1、鹵化反應有機單元合成反應 第 四 章內容提要取代鹵化反應加成鹵化反應置換鹵化反應論討 業作結小主要內容（共14學時）：鹵化反應的定義、目的、重要性鹵化劑，鹵化反應的類型芳環上的取代氯化（重點） 親電質點、反應歷程及動力學（重點：催化劑存在下Cl2的氯化） 影響因素：被鹵化物性質、氯化深度、操作方式、混合作用、反應介質、原料純度、反應溫度 實例羰基-氫的取代鹵化芳烴的側鏈取代鹵化（重點） 反應理論及實例，氯甲基化反應飽和烴的取代鹵化（自學）烯鍵-氫的取代鹵化（自學）氟化、溴化、碘化 Finkelstein鹵素交換反應 Schiemann反應（重點）加成鹵化：鹵素和鹵化氫對雙鍵的加成置換鹵化 鹵素

2、置換羥基、硝基、磺酸基； 重點：鹵素置換重氮基 Sandmeyer反應4.1 概述鹵化反應的定義及重要性鹵化反應的目的鹵化劑鹵化反應的類型4.1.1 鹵化反應的定義及重要性鹵化反應 ? 向有機化合物分子中的C原子上引入鹵原子的反應。 根據引入鹵原子的不同，分為：鹵化 氟化 氯化 溴化 碘化 根據引入鹵原子的方式，分為：鹵化 取代鹵化 加成鹵化 置換鹵化 氟、氯、溴、碘雖同屬鹵素，但其性質存在較大差異，因而其合成方法有很大區別。 原料性質以及制備產物的結構對鹵化方法的選擇有密切關系。氯化 應用最廣泛、制備最經濟的鹵化反應。大批氯化產品，如具有廣泛的工業用途。 Cl2價格低廉，供應量大，因此，氯化

3、產物品種多，產量大，是最重要的鹵化反應，也是本章討論的重點。Cl2 ? 溴化 溴的資源相對較少，溴化物常具有某些功能性用途。如 溴化物中的Br原子較活潑，易為其他基團置換，常被應用于精細化工產品的有機合成。氟化 氟的自然資源較廣，許多氟化物具有突出的優點，如 氟化還可用于潤滑油、烹飪用具涂料、火箭燃料、染料等的合成。 近年來對氟化物的合成十分重視，但氟活性太高，一般要用間接方法制備。碘化 碘價格昂貴，資源比其他幾種鹵素少得多，應用范圍也小得多，僅用于少數醫藥、農藥及染料。 總之： 鹵化是精細有機合成最重要反應之一。大規模生產 ? 氯和氟有機單體(氯乙烯、四氟乙烯) 有機溶劑 (四氯化碳、二氯乙

4、烷、氯苯等) 制冷劑(氟里昂) 還廣泛用來制取農藥、醫藥、增塑劑、潤滑劑、阻燃劑、染料、顏料及橡膠防老劑等的中間體。4.1.2 鹵化反應的目的 賦予有機化合物一些新的性能，得到性能優異的最終產品。 鹵素衍生物鹵基轉換一系列含有其他基團的中間體產品。 4.1.3 鹵化劑分子態鹵素：Cl2、Br2 、I2 ；鹵素的酸 + 氧化劑： HCl(HBr)+ O2、NaClO、NaBrO、NaClO3、NaBrO3、H2O2 等；金屬或非金屬鹵化物：FeCl3、PCl3、PCl5；其他：SOCl2、SO2Cl2、HOCl、COCl2、 SCl2、 ICl、 RNHCl、 RSO2NHCl SO2Cl2是引

5、入Cl的高活性反應劑，SO2Cl2、SCl2、AlCl3 相混合為高氯化劑。 置換鹵化劑？ HF、KF、NaF、SbF5、HCl、HBr、NaBr 4.1.3.1 氯化劑 4.1.3.2 溴化劑 4.1.3.3 碘化劑 4.1.3.4 氟化劑 4.1.3.1 氯化劑（氯化劑的分類） 實例4.1.3.2 溴化劑分類實例 4.1.3.3 碘化劑 4.1.3.4 氟化劑4.1.4 鹵化反應的類型引入鹵素的方法？ 取代鹵化、置換鹵化、加成鹵化 取代鹵化：包括芳烴環上取代、側鏈取代和脂肪烴的取代鹵化。 加成鹵化： 置換鹵化：鹵素置換硝基、磺酸基、羥基、重氮基甲苯的鹵化？ 鹵化中除加入特定鹵化劑，常需加入

