第三章卤化反应

第3章卤化氟化氯化溴化碘化

向有机化合物分子中碳原子上引入卤原子的反应叫做卤化反应。一、卤化反应定义R-HR-XX2赋予最终产品某些性能(1)色光高氯代铜酞菁（酞菁绿）二、卤化反应的目的铜酞菁（酞菁蓝）七氟菊酯（2）杀虫、杀菌性（3）阻燃性2,3,5,6-四氟-4-甲基苄基(Z)-(1RS,3RS)-3-(2-氯-2,3,3-三氟丙-1-烯基)-2,2-二甲基环丙烷羧酸酯－X(－Cl)－NH2,－OH,－F,－OR,－OAr

亲核置换δ+

有机物分子中引入卤素，分子极性增加，可通过卤素的转换制备含有其他取代基的衍生物，如卤素置换成羟基、氨基、烷氧基等。61/15/2023卤素单质：Cl2、Br2、I2卤化氢＋氧化剂：

HCl+NaClO3(NaClO)HBr+NaBrO3(NaClO)卤化氢或盐：HF、NaF、SbF5、HCl、HBr、NaBr其它：SO2Cl2、COCl2、ICl三、卤化剂（1）氯化剂：Cl2、HCl+氧化剂、HCl+空气、HCl（2）溴化剂：Br2、HBr+氧化剂、N-溴代酰胺（3）碘化剂：I2、ICl（4）氟化剂：HF、NaF、KF按照反应类型分类81/15/2023置换卤化：亲核反应－置换氟化四、卤化反应类型慢快3.2.1反应历程和催化剂1、反应历程(1)以FeCl3为催化剂Cl2

＋FeCl3[Cl+

•FeCl4-]Cl+＋FeCl4-

Fe

3.2芳环上的取代卤化反应（重点）催化剂作用：使氯分子极化，或生成Cl+101/15/2023(2)以硫酸或碘为催化剂(3)以二氯硫酰为氯化剂(红棕色液体)(5)盐酸加氧化剂体系

在水介质中进行氯化时，一般用盐酸加氧化剂来产生Cl2或Cl+，并利用控制氧化剂的用量来控制Cl2的生成量。(4)不用催化剂的情况：前提：当有机物容易被氯化且反应可以在水介质中进行。2、催化剂的选择说明：催化剂不仅会影响卤化反应速率，而且还会影响卤原子进入芳环的位置。特别是当苯环上有邻、对位定位基时，影响邻、对位卤化产物的比例。

一般概念是：卤化剂与催化剂形成的配合物的体积越大，空间位阻越大，生成对位异构体的比例就越大。131/15/20232、催化剂的选择(1)苯的一氯化制氯苯催化剂FeCl3——实际操作时向反应器中加入的是废铁屑、铁旋丝或废铁管等。(2)苯的二氯化制对二氯苯催化剂①Sb2S3，对/邻比为（3.3～3.6):1；②Sb2S3-I2，对/邻比为7.5:1；③经氧氯混合气体处理过的硫化铁-硅铝胶,对/邻比为8.0:1；④经二氯乙酸钠处理过的沸石，对位收率可达97.5%。对二氯苯为第三代新型杀虫、防霉剂，同时，对二氯苯又是生产世界上第六大工程塑料聚苯硫醚的主要原料。141/15/2023(3)甲苯的氯化制对氯甲苯催化剂主要用于生产邻氯苯甲醛或邻氯苯甲酸用于生产对氯苯甲醛、对氯三氯甲基苯或对氯苯甲酸等，工业需求量大。催化剂对位选择性（%）FeCl324%-37%AlCl3-KCl40%铁粉+WS248%(AlCl3·KC)与多氯化硫氧杂醌等有机复合催化剂50%-60%沸石催化剂加助催化剂90%表4-5催化剂对甲苯氯化产物组成的影响151/15/2023(5)苯酚的氯化催化剂酚类、胺类和多烷基等活泼物质的氯化，不需加入催化剂。这时进攻质点是氯分子。收率70%161/15/20233.2.2反应动力学(自学）苯环上的取代氯化为一连串反应，其反应式为：室温下，k1=10k2，k3《k2，k1，所以反应初期，三氯苯的量很少，可以忽略不计。xAxCxDxA+xC+xD=1.00前提:xA0=1.00171/15/20233.2.3重要实例——氯苯的制备

