2022年2022年卤化 .pdf

《2022年2022年卤化 .pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2022年2022年卤化 .pdf（26页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、第五章卤化第一节概述一、卤化反应及其重要性向有机化合物分子中引入卤素 （X） 生成 CX 键的反应称为卤化反应。按卤原子的不同，可以分成氟化、氯化、溴化和碘化。卤化有机物通常有卤代烃、卤代芳烃、酰卤等。在这些卤化物中，由于氯的衍生物制备最经济，氯化剂来源广泛，所以氯化在工业上大量应用；溴化、碘化的应用较少；氟的自然资源较广，许多氟化物具有较突出的性能，近年来人们对含氟化合物的合成十分重视。卤化是精细化学品合成中重要反应之一。通过卤化反应，可实现如下主要目的：（1）增加有机物分子极性，从而可以通过卤素的转换制备含有其它取代基的衍生物，如卤素置换成羟基、氨基、烷氧基等。其中溴化物中的溴原子比较活泼

2、，较易为其它基团置换，常被应用于精细有机合成中的官能团转换。（2）通过卤化反应制备的许多有机卤化物本身就是重要的中间体，可以用来合成染料、农药、香料、医药等精细化学品。（3） 向某些精细化学品中引入一个或多个卤原子，还可以改进其性能。例如，含有三氟甲基的染料有很好的日晒牢度；铜酞菁分子中引入不同氯、名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 26 页 - - - - - - - - - 溴原子，可制备不同黄光绿色调的颜料；向某些有机化合物分子中引入多个卤原子，可以增进

3、有机物的阻燃性。二、卤化类型及卤化剂卤化反应主要包括三种类型：即卤原子与不饱和烃的卤加成反应、卤原子与有机物氢原子之间的卤取代反应和卤原子与氢以外的其他原子或基团的卤置换反应。卤化时常用的卤化剂有：卤素单质、卤素的酸和氧化剂、次卤酸、金属和非金属的卤化物等，其中卤素应用最广，尤其是氯气。但对于F2，由于活性太高，一般不能直接用作氟化剂，只能采用间接的方法获得氟衍生物。上述卤化剂中， 用于取代和加成卤化的卤化剂有：卤素（Cl2、Br2、I2）、氢卤酸和氧化剂（HClNaClO、HClNaClO3、HBrNaBrO、 HBrNaBrO3）及其他卤化剂（ SO2Cl2、SOCl2、HOCl、COCl

4、2、SCl2、ICl）等，用于置换卤化的卤化剂有HF、KF、NaF、SbF3、HCl、PCl3、HBr 等。第二节取代卤化取代卤化是合成有机卤化物最重要的途径，主要包括芳环上的取代卤化、芳环侧链及脂肪烃的取代卤化。取代卤化以取代氯化和取代溴化最为常见。一、芳环上的取代卤化名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 26 页 - - - - - - - - - 影响因素及反应条件的选择芳环上取代基的电子效应和卤化的定位规律与一般芳环上的亲电取代反应相同，其主要因素有：被

5、卤化芳烃的结构，反应温度，卤化剂和反应溶剂等。（1）被卤化芳烃的结构芳环上取代基可通过电子效应使芳环上的电子云密度的增大或减小，从而影响芳烃的卤化取代反应。芳环上具有给电子基团时，有利于形成 -络合物，卤化容易进行，主要形成邻对位异构体，但常出现多卤代现象；反之，芳环上有吸电子基团时，因其降低了芳环上电子云密度而使卤化反应较难进行，需要加入催化剂并在较高温度下反应。例如：苯酚与溴的反应，在无催化剂存在时便能迅速进行，并几乎定量地生成 2,4,6-三溴苯，而硝基苯的溴化， 需加铁粉并加热至135140才发生反应。含多个 电子的杂环化合物（如噻吩、吡咯和呋喃等）的卤化反应容易发生；而缺 电子、芳香

6、性较强的杂环化合物如吡啶等，其卤化反应较难发生。（2）卤化剂在芳烃的卤代反应中，必须注意选择合适的卤化剂，因为卤化剂往往会影响反应的速度、卤原子取代的位置、数目及异构体的比例等。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 26 页 - - - - - - - - - 卤素是合成卤代芳烃最常用的卤化剂。其反应活性顺序为：Cl2BrClBr2ICl I2。对于芳烃环上的氟化反应，直接用氟与芳烃作用制取氟代芳烃，因反应十分激烈，需在氦气或氮气稀释下于-78进行，故无实用意义

