代反应的影响。4. 掌握苯环侧链氯代的原理及方法。5. 熟悉氟代、溴化、碘代反应的卤化试剂及方法。6. 熟悉脂肪烃的卤代原理及方法本章教学目标本章教学目标:本章教学重难点本章教学重难点:苯及其侧链的氯代反应及影响因素。 概述概述芳环上的取代氯化反应芳环上的取代氯化反应脂烃和芳环测链的取代氯化脂烃和芳环测链的取代氯化芳环上的取代溴化、碘化和氟化反应芳环上的取代溴化、碘化和氟化反应加成卤化加成卤化置换卤化置换卤化主要内容主要内容4.1 概述概述卤化反应的定义卤化反

2、应的定义卤化反应的目的卤化反应的目的卤化试剂卤化试剂卤化反应的分类卤化反应的分类4.1.1 卤化反应定义卤化反应定义氟化（氟化（fluorationfluoration）氯化（氯化（chlorationchloration）溴化（溴化（bromation,brominationbromation,bromination）碘化（碘化（iodationiodation） 向有机化合物分子中碳原子上向有机化合物分子中碳原子上引入卤引入卤原子原子的反应叫做的反应叫做卤化反应卤化反应。4.1.2 卤化反应的目的卤化反应的目的赋予最终产品某些性能赋予最终产品某些性能(1)(1)色光色光nnnnnnnncu

3、nnnnnnnncucl13 15铜酞菁（酞菁蓝）铜酞菁（酞菁蓝）高氯代铜酞菁（酞菁绿）高氯代铜酞菁（酞菁绿） 主要应用于染料，农药，香料和药物中间体的制备主要应用于染料，农药，香料和药物中间体的制备七氟菊酯七氟菊酯（2 2）杀虫、杀菌性）杀虫、杀菌性ch3ffffch3h3ccooch2ccf3ccl（3 3）阻燃性）阻燃性cl215,四 氯 化1,2 二 氯 乙 烷 溶 剂cch3ch3hoohclclclclcch3ch3hoohcch3ch3hoohbrbrbrbrx(cl) nh2,oh,f,or,oar 亲核置换亲核置换cl+ + 4.1.3 卤化试剂卤化试剂卤素单质：卤素单质：c

4、l2,br2,i2卤化氢氧化剂：卤化氢氧化剂： hcl+naclo3(naclo) hbr+nabro3(naclo)卤化氢或盐：卤化氢或盐：hf,naf,sbf5,hcl,hbr,nabr其它：其它：so2cl2,cocl2,icl4.1.4 卤化反应类型卤化反应类型置换卤化置换卤化：亲核反应置换氟化：亲核反应置换氟化 4.2 芳环上的取代氯化反应芳环上的取代氯化反应反应历程反应历程反应动力学及氯化深度反应动力学及氯化深度芳环取代氯化反应的影响因素芳环取代氯化反应的影响因素芳环取代氯化反应实例芳环取代氯化反应实例4.2.1 反应历程反应历程+cl2cl+hclcl+h+cl+hcl. .+

5、慢慢 快快 以以金属卤化物金属卤化物为催化剂：为催化剂：fecl3, alcl3, zncl2 cl2 fecl3 cl+ fecl4- cl+fecl4- 以以硫酸硫酸为催化剂为催化剂以以碘碘为催化剂为催化剂h2so4 h+ hso4-h+ cl2 cl+ hcli2 cl2 2iclicl i+ cl-i+ cl2 cl+ icl 以以次卤酸次卤酸为催化剂为催化剂cl2 h2o hocl h+ cl-苯环上有苯环上有吸电子吸电子取代基，反应较难进行，需要加入催化剂；取代基，反应较难进行，需要加入催化剂；苯环上有苯环上有供电子供电子取代基，反应容易进行，可以不用催化剂。取代基，反应容易进行，

6、可以不用催化剂。hocl h+ h2+ocl慢慢h2+ocl cl+ h2o快快氯化液中氯苯浓度与反应液中苯浓度的关系式：氯化液中氯苯浓度与反应液中苯浓度的关系式：c cb b c ca ak kc ca a 1 1k k 氯化液中氯苯浓度的极大值：氯化液中氯苯浓度的极大值：此时氯化液中苯的浓度：此时氯化液中苯的浓度：c cb,maxb,max k k1 1k k k kc ca a k k1 1k k 1 1k k与反应温度、与反应温度、搅拌效果有关搅拌效果有关k=k2/k1图图 苯在间歇氯化时的产物组成变化苯在间歇氯化时的产物组成变化 每摩尔纯苯所消耗的氯气的量（摩尔）每摩尔纯苯所消耗的氯