6、催化劑或活化劑，如光能、熱能或游離基引發劑。4.2 鹵化熱力學鹵化反應熱 取代鹵化 加成鹵化碳鹵鍵的穩定性和反應活性4.2.1 鹵化反應熱 某些鹵化反應的反應熱見表3-2取代鹵化： 烴類：以X2為鹵化劑 氟化是高放熱反應；氯化是放熱反應；溴化為中等放熱，所有溫度下，均有利于向右方進行。 碘化則是吸熱可逆反應。 但用ICl為碘化劑，則是放熱反應。 乙烷：用 F2 進行取代氟化，發生C-C鍵的斷裂和聚合等副反應。 Why加成鹵化： 不飽和烴的加成鹵化：高放熱反應，反應均有利于向右方進行。 放熱量：HX為鹵化劑X2，且所有用HX的反應都是可逆反應。 乙烯用 F2進行加成氟化時會發生C-C鍵的斷裂和聚

7、合等副反應。 Why 故氟化一般不用分子態氟為氟化劑。4.2.2 碳鹵鍵的穩定性和反應活性 有機分子中C原子與各種取代基間的鍵能（C-X鍵）見表3-4。結論 ？4.3 芳環上的取代鹵化（氯化）反應歷程催化劑的選擇反應動力學影響因素實例 芳環的取代鹵化是典型的親電取代反應 早在19世紀30年代，在cat.存在下，芳環上的 H 被 Cl 取代已屬于實驗室常用的一類反應。如苯的氯化？特點? 生成單氯化物同時，常生成一些多氯取代物，具有連串反應的特點。反應通式：活潑質點？ 親電取代反應，X+催化劑作用？ 使鹵分子極化，生成 X+ 4.3.1 反應歷程常用氯化劑？ Cl2，來源豐富，價格較低，但為了產品

8、質量的需要，其他氯化劑也有一定應用，但相對少得多。常用催化劑？ 金屬氯化物，如FeCl3、AlCl3、 SbCl3、TiCl4、ZnCl2、MnCl2、SnCl4、Lewis酸； 此外還有I2和H2SO4。 以金屬氯化物為催化劑的反應歷程 以I2為催化劑的反應歷程 以H2SO4為催化劑的反應歷程 水介質中用Cl2進行氯化的反應歷程 其它 以金屬氯化物為催化劑的反應歷程 無水狀態下，以Cl2為氯化劑，金屬氯化物為催化劑的氯化反應，應用最廣泛。反應歷程？ 以FeCl3為例，FeCl3與Cl2作用，使Cl2極化，離解成Cl+，對芳環親電進攻，生成絡合物，再脫去質子得到氯化物。3-3、3-4、3-5

9、以I2為催化劑的反應歷程 無水狀態或濃硫酸介質中，用Cl2進行氯化時，有時用I2作催化劑。 生成的ICl分解出 I+與Cl2作用，促使Cl+和ICl的生成，以此反復進行。 3-6 3-7 以H2SO4為催化劑的反應歷程H2SO4催化作用？ 3-8、3-9適用范圍？ 濃H2SO4離解度很小，對Cl2的溶解度也很小，還可能引起磺化副反應，并產生廢硫酸，故很少使用。 水介質中用Cl2進行氯化的反應歷程適用范圍？ 當有機物易被氯化時，可不用催化劑，反應可在水介質中進行。反應歷程？ 3-10、3-11 加入H+有利于Cl+的生成，但 FeCl3和I2不起催化作用。 其它催化劑的作用？ 影響鹵化反應速度；

10、 影響鹵原子進入芳環的位置，當環上有鄰、對位定位基時，影響鄰、對位產物比例。 一般地：鹵化劑與催化劑形成配合物的體積越大，空間位阻越大，生成鄰位異構體的比例越少。實例4.3.2 催化劑的選擇4.3.3 鹵化動力學 芳環上的取代氯化屬于連串反應。Why 苯？ 環上引入一個氯基后，僅使電子云密度稍下降，苯一氯化與氯苯進一步氯化的速度常數只相差10倍左右，即k2/k1=K=10-1； 因此苯的取代氯化是典型的連串反應，生成較多的二氯化物及多氯化物。4.3.3.1 苯一氯化的連串反應動力學 下面推導苯氯化時的氯化液組成：假設？ Cl2完全反應，生成HCl完全逸出，氯化液中FeCl3和三氯苯濃度忽略不計