7、。取代氯化时，常用的氯化剂有：氯气、次氯酸钠、硫酰氯等。不同氯化剂在苯环上氯化时的活性顺序是：Cl2ClOHClNH2ClNR2ClO。常用的溴化剂有溴、溴化物、溴酸盐和次溴酸的碱金属盐等。溴化剂按照其活泼性的递减可排列成以下次序：BrBrClBr2BrOH。芳环上的溴化可用金属溴化物作催化剂，如溴化镁、溴化锌，也可用碘。溴资源比氯少，价格也比较高。为回收副产物溴化氢，常在反应中加入氧化剂（如次氯酸钠、氯酸钠、氯气、双氧水等），使生成的溴化氢氧化成溴素而得到充分利用。分子碘是芳烃取代反应中活泼性最低的反应试剂，而且碘化反应是可逆的。为使反应进行完全，必须移除并回收反应中生成的碘化氢。碘化氢具有

8、较强的还原性，可在反应中加入适当的氧化剂（如硝酸、过碘酸、过氧化氢等），使碘化氢氧化成碘继续反应；也可加入氨水、氢氧化钠和碳名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 26 页 - - - - - - - - - 酸钠等碱性物质，以中和除去碘化氢；一些金属氧化物（如氧化汞、氧化镁等）能与碘化氢形成难溶于水的碘化物，也可以除去碘化氢。氯化碘、羟酸的次碘酸酐（RCOOI）等碘化剂，可提高反应中碘正离子的浓度，增加碘的亲电性，有效地进行碘取代反应。例如：（3）反应介质如果被

9、卤化物在反应温度下呈液态，则不需要介质而直接进行卤化，如苯、甲苯、硝基苯的卤化。若被卤化物在反应温度下为固态，则可根据反应物的性质和反应的难易，选择适当的溶剂。常用的有水、醋酸、盐酸、硫酸、氯仿及其他卤代烃类。对于性质活泼，容易卤化的芳烃及其衍生物，可以水为反应介质，将被卤化物分散悬浮在水中；在盐酸或硫酸存在下进行卤化，例如对硝基苯胺的氯化。对于较难卤化的物料，可以浓硫酸、发烟硫酸等为反应溶剂，有时还需加入适量的催化剂碘。如蒽醌在浓硫酸中氯化制取1,4,5,8-四氯蒽醌。先将蒽醌溶于浓硫酸中，再加入0.5% 4%的碘催化剂，在 100下通氯气，直到含氯量为 36.5%37.5%为止。当要求反应

10、在较缓和的条件下进行，或是为了定位的需要，有时可选用适当的有机溶剂。如萘的氯化采用氯苯为溶剂，水杨酸的氯化采用乙酸作溶剂等。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 26 页 - - - - - - - - - 选用溶剂时，还应考虑溶剂对反应速度、产物组成与结构、产率等的影响。表 5-1 列出了不同溶剂对产物组成的影响。（4）反应温度一般反应温度越高，反应速度越快。对于卤取代反应而言，反应温度还影响卤素取代的定位和数目。通常是反应温度高，卤取代数多，有时甚至会发生异

11、构化。 如萘在室温、 无催化剂下溴化， 产物是 -溴萘；而在 150160和铁催化下溴化，则得到 -溴萘。较高的温度有利于 -体向 -体异构化。在苯的取代氯化中，随着反应温度的升高，二氯化反应速度比一氯化增加得还快；在160时，二氯苯还将发生异构化。卤化温度的确定，要考虑到被卤化物的性质和卤化反应的难易程度，工业生产上还需考虑主产物的产率及装置的生产能力。如氯苯的生产，由于温度的升高，使二氯化物产率增加,即一氯代选择性下降，故早期采用低温（3540）生产。但由于氯化反应是强放热反应，每生成1mol 氯苯放出大约 131.5kJ的热量，因此维持低温反应需较大的冷却系统，且反应速率低，限制了生产能

12、力的提高。为此在近代，普遍采用在氯化液的沸腾温度下（ 7880），用塔式反应器进行反应。其原因有：采用填料塔式反应器，可有效消除物料的返混现象，使温度的提高对k2/k1（二氯化速率常数与一氯化速率常数之比）增加不显著；过量苯的气化可带走大量反应热，便于反应温度的控制和有利于连续化生产。（5）原料纯度与杂质原料纯度对芳环取代卤化反应有很大影响。例如，在苯的氯化反应中，原料苯中不能含有含硫杂质（如噻吩等）。因为名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页，共 26 页 - -