7、气的量（摩尔）叫做叫做氯化深度氯化深度。氯化深度氯化深度 4.2.3 芳环取代氯化反应的影响因素芳环取代氯化反应的影响因素混合作用混合作用 在连续反应时，由于反应器型式选择不当、传质不在连续反应时，由于反应器型式选择不当、传质不均匀，使反应生成的产物未能及时离开，又返回反应区均匀，使反应生成的产物未能及时离开，又返回反应区域促进连串反应的进行，这种现象叫做域促进连串反应的进行，这种现象叫做反混作用反混作用。图图 氯苯的生产工艺氯苯的生产工艺 氯化温度氯化温度t t，k k2 2/ /k k1 118180.1070.10725250.1180.11830300.1230.123表表 苯氯化反应

8、温度与苯氯化反应温度与k k2 2/ /k k1 1的关系的关系反应介质反应介质 液态：无需溶剂液态：无需溶剂 固态：水固态：水 浓硫酸、发烟硫酸、氯磺酸等浓硫酸、发烟硫酸、氯磺酸等 有机溶剂有机溶剂o2nnh2hcl+nacloo2nnh2cl05,h2o浓h2so4,90100ooooclclclclcl2,i2,催 化ohcoohohcoohcl2,110乙 酸 或 氯 苄 介 质cl 原料纯度原料纯度 （1 1）水份：）水份：0.040.04 （2 2）氢气含量：）氢气含量：4 4 （3 3）噻吩：使催化剂中毒；腐蚀设备）噻吩：使催化剂中毒；腐蚀设备 （4 4）循环使用的苯（苯氯比）循

9、环使用的苯（苯氯比4:14:1）中氯苯的影响）中氯苯的影响sclclclclclcl-hclsclclclcl4.2.4 苯系的环上取代氯化苯系的环上取代氯化 苯的氯化 氯化过程的强化受到冷却效率的限制c6h6cl2c6h5clhcl+c6h5cl + cl2c6h5cl2hcl+c6h5cl2+ cl2c6h5cl3hcl+4.2.4 芳环取代氯化反应实例芳环取代氯化反应实例 氯苯的生产氯苯的生产 （1 1）直接氯化法直接氯化法cl2fecl3cl图图 沸腾氯化塔沸腾氯化塔1-1-酸水排放口酸水排放口2-2-苯及氯气入口苯及氯气入口3-3-炉条炉条4-4-填料铁圈或废铁管填料铁圈或废铁管5-

10、5-钢壳衬耐酸砖钢壳衬耐酸砖6-6-氯化液出口氯化液出口7-7-挡板挡板8-8-气体出口气体出口图图 氯苯生产工艺流程图氯苯生产工艺流程图1-1-流量计流量计,2-,2-氯化塔氯化塔,3-,3-液封器液封器,4,5-,4,5-冷凝器冷凝器,6-,6-酸苯分离器酸苯分离器,7-,7-冷却器冷却器（2 2）氧化氯化法）氧化氯化法c6h6 hcl o2 c6h5cl h2o12fecl3-cucl2c6h5cl h2o c6h5oh hclsio2或磷酸钙带有硝基芳环的氯化带有硝基芳环的氯化萘的氯化萘的氯化蒽醌的氯化蒽醌的氯化oo4cl2+ooclclclcli2,90100浓硫酸介质ooooso3

11、hho3sooso3hho3sooclclooclclooclclho3sso3hooclclho3sso3hooclclclclso3h2so4hgso3h2so4hghclnaclo3hclnaclo3 4.3 脂烃及芳环侧链的取代氯化脂烃及芳环侧链的取代氯化反应历程反应历程影响反应的因素影响反应的因素反应实例反应实例4.3.1 反应历程游离基的生成游离基的生成链的链的引发引发 （1 1）热裂解法）热裂解法c-c,c-h,h-h：330418.6kj/mol(500650)cl-cl, br-br, i-i, o-o, n-n,c-n=n-c:1002clcoo o cococo2h3ch

12、3cccnnnccnch3ch32(ch3)2ccn.+ n260100（2 2）光离解法）光离解法 e=h=hccl2，br2，i2cl，br，i400500nmh（3 3）电子转移法）电子转移法链的链的传递传递 rh + x r + r + x2 rx + x 或或 rh + x rx + h h + x2 hx + x 链的链的终止终止2x x2r + x rxx + o2 o2x o2 + x2r + o2 ro2 rx + o2器壁或填料x x 4.3.2 影响反应的因素影响反应的因素原料原料 （1 1）无铁）无铁 （2 2）无氧）无氧 （3 3）无水）无水引发条件及温度引发条件及温

13、度 （1 1）热引发：）热引发：e e热热=238.6kj/mol,100=238.6kj/mol,100150150 （2 2）光引发：）光引发：e e光光=250kj/mol,=250kj/mol,478nm478nm氯化深度氯化深度ch3ch2clchcl2choccl3coohcl2,100cl2,100 ,hvcl2,100 ,hv4.3.3 反应实例反应实例n 氯化苄的生产氯化苄的生产ch2oh 氯甲基化氯甲基化芳烃的氯甲基化是增加一个碳原子的 卤代烷基芳烃的合成法该反应为一元亲电取代反应，因此当环上有给电子取代基时，反应加快，反之则减慢+ch2o+ hclch2cl+h2o无水z