11、。 氯化液中只有苯、氯苯和二氯苯，含量分別用摩爾分數 xA、xB、xC表示。 xA0表示原料苯的含量，純苯 xA0=1。 xA+ xB + xC = xA0 =1 氯化深度或苯氯比？ 每1mol苯消耗的Cl2的物質的量，即Cl2 /C6H6（摩爾比）用 X 表示。 X = xB + 2xC 苯的消耗速率？氯苯的生成速率？ 苯間歇氯化或在平推流反應器中連續氯化時：將對xA求導： 將代入可求出xB的極大值：如何確定 xB的極大值？如何確定 K 值？ 恒定溫度下，取瞬時反應液分析苯、氯苯含量（xA、xB），代入式，求出該溫度的 K 值（如30，K=0.123）。 已知 K ，利用、式求出不同 苯轉化

12、率下氯苯、二氯苯的量 xB、xC和Cl2消耗量X ，得出不同 X 時氯化液組成（圖3-1）。 由上述公式可算出，氯苯含量最高時的氯化液組成（30）： xA=0.092 xB=0.745 xC=0.163 X=1.071 與實測數據近似。 苯在多槽串聯反應器中連續一氯化時氯化液組成的計算： (3-27)、(3-28)結論 反應初期，隨苯轉化率增加，氯苯濃度逐漸增加，在苯轉化率20%時，氯苯開始與Cl2作用生成二氯苯，且生成速度隨苯中氯苯濃度的增加明顯加快； 也就是說，苯氯化時，隨一氯苯的不斷生成，二氯化反應速度不斷增加，以至生成較多二氯化物和多氯化物。 當苯中氯苯含量為74.5%(wt)時， v

13、1和v2相等； 若氯苯為目的產物，可控制氯化反應深度停留在較淺階段，二氯苯生成量很少，氯苯選擇性較好； 氯化深度為1.07時，氯苯生成量達到最大值。4.3.3.2 為什么易發生二鹵化 芳烴鹵化屬于親電取代反應，Cl取代H后，與硝化和磺化一樣，使芳環鈍化，但Cl 同時有向芳環供電子的能力，因此鈍化程度遠遠小于硝基和磺酸基。 也就是說，在芳環的鹵化反應中，一鹵化后，芳環的電子云密度稍稍下降，一鹵化物對親電取代反應仍具有相當的活潑性，使二鹵化反應比較容易進行。 苯在硝化、磺化、氯化中k1: k2的比較 反應類型 硝 化 磺 化 氯 化k1/ k2105107103104101 從表可知，苯的一氯化與

14、氯苯的進一步氯化反應的速度常數相差只有10倍左右。影響因素 鹵化深 度 混合作用反應溫度原料純度操作方式 4.3.4 影響因素被鹵化物性質 反應介質 4.3.4.1 被鹵化物的性質 對鹵化條件和產物組成有直接影響。 環上有強供電子基，反應易進行。 胺類、酚類、多烷基苯的氯化，不需加催化劑，可在水介質中在室溫下完成。 活潑芳胺：易發生多氯化，在氨基所有鄰、對位被全部取代以前，反應很難停止。制一氯衍生物？ 先將伯胺轉化成酰胺再氯化 酚類：則有可能在引入一個氯原子后使反應停止。 環上有吸電子基，反應較難進行，常需加入催化劑。 活性較低芳烴，如甲苯、苯、氯苯的鹵化，一般加入金屬鹵化物作催化劑； 不活潑

15、芳烴，如蒽醌的直接鹵化，要求強烈的鹵化條件和催化劑，一般采用濃H2SO4、I2或ICl作催化劑。 鹵化反應的定位作用與硝化相似。 苯一取代衍生物與Cl2和Br2反應時的異構體分配比例： 苯的氯化與硝化、磺化的k1:k2比較，相差幾個數量級，苯的 k1在常溫下僅比 k2大8.5 倍左右。 4.3.4.2 鹵化深度的影響 反應類型 硝 化 磺 化 氯 化k1: k2105107103104101氯苯含量最高時的氯化液組成？ xA=0.092， xB=0.745， xC=0.163 X=1.071 xB/ xC只有4.5:1，副產二氯苯太多。根據圖3-1分析 因此，要想在一氯化階段少生成多氯化物，必