13、- - - - - - - 它易与催化剂 FeCl3作用生成不溶于苯的黑色沉淀并包在铁催化剂表面，使催化剂失效；另外，噻吩在反应中的生成的氯化物在氯化液的精馏过程中分解出氯化氢，对设备造成腐蚀。其次，在有机原料中也不能含有水，因为水能吸收反应生成的HCl 成为盐酸，对设备造成腐蚀，还能萃取苯中的催化剂 FeCl3，导致催化剂离开反应区，使氯化速度变慢，当苯中含水量达0.02%（质量百分数）时，反应便停止。此外，还不希望Cl2中含 H2，当H24%（体积分数）时，会引起火灾甚至爆炸。（6）反应深度以氯化为例，反应深度即为氯化深度，它表示原料烃被氯化程度的大小。通常用烃的实际氯化增重与理论单氯化增

14、重之比来表示；也可以用氯化烃的含氯量或反应转化率来表示。由于芳烃环上氯化是一个连串反应，因此要想在一氯化阶段少生成多氯化物，就必须严格控制氯化深度。工业上采用苯过量，控制苯氯比为4:1 （mol 比），低转化率反应。对于苯氯化反应，由于二氯苯、一氯苯，苯的比重依次递减，因此，反应液相对密度越低，说明苯的含量越高，反应转化率越低, 氯化深度就越低，生产上采用控制反应器出口液的相对密度来控制氯化深度。表 5-2 是采用沸腾法的苯氯化生产数据。（7）混合作用在苯的氯化中，如果搅拌不好或反应器选择不当，会造成传质不匀和物料的严重返混，从而对反应不利，并会使一氯代选择性下降。在连续化生产中，减少返混现象

15、是所有连串反应，特别是当连串反名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 7 页，共 26 页 - - - - - - - - - 应的两个反应速度常数k1和 k2相差不大，而又希望得到较多的一取代衍生物时常遇到的问题。为了减轻和消除返混现象，可以采用塔式连续氯化器，苯和氯气都以足够的流速由塔的底部进入，物料便可保持柱塞流通过反应塔，生成的氯苯，即使相对密度较大也不会下降到反应区下部，从而可以有效克服返混现象，保证在塔的下部氯气和纯苯接触。二、脂肪烃及芳烃侧链的取代卤化脂肪烃和芳

16、烃侧链的取代卤化是在光照、加热或引发剂存在下卤原子取代烷基上氢原子的过程。它是合成有机卤化物的重要途径，也是精细有机合成中的重要反应之一。1脂肪烃及芳烃侧链取代卤化的反应特点（1）反应是典型的自由基反应其历程包括链引发、链增长和链终止三个阶段。例如甲烷的氯化：（2）反应具有连串反应特征与芳烃环上的取代卤化一样，脂肪烃及芳烃侧链取代卤化反应也是一个连串反应。如烷烃氯化时，在生成一氯代烷的同时，氯自由基可与一氯代烷继续反应，生成二氯代烷，进而生成在地三氯、四氯及至多氯代烷。2. 影响因素及反应条件的选择（1）被卤化物的性质若无立体因素的影响，各种被卤化物氢原子的活性次序为：ArCH2HCH2=CH

17、CH2H 叔 CH仲 CH伯 CH名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 8 页，共 26 页 - - - - - - - - - CH2=CHH 这与反应中形成的碳游离基的稳定性规律相同。苄位和烯丙位氢原子比较活泼，容易进行游离基取代卤化反应。如果在苄位或其邻、对位带有吸电子基团，苄位的卤化更容易进行；若带有给电子基团，则卤化相对困难。烯丙位卤化反应的难易与其结构有关，如果分子中存在不同的烯丙基CH 键， 它们的反应活性取决于相对应的碳游离基的稳定性，其活性顺序为：叔CH仲

18、 CH伯 CH。（2）卤化剂在烃类的取代卤化中，卤素是常用的卤化剂，它们在光照、加热或引发剂存在下产生卤游离基。其反应活性顺序为：F2Cl2Br2I2，但其选择性与此相反。碘的活性差，通常很难直接与烷烃反应；而氟的反应性极强，用其直接进行氟化反应过于剧烈，常常使有机物裂解成为碳和氟化氢。所以，有实际意义的只是烃类的氯代和溴代反应。由于卤素可以与脂肪烃中的双键发生加成反应，一般不宜采用卤素进行烯丙位取代卤化反应；而芳环上不易发生卤素的加成反应，则可采用卤素进行苄位取代卤化反应。 NBS用于烯丙位或苄位氢的卤代反应，具有反应条件温和、选择性高和副反应少的特点。例如分子中存在多种可被卤代的活泼氢时，

