精细有机合成单元反应(陈志)04卤化

第4章卤化(Halogenation)第一页，共五十三页。了解卤化反应的定义、卤化试剂。了解置换卤代反应。掌握氯化深度的概念及对氯代反应的影响。掌握苯环侧链氯代的原理及方法。熟悉氟代、溴化、碘代反应的卤化试剂及方法。熟悉脂肪烃的卤代原理及方法本章教学目标:本章教学重难点:苯及其侧链的氯代反应及影响因素。第二页,共五十三页。概述芳环上的取代氯化反应脂烃和芳环测链的取代氯化芳环上的取代溴化、碘化和氟化反应加成卤化置换卤化主要内容第三页,共五十三页。4.1概述卤化反应的定义卤化反应的目的卤化试剂卤化反应的分类第四页,共五十三页。4.1.1

卤化反应定义氟化（fluoration）氯化（chloration）溴化（bromation,bromination）碘化（iodation）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。第五页,共五十三页。4.1.2卤化反应的目的·

赋予最终产品某些性能

(1)色光铜酞菁（酞菁蓝）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第六页,共五十三页。七氟菊酯（2）杀虫、杀菌性第七页,共五十三页。（3）阻燃性第八页,共五十三页。·

－X(－Cl)亲核置换－NH2,－OH,－F,－OR,－OArδ+第九页,共五十三页。4.1.3

卤化试剂卤素单质: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第十页,共五十三页。4.1.4

卤化反应类型置换卤化:亲核反应－置换氟化第十一页,共五十三页。★

4.2芳环上的取代氯化反应反应历程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实例第十二页,共五十三页。·

以硫酸为催化剂·

以碘为催化剂H+

＋

HSO

-H2SO4H+

＋

Cl24Cl+

＋

HCl2IClI2

＋

Cl2IClI+

＋

Cl-I+

＋

Cl2Cl+

＋

ICl第十四页,共五十三页。·

以次卤酸为催化剂Cl2

＋

H2OHOCl

＋

H+

＋

Cl-苯环上有吸电子取代基,反应较难进行,需要加入催化剂；苯环上有供电子取代基,反应容易进行,可以不用催化剂。HOCl

＋

H+2H

+OCl慢H

+OCl2

2快Cl+＋H

O第十五页,共五十三页。第十六页,共五十三页。第十七页,共五十三页。氯化液中氯苯浓度与反应液中苯浓度的关系式:BC

＝CAK－CA1－K氯化液中氯苯浓度的极大值:KCB,max＝K1－K此时氯化液中苯的浓度:1CA＝K1－KK与反应温度、搅拌效果有关K=k2/k1第十八页,共五十三页。图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）叫做氯化深度。·氯化深度★

4.2.3

芳环取代氯化反应的影响因素第十九页,共五十三页。·

混合作用在连续反应时,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,又返回反应区域促进连串反应的进行,这种现象叫做反混作用。图氯苯的生产工艺第二十页,共五十三页。·

氯化温度T,℃T,℃T,℃T,℃T,℃T,℃T,℃T,℃表苯氯化反应温度与k2/k1的关系第二十一页,共五十三页。·

反应介质液态:无需溶剂固态:水浓硫酸、发烟硫酸、氯磺酸等有机溶剂第二十二页,共五十三页。·

原料纯度（1）水份:＜0.04％（2）氢气含量:＜4％噻吩:使催化剂中毒；腐蚀设备循环使用的苯（苯氯比4:1）中氯苯的影响第二十三页,共五十三页。4.2.4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第二十四页,共五十三页。4.2.4

芳环取代氯化反应实例·

氯苯的生产（1）直接氯化法图沸腾氯化塔酸水排放口苯及氯气入口炉条填料铁圈或废铁管钢壳衬耐酸砖氯化液出口挡板气体出口第二十五页,共五十三页。图氯苯生产工艺流程图1-流量计,2-氯化塔,3-液封器,4,5-冷凝器,6-酸苯分离器,7-冷却器第二十六页,共五十三页。（2）氧化氯化法6