14、ncl2hcho+ hcl h2coh cl-+ h2coh cl-+氟化氟化nnclclclclnnclfffnaf,环 丁 砜亲 核 置 换游离基游离基f f引发的反应：剧烈引发的反应：剧烈 电负性最强电负性最强 f-f ff-f f+-f-f-nh2n2+cl-ohhbf4n2+bf4-ohfnano2,hcl4.4 芳环上的取代溴化、碘化和氟化反应芳环上的取代溴化、碘化和氟化反应 由芳伯胺重氮化制成的重氮氟硼酸盐经加热可制得相应的芳香氟化物。称席曼（schiemann ）反应arn2+ x-bf4-arn2+ bf4-arf n2bf3+och3nh2och3n2+ bf4-och3f

15、+hbf4nano210occcl3+3hfmocl575cf3no2clkf23-25no2frxrfkfrso2clrso2fkfchcl2ch2ohchf2ch2ohkfchcl2cooch3chf2cooch3kfrcoclrcofkf1. 溴化反应可制备性能优良的染料和药物2. 反应的活性比cl 低，放热量小，反应比较缓和，选择性好 3. br空间位阻稍大，br作为离去基团比cl更容易一些 4. 环上溴化与环上氯化相似，采用mgbr2、znbr2等金属溴化物为催化剂 5. 溴的水溶液与不饱和化合物迅速发生加成反应，常用于定性或定量检测不饱和度 6. 溴的价格贵，应充分回收利用 cc+

16、 br2ccbr br 溴化溴化2hbr+naoclbr2+nacl+h2o6hbr+naclo33br2+nacl+3h2ooonh2so3h+ br2 + naclooonh2so3h+ nacl + h2obr稀硫酸o+ br2 + nacloobr+ nacl + h2o稀硫酸7075hocch3ch3oh+ 2br2 + cl2hocch3ch3ohbrbrbrbr+ hcl 碘的价格昂贵，碘化反应的实际应用受到很大限制 碘化反应是可逆的，要使反应进行完全，必须移除反应中生成的碘化氢 芳香族取代反应中分子碘是活泼性最低的反应剂 通常要求加入氧化剂(如hno3、hio3、so3、与h2

17、02等)，使碘氧化成较强的亲电质点 icl是一种较强的碘化剂，水杨酸或苯胺用icl碘化时，其反应速度是用i2和kcl作碘化剂的105倍 碘化碘化（1 1）直接碘化）直接碘化（2 2）重氮基转化法）重氮基转化法nh2+ i2 + nahco3nh2i+ nai + co2 + h2onh2ohn2+hso4-ohiohnano2,h2so4ki,cu75-80och3icloch3i4.5 加成卤化加成卤化由烯烃、炔烃、芳环加成卤化生成卤代烷、卤代由烯烃、炔烃、芳环加成卤化生成卤代烷、卤代烯烃、卤代环烷烃烯烃、卤代环烷烃卤化试剂：卤素、卤化氢、卤化物卤化试剂：卤素、卤化氢、卤化物4.5.1 反应

18、历程反应历程亲电加成亲电加成 （1 1）卤素对双键的亲电加成）卤素对双键的亲电加成（2 2）卤化氢对双键的亲电加成）卤化氢对双键的亲电加成（3 3）卤化物的亲电加成：次卤酸、）卤化物的亲电加成：次卤酸、n-n-卤代酰卤代酰胺、卤代烷等。胺、卤代烷等。慢慢x-x-cc+h+cch+cchclhclh2chcclhcchhgcl2催 化80-140+h2cch2hclh3ch2ccl+ 游离基加成游离基加成 （1 1）卤素的游离基加成）卤素的游离基加成 x2 2x （2 2）卤化氢的游离基加成：）卤化氢的游离基加成：ch3ch=ch2 + hbr ch3ch2ch2br （3 3）卤代烷的游离基的

19、加成）卤代烷的游离基的加成h,h,加热加热, ,引发剂引发剂h,h,引发剂引发剂4.5.2 重要实例重要实例氯乙烯和氯乙烷氯乙烯和氯乙烷hclh2chcclhcchhgcl2催 化80-140+国内方法：国内方法：ch3ch2oh + hcl ch3ch2cl + h2oh2cch2hclh3ch2ccl+ 四溴乙烷四溴乙烷 四氯乙烷四氯乙烷hcchbr2hcchbrbrbrbr58-62 cl2ch-ccl3clch=ccl2cl2，h6070cl2c=ccl2- hcl4.6 置换卤化置换卤化 卤素置换羟基卤素置换羟基 （1 1）卤化剂：）卤化剂：hx 含含p p卤化物：卤化物：pcl3,pbr3,pi3 含含s s卤化物：卤化物：socl2 （2 2）卤化氢置换羟基的反应历程）卤化氢置换羟基的反应历程r+ + x- r-x