19、用 NBS卤化的主产物为苄位溴化物或烯丙位溴化物：CH2CH2CH2CONBS/CCl4hv,回流CHB r CH2CH2COCH3CH2C ( CH3)3NBS/CCl4回流过氧化 二苯甲酰 ，CH2CH2CH3CHB r C ( CH3)3CH2=C（3）引发条件及温度烃类化合物的取代卤化反应发生的快慢主要取名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 9 页，共 26 页 - - - - - - - - - 决于引发游离基的条件。光照引发和热引发是经常采用的两种方法。光照引发

20、以紫外光照射最为有利。以氯化为例，氯分子的光离解能是250kJmol，与此对应的引发光波长是478nm。波长越短的光，其能量越强，有利于引发游离基，但波长小于300nm 的紫外光透不过普通玻璃。因而，实际生产中常将发射波长范围为400700nm的目光灯作为照射光源；光引发时，其反应温度一般控制在6080。热引发可分为中温液相氯化与高温气相氯化，氯分子的热离解能是239kJmol，一般液相氯化反应的热引发温度范围为100150，而气相氯化反应温度则高达250以上。其余卤素分子的离解能量要略低些，反应温度可以相应降低。表5-3 为卤素分子离解所需能量。提高反应温度有利于取代反应，也有利于减少环上加

21、成氯化副反应，还可促进卤化剂均裂成游离基，所以一般在高温下进行苄位和烯丙位的取代卤化反应。（4）催化剂及杂质芳烃在有催化剂时，环上取代氯化要比环上加成或侧链氯化快得多，即在催化剂存在时，通常只能得到环上取代产物。在光照、加热或引发剂下通Cl2，侧链取代氯化又比环上加成氯化快得多。因此通过游离基反应进行芳环侧链的卤化时, 应当注意不要使反应物中混入能够发生环上取代氯的催化剂。对于自由基反应，原料需有较高的纯度和严格控制其杂质，否则会阻止反应。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - -

22、第 10 页，共 26 页 - - - - - - - - - 杂质铁。若有铁存在，通氯时会转变成FeCl3，则对自由基反应不利，并起抑制作用，同时若原料为烯烃或芳烃时，还会加快加成氯化及环上取代氯化。因此，原料中不能有铁，反应设备不能用普通钢设备，需用衬玻璃、衬镍、搪瓷或石墨反应器。氧气。对反应有阻碍作用，需严格控制其浓度。对于光引发：烃中氧含量 1.25 10-4时，Cl2中需 5.0 105；或烃中氧含量 =5.0 105时，Cl2中需 2.0 104。水。原料中有少量水的存在，也不利于游离基取代反应的进行。因此，工业上常用干燥的氯气。此外，固体杂质或具有粗糙反应器内壁，会使链终止。为了

23、除去反应物中可能存在的痕量杂质，有时加入乌洛托品。（5）反应介质四氯化碳是经常采用的反应介质，因为它属于非极性惰性溶剂，可避免游离基反应的终止和一些副反应的发生。其它可用的溶剂还有苯、石油醚和氯仿等。反应物若为液体，则可不用溶剂。（6）氯化深度及原料配比由于芳烃侧链及烷烃的取代氯化都具有连串反应的特点，因此，氯化产物的组成是由氯化深度来决定的。氯化深度越，单氯化选择性越低，即多氯化物组成越高。选择适当的氯化深度及烃氯化，对提高单氯化选择性是有利的，烃氯比大，一氯代烷的选择性高，一般适宜的烃氯比为53:1。三、应用实例名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - -

24、- - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 11 页，共 26 页 - - - - - - - - - 1氯苯的生产氯苯是制备农药医药、 染料、助剂及其他有机合成产品的重要中间体，也可以直接作溶剂，生产吨位较大。氯苯的生产路线有两条，一条是氧化氯化法，由苯蒸汽、氯化氢和氧在200250及催化剂存在下反应而得。其总方程式为：该法主要用于由氯苯生产苯酚的工艺，当苯酚生产转向异丙苯法后，此法已被淘汰。另一条生产路线即是现在普遍采用的沸腾氯化法，工艺流程见图 5-2。生产的操作过程如下：将经过固体食盐干燥的苯和氯气，按苯氯比约 4:1（物质的量之比）的比例，送入充

25、满铁环填料（作催化剂）的氯化器底部， 部分氯气与铁环反应生成FeCl3并溶解于苯中， 保持反应温度在7580，使其在沸腾状态下进行反应。氯化液溢流入液封槽，经冷却后进入贮罐，控制氯化液的相对密度在0.9350.950，此时温度控制在15，氯化产物的质量组成大致为氯苯25%30%、苯 66%74%、多氯苯 1%。经水洗、中和，送往蒸馏分离，蒸出的苯循环使用。除产品氯苯外，得到的混合二氯苯还可以进一步分离；反应器顶部逸出的苯蒸汽和氯化氢气体，经冷凝回收苯，再以水吸收得到副产盐酸。沸腾氯化器是一种塔式设备（图5-3），内壁衬耐酸砖，塔底装有炉条以支承铁环，塔顶是扩大区，安装有二层导流板以促进气液分离