16、須嚴格控制氯化深度。如何控制氯化深度？ 二氯苯、一氯苯和苯的相對密度依次遞減，反應液相對密度較小，說明苯的含量？氯化深度？ 因此，常通過控制反應器出口氯化液相對密度，控制氯化深度。 氯化液相對密度越高，其中二氯化物含量？說明氯化深度越高。 氯化液密度與產物組成的關系氯化液密度氯化液/%(質量分數) 苯 氯苯 二氯苯氯苯/二氯苯(質量比)0.941769.36 30.51 0.132350.952963.16 36.49 0.35104 一氯苯生產工藝的變革？單鍋間歇生產工藝多鍋連續生產工藝塔式沸騰連續生產工藝 反混？4.3.4.3 操作方式及混合作用的影響 反混作用（返混） ? 氯化反應中，如

17、果攪拌效果不好或反應器型式選擇不當、傳質不勻，使生成產物未能及時離開，返回到反應區域促進連串反應進行的現象。 開始是單鍋間歇式生產，為提高生產效率多鍋連續氯化(反混嚴重)塔式沸騰連續氯化。a. 單鍋間歇生產工藝b.多鍋連續生產工藝c. 塔式沸騰連續生產工藝 三種操作方式的氯化液組成？操作方式與氯化液組成關系氯化方式未反應苯(質量%)一氯苯(質量%)二氯苯(質量%)單鍋間歇63.235.235.41.41.63.974.5多鍋連續63.234.42.46.98塔式連續636632.935.61.11.43.343.93 原料和產物在反應溫度下都是液態（如苯、甲苯、硝基苯），可直接進行氯化，多數氯

18、化反應要在溶劑存在下完成。 氯化時選擇適當的介質十分重要。常用介質？ 水、無機溶劑和有機溶劑。如何選擇？4.3.4.4 反應介質的選擇 當被氯化物和氯化產物都是固體，且氯化較易進行時，可用水作介質。 如：對硝基苯胺的氯化 反應溫度下反應物是固體，且較難鹵化，常選用濃硫酸、發煙硫酸、氯磺酸等無機溶劑作介質，有時還要用I2作催化劑。 如：蒽醌的四氯化 要求在較緩和條件下進行，或定位需要，可選用適當的有機溶劑。選取原則？ 更難氯化的物質。如： 萘的氯化可采用氯苯作溶劑 水楊酸的氯化可采用乙酸或氯苯作溶劑 選用不同介質對產物異構體的生成比例有影響。 苯的純度對氯化過程有重大意義，最有害的是苯中硫化物噻

19、吩，其次是水。 噻吩 易與催化劑作用不溶于苯的黑色沉淀，包住鐵催化劑表面，使之失效，阻礙氯化的進行。 4.3.4.5 原料純度的影響 該氯化物在氯化液精餾過程中分解出HCl，腐蝕精餾塔。如何除去？ 噻吩用濃硫酸洗水溶物除去。 水 與HCl形成鹽酸，FeCl3在鹽酸中的溶解度比在苯中大得多，大大降低了有機物中FeCl3的濃度，使反應速度減慢。 苯中FeCl3的最低濃度是0.01%，當含水量0.2%，苯中所含FeCl3被提取入鹽酸層，氯化反應不能進行。鹽酸還能使設備劇烈腐蝕和鐵環催化劑的消耗。 要求： 原料苯和Cl2中含水量均應0.04%。如何除去？ 苯中水分：恒沸蒸餾或干燥劑（CaCl2、固堿、

20、粗鹽）； Cl2中水分：常用濃硫酸除去。 此外，為避免引起火災或爆炸事故，要求Cl2中含氫量 26%。二氯化速度隨T 的增加，比一氯化快。苯氯化反應溫度與k1/k2的關系 早期氯苯生產，為防止二氯苯生成，盡可能控制反應在3540下進行。 但？4.3.4.6 反應溫度的影響T/182530k2/k10.1070.1180.123 研究發現：隨T 的升高， k2/k1增加并不十分顯著，溫度影響比反混作用的影響要小得多。 因此，近代一氯苯的生產，采用在沸騰溫度（7580 ）下，用塔式反應器或列管式氯化器反應，利用過量苯的汽化移除反應熱，不需要冷卻系統，生產能力大幅度提高。苯系環上取代氯化 苯的氯化：