1、苯的一氯化制氯苯方法：沸腾氯化法

（P68，自学）181/15/2023

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

3、2，6-二氯苯胺的制备70%H2SO4,170℃磺胺氯化，水解脱磺基法2，6-二氯苯胺是重要的医药中间体，纯度要求99.5%以上，因此不能用苯胺的直接氯化法来制备；其合成路线较多，现已改用二苯脲的磺化。（了解即可）优点：原料低廉，收率高，生产成本低。缺点：水蒸汽消耗量大，硫酸废液多。221/15/2023一、溴化方法1、苯的溴化反应可用MgBr2、ZnBr2等金属溴化物做催化剂，也可用少量碘做催化剂。2、由于溴的价格较贵，故要求能够充分利用。一种方法是捕集释放出的溴化氢，将其再生成溴继续使用；另一种方法是直接向反应器中加入氧化剂，使生成的溴化氢即刻被氧化溴。3.2.2芳环上的取代溴化反应231/15/2023二、实例1、十溴二苯醚的制备(阻燃剂）熔点高达306-310℃大过量溴为溶剂AlCl3纯品含溴83.3%（质量分数），熔点最高可达306℃～310℃在大多数溶剂中溶解度很小。241/15/2023一、碘化反应在制备芳香取代碘化物时，必须避免可逆反应发生，因此可设法不断除去反应中生成的碘化氢，并使用亲电性较强的碘化剂。去除碘化氢的方法为加入氧化剂，使碘化氢氧化成元素碘而重复参加反应，常用的氧化剂有硝酸、碘酸、过氧化氢、三氧化硫等．3.2.3芳环上的取代碘化反应二、实例1、2,6-二碘-4-氰基苯酚甲醇溶剂20～25℃触杀性除草剂2、2一碘苯氧乙酸在乙酸和CCl4溶剂中，在少量H2SO4中存在下用碘和H2O2碘化而得

261/15/20233.3羰基α-H取代卤化3.3.1反应历程H+或Lewis酸催化碱催化羰基α一氢的取代卤化是酸催化或碱催化的亲电取代反应，卤化剂主要是Cl2和Br2，卤素总是取代羰基的α位的氢。3.3.1反应历程在这里卤素总是取代羰基α位的氢3.3.2催化剂（1）酸催化剂；质子酸（H2SO4、HCl）和Lewis酸（硫磺、磷、碘和金属卤化物等）。用Lewis酸催化剂时常常有一个诱导期，这是因为如果卤化开始时没有H＋，烯醇化的速度很慢，当反应中不断产生卤化氢后，烯醇化速度变快，使卤化速度也变快。缩短诱导期的方法是在反应开始时加入少量卤化氢。（2）碱催化剂：无机碱（NaOH、CaO等），有机碱（脂肪胺、吡啶、三苯基膦、酰胺、乙酸钠等）。用无机碱催化时，其用量要足够完全中和卤化时生成的卤化氢。用有机碱催化时，催化剂量的有机碱卤氢酸盐仍具有催化作用，但必须使卤化时生成的卤化氢完全逸出体系，以免转变成酸催化，为此要用不能溶解卤化氢的非质子传递有机溶剂，例如：卤代烷等。3.3.3被卤化物结构的影响（1）羰基的α一碳原子上连有供电基时，有利于酸催化，它有利于酸催化下的烯醇化和烯醇的稳定，卤原子主要取代这个α碳原子上的氢。（2）当羰基α一碳原子上连有卤基等吸电子基时，酸催化受到抑制，这时在同一个α碳原子上引入第二个卤原子就比较困难。但在碱催化时，则羰基α碳原子上各种取代基的影响相反，这时容易生成同碳α多卤化物。3.3.4三氯乙醛的制备其制备有乙醛氯化和乙醇氯化两种方法。乙醛的氯化法介绍为了保护醛基，避免缩合反应，需加入适量水，生成水合乙醛，然后在10℃-70℃通入Cl2进行氯化，生成水合三氯乙醛。3.4芳环侧链α—氢的取代卤化芳环侧链α氢的取代卤化是典型的自由基链反应，其反应历程包括链引发、链增长和链终止三个阶段。链引发：氯分子在高温、光照或引发剂的作用下均裂为氯自由基。