26、，利用苯的气化带出热量。在设计氯化器时，必须防止出现滞留区，否则容易出现名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 12 页，共 26 页 - - - - - - - - - 多氯苯，导致设备堵塞，甚至发生生成碳的副反应而引起燃烧。用沸腾氯化法生产氯苯的主要优点是生产能力大，在相同的氯化深度下二氯苯的生成量较少，这是由于减少了返混的缘故。第三节加成卤化加成卤化是卤素、卤化氢及其他卤化物与不饱和烃进行的加成反应。含有双键、叁键和某些芳烃等有机物常采用卤加成的方法进行卤化。一、卤素与

27、不饱和烃的加成卤化在加成卤化反应中，由于氟的活泼性太高，反应剧烈且易发生副反应，无实用意义。碘与烯烃的加成是一个可逆反应，生成的二碘化物不仅收率低，而且性质也不稳定，故很少应用。因此，在卤素与烯烃的加成反应中，只有氯和溴的加成，应用比较普遍。卤素与烯烃的加成，按反应历程的不同可分为亲电加成和自由基加成两类。1卤素的亲电加成卤化（1）反应历程卤素对双键的加成反应，一般经过两步，首先卤素向双键作亲电进攻，形成过渡态 -络合物，然后在催化剂（FeCl3）作用下，生成卤代烃。催化剂的作用是加速 -络合物转化成 -络合物，并且促使Cl2与 FeCl3形成 ClCl:FeCl3络合物，有利于亲电进攻。名师

28、资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 13 页，共 26 页 - - - - - - - - - （2）主要影响因素烯烃的结构。当烯烃上带有给电子取代基（如OH 、OR、NHCOCH3、C6H5、R 等）时，其反应性能提高， 有利于反应的进行；而当烯烃上带有吸电子取代基（如NO2、COOH、CN、COOR、SO3H、X 等）时，则起相反作用。烯烃卤加成反应活泼次序如下：R2CCH2RCHCH2CH2CH2CH2CHCl。溶剂。卤素与烯烃的亲电加成反应，一般采用CCl4、CHCl

29、3、CS2、CH3COOH 和 CH3COOC2H5等作溶剂。而醇和水不宜用作溶剂，因为它们同时可作为亲核试剂，向过渡态 -络合物作亲核进攻，可能会有卤代醇或卤代醚副产物形成。例如：反应温度。卤加成反应温度不宜太高，否则易导致消除（脱卤化氢）和取代副反应。2卤素的自由基加成卤化卤素在光、热或引发剂（如有机过氧化物、偶氮二异丁腈等）存在下，可与不饱和烃发生加成反应，其反应历程按自由基机理进行。链引发：Cl2hv2 Cl 链传递：CH2=CH2 + Cl CH2ClCH2CH2ClCH2 + ClCl CH2ClCH2 Cl + Cl链终止：Cl + Cl Cl2 名师资料总结 - - -精品资料

30、欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 14 页，共 26 页 - - - - - - - - - 2CH2ClCH2 CH2ClCH2CH2CH2 Cl CH2ClCH2 + Cl CH2ClCH2 Cl 光卤化加成的反应特别适用于双键上具有吸电子基的烯烃。例如三氯乙烯中有三个氯原子，进一步加成氯化很困难；但在光催化下可氯化制取五氯乙烷。五氯乙烷经消除一分子的氯化氢后，可制得驱钩虫药物四氯乙烯。卤素和炔烃的加成反应与烯烃相同，但比烯烃反应难。二、卤化氢与不饱和烃的加成卤化氢与不饱和烃发生加成作用，可得到饱

31、和卤代烃。其反应历程可分为离子型亲电加成和自由基加成两类。1卤化氢的亲电加成卤化（1）反应历程卤化氢与双键的亲电加成也是分两步进行的：首先是质子对分子进行亲电进攻，形成一个碳正离子中间体，然后卤负离子与之结合，形成加成产物。在反应中加入 AlCl3或 FeCl3等催化剂，可加快反应速度。反应时可采用卤化氢的饱和有机溶液或浓的卤化氢水溶液。卤化氢与烯烃加成反应的活泼性次序是： HIHBrHCl。（2）定位规律由于是亲电加成反应，因此，当烯烃上带有给电子取代基时，有利于反应的进行，且卤原子的定位符合马尔科夫尼柯夫规则，名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - -

32、 - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 15 页，共 26 页 - - - - - - - - - 即氢原子加在含氢较多的碳原子上。当烯烃上带有强吸电子取代基，如COOH、CN、CF3、N(CH3)3时，烯烃的电子云向取代基方向转移，双键上电子云密度下降，反应速度减慢，同时不对称烯烃与卤化氢的加成与马尔科夫尼柯夫规则相反。例如：卤化氢与不饱和烃亲电加成反应的实例有氯化氢和乙炔加成生产氯乙烯，乙烯和氯化氢或溴化氢加成生成氯乙烷或溴乙烷。2. 卤化氢的游离基加成卤化在光和引发剂作用下，溴化氢和烯烃的加成属于游离基加成反应。其定位主要受到双键极化方向、位阻效应

33、和烯烃游离基的稳定性等因素的影响，一般为反马尔科夫尼柯夫规则。三、其他卤化物与不饱和烃的加成除卤素、卤化氢外，次卤酸、N-卤代酰胺和卤代烷等也是不饱和烃加成反应常用的卤化剂。它们与不饱和烃发生亲电加成反应，生成卤代化合名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 16 页，共 26 页 - - - - - - - - - 物。1次卤酸与烯烃的加成常用的次卤酸为次氯酸，次氯酸不稳定，难以保存，通常是将氯气通入水或氢氧化钠水溶液中，也可以通入碳酸钙悬浮水溶液中，制取次氯酸及其盐。制备后

34、须立即使用。次卤酸与烯烃的加成属于亲电加成，定位规律符合马氏规则。工业上典型的例子是次氯酸水溶液与乙烯或丙烯反应生成 -氯乙醇或氯丙醇。两者都是十分重要的有机化工原料。反应如下：次氯酸与丙烯加成得到的氯丙醇可直接用来生产环氧丙烷，这是工业上生产环氧丙烷的重要方法。反应式如下：反应在鼓泡塔反应器中进行，丙烯、氯气和水在塔的不同部位通入，控制塔内反应温度在3550，反应产物由塔顶溢出，反应液中氯丙醇含量为 4.5%5.0%，氯丙醇物质的量收率约90%左右。氯丙醇混合物可不经分离，直接送往皂化塔，用过量10%20%、浓度为10%的石灰乳皂化。皂化在常压和 34下进行，控制pH=89，生成的环氧丙烷自

35、反应液中溢出，经精馏后得到环氧丙烷产品。同时，副产少量 1,2-二氯丙烷和二氯二异 -氯乙醇氯丙醇名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 17 页，共 26 页 - - - - - - - - - 丙基醚。2N-卤代酰胺与烯烃的加成在酸催化下， N-卤代酰胺与烯烃加成可制得 -卤醇。反应历程类似于卤素与烯烃的亲电加成反应，卤正离子由N-卤代酰胺提供，负离子来自溶剂。反应如下：常用的 N-卤代酰胺有 N-溴（氯）代乙酰胺 NBA（NCA ）和 N-溴（氯）代丁二酰亚胺NBS（N

36、CS）等。其反应特点为：可避免二卤化物的生成，产品纯度高，收率高；此外，该卤化剂能溶于有机溶剂，故可与不溶于水的烯烃在有机介质中进行有效的均相反应，得到相应的 -卤醇及其衍生物。3卤代烷与烯烃的加成在路易斯酸存在下，叔卤代烷可对烯烃双键进行亲电进攻，得到卤代烷与烯烃的加成产物。例如：氯代叔丁烷与乙烯加成可得到1-氯-3,3 二甲基丁烷，收率为 75%。多卤代甲烷衍生物可与双键发生自由基加成反应，在双键上形成碳-卤键，使双键的碳原子上增加一个碳原子。例如，丙烯和四氯化碳在过氧化二苯甲酰作用下生成1,1,1-三氯-3-氯丁烷，收率为 80%。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - -

37、 - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 18 页，共 26 页 - - - - - - - - - 多卤代甲烷衍生物有氯仿、四氯化碳、一溴三氯甲烷、溴仿和一碘三氟甲烷等。这些多卤代甲烷衍生物中被取代的卤原子的活泼性次序为IBrCl。四、应用实例 3-氯丙腈的生产3-氯丙腈为无色液体，能与醇、醚、丙酮；苯和四氯化碳等混溶，具有辛辣气味。它可用于药物及高分子合成。它可由丙烯腈与氯化氢加成而得。其工艺过程如下：在冷却下，将干燥的氯化氢通入丙烯腈中，氯化氢很快被吸收反应。停止通气后，减压蒸馏收集 68712.1kPa的馏分，用 10%碳酸