21、氯苯 甲苯的氯化：鄰氯甲苯和對氯甲苯 苯酚的氯化： 鄰氯苯酚、對氯苯酚、2,4-二氯苯酚、 2,6-二氯苯酚、五氯苯酚 苯胺的氯化： 2,6-二氯苯胺萘系環上取代氯化蒽醌系環上取代氯化4.3.5 實例苯的氯化 氯 苯 的 生 產用途：制取農藥、醫藥、染料、助劑等有機產品的重要中間體，也可作溶劑，用途廣泛，需要量很大，全世界年生產總量達數十萬噸。生產路線： 塔式沸騰連續氯化法 氧化氯化法沸騰氯化法： 在苯的沸騰溫度下氯化，利用過量苯汽化移除反應熱，氯化器不需冷卻系統，生產能力不受傳熱強度限制大為提高現代合成氯苯工業方法的主要特征。沸騰氯化器（圖3-3）苯沸騰氯化流程 為得到一氯苯，生產中控制兩項

22、指標。控制指標： 配料比(摩爾比)：C6H6/Cl2 =1/0.25 氯化比：C6H5Cl/C6H4Cl2 =2535/1 出口氯化液密度： 0.9350.950氯化產物組成： 氯苯2530%，苯6674%，多氯苯1%苯酚的氯化 制取鄰氯苯酚、對氯苯酚、2,4-二氯苯酚、 2,6-二氯苯酚、五氯苯酚，都是醫藥、農藥的重要中間體。2,6-二氯苯酚是重要的醫藥中間體，純度要求高，不宜采用苯酚的直接氯化法，如何合成？ 2,4-二氯苯酚是制備除草劑(農藥)和植物生長刺激劑2,4-D的中間體。 五氯苯酚及其鈉鹽被廣泛用作抗菌劑。萘系環上取代氯化 比苯易氯化，甚至可用苯作溶劑。 產物比苯復雜，既有平行反應

23、，又有連串反應。 一氯化：主要生成1-氯萘，副產2-氯萘和多氯萘(910%)。 二氯化：最多可得到10種異構體。 八氯萘：具有高介電常數，可用作電子工業中的絕緣材料，也可用于紡織物的表面涂層，使具有防火性能。蒽醌系環上的取代氯化 蒽醌直接氯化可得到氯化蒽醌，是一平行-連串反應，異構體十分復雜，利用高效液相色譜可分離出26種氯化產物。1,4,5,8-四氯蒽醌？ 合成還原染料咔嘰2G的主要中間體？如何制備？ 歷史上以蒽醌為原料，以汞為定位劑，經磺化和置換氯化制取：缺點？ 生產工序多，收率低，含汞廢水難以治理。為了防止汞對環境的污染，研究了蒽醌直接氯化，并應用于工業生產，取代了老工藝。4.4 芳環側

24、鏈氫的取代鹵化反應歷程反應動力學影響因素實例氯甲基化反應 甲苯在光照，且沒有環上取代催化劑時，與Cl2反應只發生在側鏈上，隨氯化深度增加，可得到各種側鏈氯化產物。 甲苯側鏈氯化產物是合成染料、藥物、香料的重要中間體。 如：苯氯甲烷：引入芐基的烷化劑，制苯甲醇(極有用的定香劑，配制香皂、香水、香精、日用化妝香料，是茉莉、月下香等香型調制不可缺少的香料；又可供藥用和合成化學工業用，12-12 。) 苯二氯甲烷：制苯甲醛（12-15）。苯三氯甲烷：制苯甲酰氯，苯三氟甲烷（除莠劑的中間體）。4.4.1 反應歷程 芳烴側鏈取代鹵化是典型的自由基鏈反應，包括鏈引發、鏈增長、鏈終止三個階段。 鏈引發 鏈增長

25、 鏈終止鏈引發？ 在光照、高溫或引發劑作用下，發生光離解、熱裂解或電子轉移，Cl2均裂為自由基的過程。熱解離能？ 238.6kJ/mol，要求T 100；光離解能？ 250.0kJ/mol，要求光的波長478.5nm。常用引發劑？ 過氧化苯甲酰、偶氮二異丁腈，引發機理3-71，3-72鏈增長 ？ 3-64，3-65，3-66，3-67鏈終止 ？ 4.4.2 反應動力學動力學研究表明： 在cat.存在下，環上取代氯化比環上加成和側鏈氯化快得多，只能得到環上取代產物。 Why 在光照、加熱或引發劑存在下，側鏈氯化又比環上加成氯化快得多。 因此，只要條件選擇適當，可使芳烴氯化反應按照所要求的方向進行