Cl22Cl·链增长：C6H5CH3+Cl·C6H5CH2·+HCl↑C6H5CH2·+Cl2C6H5CH2Cl+Cl·C6H5CH3+Cl·C6H5CH2Cl+H·在此基础上继续α氢的取代卤化。

H·+Cl2Cl·+HCl↑应当指出：在一般条件下，芳环侧链的非α氢一般不发生卤基取代反应。链终止：自由基互相碰撞将能量转移给反应器壁、或自由基与杂质结合，可造成链终止，例如：Cl·+Cl·Cl2Cl·+O2ClOO·3.4.3主要影响因素（1）光源：氯分子的离解能是238.6kJ/mol，甲苯在沸腾温度下，其侧链一氯化已具有明显的反应速度，氯分子的光离解能是250kJ/mol，一般可用富有紫外线的日光灯。（2）引发剂；最常用的自由基引发剂是有机过氧化物和偶氮化合物，它们的引发作用是在受热时分解产生自由基。（P76）3.4.3主要影响因素（3）杂质：不应有铁、铝、水等极性杂质，它能使氯分子极化，因为它有利于芳环上的亲电氯基取代反应，而不利于芳环侧链α一氢的取代卤化，微量铁离子可用PCl3掩蔽，要用不含氧的液氯；（4）温度；为了使氯分子或引发剂热离解为自由基，需要较高的氯化温度，但温度太高容易引起副反应，现趋向在光照和复合催化剂存在下降低氯化温度。氯化苄的生产（自学）

甲苯的侧链氯化可制取一氯苄、二氯苄、三氯苄

反应式如下:ArCH3+Cl2ArCH2Cl+HCl100℃以上一氯苄ArCH2Cl+Cl2ArCHCl2+HCl100℃以上光照ArCHCl2+Cl2ArCCl3+HCl光照，加引发剂110