38、钠溶液洗涤后，用无水硫酸钠干燥。再一次减压蒸馏，取70712.1kPa的馏分即为产品。第四节置换卤化置换卤化是以卤基置换有机物分子中其他基团的反应。与直接取代卤化相比，置换卤化具有无异构产物、多卤化和产品纯度高的优点，在药物合成、染料及其他精细化学品的合成中应用较多。可被卤基置换的有羟基、硝基、磺酸基、重氮基。卤化物之间也可以互相置换，如氟可以置换其他卤基，这也是氟化的主要途径。一、羟基的置换卤化醇羟基、酚羟基以及羧羟基均可被卤基置换，常用的卤化剂有氢卤酸、名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - -

39、 - - - - 第 19 页，共 26 页 - - - - - - - - - 含磷及含硫卤化物等。1置换醇羟基（1）用氢卤酸置换醇羟基氢卤酸和醇的置换反应是一个可逆平衡反应。增加反应物的浓度及不断移出产物和生成的水，有利于加快反应速度，提高收率。此反应属于亲核取代反应。醇的结构和酸的性质都能影响反应速度。醇羟基的活性大小，一般是：叔醇羟基仲醇羟基伯醇羟基。氢卤酸的活性是根据卤素负离子的亲核能力大小而定的，其顺序是：HIHBrHClHF。因此，伯醇和仲醇与盐酸反应时常常需要在催化剂作用下完成，常用的催化剂为ZnCl2。例如：（2）卤化磷和氯化亚砜置换醇羟基氯化亚砜和卤化磷也可以用于置换羟基，

40、氯化亚砜是进行醇羟基置换的优良卤化剂，反应中生成的氯化氢和二氧化硫气体易于挥发而无残留物，所得产品可直接蒸馏提纯。因此在生产上被广泛采用。例如：卤化磷对羟基的置换，多于对高碳醇、酚或杂环羟基的置换反应。如：3CH3(CH2)3CH2OHPI3 3CH3(CH2)3CH2IP(OH)3 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 20 页，共 26 页 - - - - - - - - - 3CH3(CH2)2CH2OHPBr3 3CH3(CH2)2CH2BrP(OH)32置换酚羟基

41、酚羟基的卤素置换相当困难，需要活性很强的卤化剂，如五氯化磷和三氯氧磷等。五卤化磷置换酚羟基的反应温度不宜过高，否则五卤化磷受热会离解成三卤化磷和卤素。这不仅降低其置换能力，而且卤素还可能引起芳环上的取代或双键上的加成等副反应。使用氧氯化磷作卤化剂时，其配比要大于理论配比。因为POCl3中的三个氯原子，只有第一个置换能力最大，以后逐渐递减。酚羟基的置换使用三苯膦卤化剂在较高温度下反应，收率一般较好。ClOHPh3PBr2200ClBr3. 置换羧羟基用 SOCl2或 PCl3与羧酸反应是合成酰氯最常用的方法。即：RCOOHSOCl2 RCOClSO3HCl 五氯化磷可将脂肪族或芳香族羧酸转化成酰

42、氯。由于五氯化磷的置换能力极强，所以羧酸分子中不应含有羟基、醛基、酮基等敏感基团，以免发生氯的置换反应。三氯化磷的活性较小，仅适用于脂肪羧酸中羟基的置名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 21 页，共 26 页 - - - - - - - - - 换；氯化亚砜的活性并不大， 但若加入少量催化剂 （如 DMF、 路易斯酸等），则可增大反应活性。如：二、芳环上硝基、磺酸基和重氮基的置换卤化1置换硝基硝基被置换的反应为游离基反应，其反应历程如下：Cl2 2ClArNO2Cl Ar

43、 Cl NO2 NO2Cl2NO2 ClCl工业上，间二氯苯是由间二硝基苯在222下与氯反应制得； 1,5-二硝基蒽醌在邻苯二甲酸酐存在下，在170260通氯气，硝基被氯基置换而制得 1,5-二氯蒽醌。以适量的 1-氯蒽醌为助熔剂， 在 230向熔融的 1-硝基蒽醌中通入氯气，可制得1-氯蒽醌。通氯的反应器应采用搪瓷或搪玻璃的设备，因为氯与金属可产生极性催化剂，使得在置换硝基的同时，发生离子型取代反应，生成芳环上取代的氯化副产物。2. 置换磺酸基在酸性介质中，氯基置换蒽醌环上磺酸基的反应也是一个自由基反应。采用氯酸盐与蒽醌磺酸的稀盐酸溶液作用，可将蒽醌环上的磺酸基置换成氯基。名师资料总结 -