6C

H

＋

HCl

＋O122FeCl3-CuCCl2

H

Cl

＋

H

O6

5

26

52C

H

Cl

＋

H

O6

5SiO2或磷C

酸H钙OH＋HCl第二十七页,共五十三页。·

带有硝基芳环的氯化萘的氯化蒽醌的氯化I2,90～100℃浓硫酸介质第二十八页,共五十三页。SO3•H2SO4Hg＋SO3•H2SO4HgHClNaClO3＋＋HClNaClO3第二十九页,共五十三页。★ 4.3脂烃及芳环侧链的取代氯化反应历程影响反应的因素反应实例第三十页,共五十三页。4.3.1

反应历程·游离基的生成——链的引发（1）热裂解法C-C,C-H,H-H:330~418.6KJ/mol(500~650℃)Cl-Cl,Br-Br,I-I,O-O,N-N,C-N=N-C:<250KJ/mol(50~100℃)60～100℃第三十一页,共五十三页。（2）光离解法E=hν=hcλ2Cl2,Br,I2Cl·,Br·,I·400～500nmhν（3）电子转移法第三十二页,共五十三页。·

链的传递RH

+

X·

→

R

·

+R

·

+

X2

→

RX

+

X

·或

RH

+

X

·

→

RX

+

H

·H

·

+

X2

→

HX

+

X

··

链的终止器壁或填料2X

·

X2R

·

+

X

·

→

RXX

·+

O2

→

O2X

·

→X

·

O2

+

X2R

·

+

O2

→

RO2

·

→X

·RX

+

O2第三十三页,共五十三页。4.3.2影响反应的因素原料无铁无氧无水引发条件及温度（1）热引发:E热=238.6KJ/mol,100～150℃（2）光引发:E光=250KJ/mol,λ＜478nm·氯化深度第三十四页,共五十三页。4.3.3

反应实例氯化苄的生产第三十五页,共五十三页。·

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,反之则减慢第三十六页,共五十三页。·

氟化游离基F·引发的反应:剧烈电负性最强

F-FFδ+-Fδ-4.4

芳环上的取代溴化、碘化和氟化反应第三十七页,共五十三页。·

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

）反应第三十八页,共五十三页。第三十九页,共五十三页。·溴化溴化反应可制备性能优良的染料和药物反应的活性比Cl低，放热量小，反应比较缓和，选择性好Br空间位阻稍大，－Br作为离去基团比－Cl更容易一些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,应充分回收利用第四十页,共五十三页。2HBr+NaOCl→Br2+NaCl+H2O6HBr+NaClO3→3Br2+NaCl+3H2O稀硫酸稀硫酸70～75℃第四十一页,共五十三页。·碘化碘的价格昂贵，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H202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倍第四十二页,共五十三页。（1）直接碘化（2）重氮基转化法第四十三页,共五十三页。4.5

加成卤化由烯烃、炔烃、芳环加成卤化生成卤代烷、卤代烯烃、卤代环烷烃卤化试剂:卤素、卤化氢、卤化物第四十四页,共五十三页。4.5.1

反应历程·

亲电加成（1）卤素对双键的亲电加成（2）卤化氢对双键的亲电加成（3）卤化物的亲电加成:次卤酸、N-卤代酰胺、卤代烷等。第四十五页,共五十三页。·

游离基加成（1）卤素的游离基加成X2卤化氢的游离基加成:CH3CH=CH2+HBr hν,C引H发3C剂H2CH2Br卤代烷的游离基的加成hν,加热,引发剂2X•第四十六页,共五十三页。4.5.2

重要实例·

氯乙烯和氯乙烷国内方法:CHCHOH+HCl→CHCHCl+HO3 2 3 2 2·四溴乙烷·

四氯乙烷Cl2CH-CCl3ClCH=CCl2Cl2,hν60～70℃Cl2C=CCl2-

HCl第四十七页,共五十三页。4.6

置换卤化·卤素置换羟基（1）卤化剂:HX含P卤化物:PCl3,PBr3,PI3含S卤化物:SOCl2（2）卤化氢置换羟基的反应历程R+

+

X-R-XROH

+

H+RO+H2R+