℃二氯苄三氯苄反应器：搪瓷釜或搪玻璃塔式反应器重要实例3.5饱和烃（或烷烃）的取代卤化

烷烃用卤素直接取代卤化为自由基反应，卤素的反应活性次序为：F2＞Cl2＞Br2＞I2。由于氟的反应活性过于剧烈，而且难以控制，所以往往会使有机物裂解成为碳和氟化氢。碘的反应活性太差，与烷烃通常不会发生取代反应。因此有实际意义的只是氯和溴与烷烃的取代反应。烷烃分子中不同C-H键的反应活性次序为：叔C-H＞仲C-H＞伯C-H饱和烃的取代卤化是自由基链反应与芳环侧链卤化的反应历程相似。3.6烯烃α-H的取代卤化高温热氯化法。3.7卤素对双键的加成卤化卤素对双键的加成卤化反应主要是用氯或溴的加成卤化，因为氟与烯烃的加成反应过于激烈，难于控制，而碘与烯烃的加成反应比较困难，用氯或溴的加成卤化一般采用亲电加成反应，但有时也采用自由基加成反应。3.7.1亲电加成卤化1反应历程卤素分子对双键进行亲电进攻，先形成π配合物，再生成二卤化物。以溴化为例。3.7.1亲电加成卤化一般认为溴分子在接近双键时，受到双键π电子的供电影响使溴分子中的σ键极化，使离π键较近的溴原子带部分正电荷，并形成π配合物，接着Br—Br键异裂生成环状溴鎓离子中间体。然后溴负离子从背面进攻溴鎓离子中两个碳原子之一，生成邻位二溴物，而且一般是反向加成。3.7.1亲电加成卤化2主要影响因素用路易斯酸催化剂或不用催化剂，当卤化产物为液体时，可以不用溶剂或用卤化产物作溶剂，当卤化产物为固体时，一般用四氯化碳、三氯乙烯等惰性非质子传递溶剂，在不致引起副反应时，也可以用CH3OH、CH3CH2OH等质子传递溶剂。温度对于烯烃卤化反应历程和反应方向有很大影响，如果温度过高，将转变成自由基取代卤化。3.7.2自由基加成卤化在光、高温或引发剂的作用下，氯分子和溴分子可以均裂为氯自由基或溴自由基，两者可以双键发生自由基加成卤化链反应，但要注意：在自由基引发剂的存在下，烯烃也会发生聚合反应，因此自由基加成卤化的应用受到很大限制。例二氯丁烯，六六六的合成（自学）。3.8卤化氯对双键的加成卤化一般采用亲电加成反应，但有时则需要采用自由基加成反应（1）反应历程一般认为反应是分两步进行的：第一步是HX分子中的H+对双键进行亲电进攻，生成正离子中间体第二步是X－的进攻，生成加成产物3.8.1亲电加成卤化在反应液中加入FeCl3、AlCl3等Lewis酸催化剂有利于HX异裂。例如：H－Cl+FeCl3H++FeCl4－3.8.1亲电加成卤化a当双键中的C原子上有供电基（例如各种烷基或卤基）时，双键中的π电子向含供电基少、含氢多的碳原子转移，H+加到含氢多的碳原子上，卤素连到含氢少的C原子上，即服从Markovnikov规则：b当双键中的C原子上连有强吸电子基（例如-COOH，-CN，-CF3，-N+(CH3)3）时，双键中的π电子含强吸电基多，含氢少的碳原子转移，H+加到含氢少的碳原子上，即与Markovnikov规则相反：（2）反应物结构的影响卤化氢的活泼性次序是：HI>HBr>HCl>HF。3.8.1亲电加成卤化（3）重要实例①1-氯-3-甲基-2-丁烯(重要的合成香料中间体)3.8.2自由基加成卤化在没有异裂催化剂，并在过氧化物自由基引发剂的存在下，HBr均裂产生溴自由基Br·，后者连到双键中含氢多的C原子上。3.8.2自由基加成卤化因为仲碳自由基活性中间体比伯碳自由基活性中间体较稳定，所以自由基加成溴化时，溴连到含氢多的C原子上，与Markonikov规则相反。3.9置换卤化卤原子置换有机分子中已有取代基的反应统称为“置换卤化”，可被卤原子置换的取代基主要有羟基、重氮基、硝基、氯基、溴基和磺酸基等。3.9.1卤原子置换羟基卤化氢的活泼性次序是：HI＞HBr＞HCl＞＞HF醇类的活泼性次序是：烯丙型醇＞叔醇＞仲醇＞伯醇上述反应为可逆反应。1、醇羟基2、羧羟基a、卤原子置换羟基必须用光气COCl2、亚硫酰氯SOCl2

、PCl3、PBr3、三氯氧磷POCl3等活泼卤化剂，在无水条件下反应。3、杂环羟基芳环上和吡啶环上的羟基很难被卤原子置换，但是杂环上的羟基易被氯原子或溴原子置换。所用卤化剂COCl2（光气）法和SOCl2（亚硫酰氯）、POCl3（三氯氧磷）。例：3.9.2