44、- -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 22 页，共 26 页 - - - - - - - - - 工业上常常采用这一方法生产1-氯蒽醌以及由相应的蒽醌磺酸制备1,5-和 1,8-二氯蒽醌。方法是在 9698下将氯酸钠溶液加到蒽醌磺酸的稀盐酸溶液中，并保温一段时间，反应即可完成，收率为97%98%。3. 置换重氮基用卤原子置换重氮基是制取芳香卤化物的方法之一。先由芳胺制成重氮盐，再在催化剂（亚铜型）作用下得到卤化物。它被称作桑德迈尔（Sandmeyer ）反应。即：（X=Cl、Br）在反应过程

45、中同时生成的副产物有偶氮化合物和联芳基化合物。芳香氯化物的生成速度与重氮盐及一价铜的浓度成正比。增加氯离子浓度可以减少副产物的生成。重氮基被氯原子置换的反应速度，受对位取代基的影响。通常，当芳环上有其他吸电子基存在时有利于反应。取代基对反应速度的影响如下列顺序减小： NO2ClHCH3OCH3。置换重氮基的反应温度一般为4080，催化剂的用量为重氮盐的1/101/5（化学计算量）。例如：名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 23 页，共 26 页 - - - - - - -

46、 - - 1-氯-8-萘磺酸是合成硫靛黑的中间体。用铜粉代替亚铜盐催化剂加入重氮盐的盐酸或氢溴酸溶液中也可进行卤基置换重氮基的反应。此时称为盖特曼（Gatterman）反应。如：生成的邻溴甲苯是合成医药的中间体。三、置换氟化目前工业上制备有机氟化物的方法主要采用置换氟化法。1伯胺基的置换许多芳香族的氟衍生物是通过氟原子置换芳环上的重氮基而制得的。通常是将芳伯胺的重氮盐与氟硼酸盐反应，生成不溶于水的重氮氟硼酸盐；或芳胺在氟硼酸存在下重氮化，生成重氮氟硼酸盐，后者经加热分解，可制得产率较高的氟代芳烃。此类反应称希曼（Schieman ）反应。应当指出，重氮氟硼酸盐分解必须在无水条件下进行，否则易分

47、解成酚类和树脂状物质。2卤素的亲核置换（卤素交换反应）名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 24 页，共 26 页 - - - - - - - - - 卤素交换反应是在有机卤化物与无机卤化物之间进行的。对于有机氟化物的制备，工业上常用HF、KF、NaF、AgF2、SbF5等无机氟化剂通过置换有机卤化物中的卤原子来实现。反应所用的溶剂有DMF、丙酮、四氯化碳等。如2,4,6-三氟 -5-氯嘧啶的合成即是由四氯嘧啶与氟化钠在180220、环丁砜中回流制得的，收率可达87.5%，

48、它是合成活性染料的重要中间体；氟里昂系列产品几乎都是通过置换氟化而得。四、应用实例 2,4-二氟苯胺的合成2,4-二氟苯胺是有机合成的中间体，用于氟苯水杨酸的合成。氟苯水杨酸是羧酸类非甾抗炎药，是水杨酸药物最具发展前途的品种。2,4-二氟苯胺的合成有两条路线，一条是以1,2,4-三氯苯为原料，经硝化、氟代、还原脱氯而得到产品。另一条合成路线是以间苯二胺为原料，经重氮化、置换、硝化、还原而得到 2,4-二氟苯胺。其合成步骤如下：名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 25 页，

49、共 26 页 - - - - - - - - - （l）重氮化、置换将含有亚硝酸钠的水溶液和含有间苯二胺盐酸盐的水溶液在搅拌条件下，分别缓慢地滴入冷却的56%氟硼酸溶液中。反应结束后，过滤得到黄色固体，干燥后得间二氟硼重氮盐。将其加热分解，经蒸馏可得间二氟苯，收率60.3%。（2）硝化将间二氟苯逐渐滴入冷却的发烟硝酸中，加毕，继续搅拌反应 1h。然后将反应液倾入冰水中，用乙醚提取，提出液用碳酸氢钠溶液及水洗涤，干燥后减压蒸馏，收集5859533.3Pa （4mmHg）馏分，得 2,4-二氟硝基苯，收率为93.2%。（3） 还原将 2,4-二氟硝基苯滴加入铁粉和氯化铵水溶液的混合液中，加毕，继续回流反应2h。反应结束后进行水蒸气蒸馏， 馏出液用乙醚提取，干燥，回收乙醚后减压蒸馏，收集46471200Pa（9mmHg）馏分，得2,4-二氟苯胺，收率为84.6%。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 26 页，共 26 页 - - - - - - - - -