26、。 甲苯的側鏈氯化是連串反應，其氫可依次被氯取代。3-70k1/k2 ？混合物組成變化？ 圖3-4，與苯氯化類似。 影響因素 溫 度 引發劑雜質 4.4.3 影響因素 伴隨側鏈鹵化的進行，環上取代和加成是同時進行的副反應體系，低溫時尤為顯著，側鏈鹵化一般在高溫下進行。光源氯化深度4.4.3.1 光源 Harling和Knol研究甲苯側鏈氯化動力學，將反應簡化為假一級反應(反應速度僅與甲苯及側鏈氯化物濃度有關)，求出了采用不同光源和溫度時的k1、k2、k3。不同光源和T條件下甲苯側鏈氯化的速度常數光源k1k2k3401004010040100黑暗0.210.0350.006黃光0.90.730.

27、110.120.0130.002藍光10.75.21.30.850.150.15紫外光6.03.20.710.530.0830.093 黑暗中， 40反應不能進行。 ？ 光照下，反應能發生，且40時的氯化速度明顯100 ？ 藍光與紫外光的波長短，能量高，有利于氯分子均裂，因而反應速度加快。 比較100 時藍光、紫外光、黃光的反應速度常數 藍光比紫外光具有較高氯化速度 ？4.4.3.2 溫度 Cl2、引發劑熱離解成自由基，需較高T， T 還會影響反應途徑。 降低反應 T ，側鏈氯化速度增加。 側鏈氯化時，伴隨環上加成氯化。 0時甲苯氯化，近一半生成加成產物。 T 升高，側鏈氯化速度環上加成，側鏈

28、氯化均要求在高溫下進行。 甲苯側鏈氯化收率? 130 40 Cl2的熱離解能238.6kJ/mol，也要求 T須在100以上。 T 太高，易引起副反應。在光照和復合引發劑作用下，可適當降低氯化 T 。如對氯甲苯側鏈二氯化對氯二氯芐 傳統方法：PCl3為引發劑，120170氯化； 新方法：CCl4為溶劑，用復合催化劑和光照，6080氯化。4.4.3.3 引發劑常用引發劑 ？ 優點 缺點其他引發劑 ？ 優點 缺點復合引發劑4.4.3.4 氯化深度 側鏈氯化是連串反應，直接氯化，不可能制得單一氯化產物，產品組成隨氯化深度變化而變化。 氯化深度越高，多氯化物組成越高。通常以控制氯化液密度來控制氯化深度

29、。 苯氯甲烷 氯化液密度 1.06 苯二氯甲烷 1.281.29 苯三氯甲烷 1.381.394.4.3.5 雜質及催化劑催化劑 在cat.或能使Cl2極化的物質(微量Fe、Al、金屬鹵化物)存在下，催化反應速度 自由基反應速度，有利于環上親電取代及加成鹵化，抑制了側鏈鹵化的進行。 措施： 過濾器 反應設備 加PCl3掩蔽鐵離子O2、固體雜質、粗糙反應器內壁也會抑制反應的進行。水 因此，在自由基氯化反應中，要用干燥的、不含O2的Cl2 。措施： 將液氯蒸發氣化或加PCl3，與原料帶入的少量水分和O2結合。4.4.4 實例 甲苯及衍生物經側鏈鹵化可制得一系列醫藥、農藥中間體。 側鏈鹵化是在光或過

30、氧化物引發下，采用沸騰氯化法進行的，生產流程與氯苯相近。反應中應避免金屬存在，防止環上取代鹵化發生。 因氯化產物易水解，分餾前進行洗滌或堿液中和不適宜，氯化完畢可先通入少量空氣吹走HCl再精餾。 側鏈鹵化產物常是不同鹵化程度的混合物，需用精餾塔分離，精餾設備應是搪瓷、搪玻璃或銅制的。 why 設備中存在Fe會引起產品縮合、熱解，生成粘性樹脂狀物。 側鏈鹵化物有刺激性和催淚性，生產和使用中須注意安全防護。工業實例 一氯甲苯 二氯甲苯 三氯甲苯 4.4.5 氯甲基化反應 除了側鏈氯化，也可采用氯甲基化方法制得苯氯甲烷(-鹵代烷基芳烴)。氯甲基化反應？ 在無水ZnCl2存在下，向芳香化合物和甲醛(或

31、三聚甲醛)的混合物中通入HCl氣體，向芳環上引入氯甲基，生成-鹵代烷基芳烴的反應。 氯甲基化是廣有用途的增加一個C原子的合成法，可用來制備某些結構比較復雜的化合物。 氯甲基化反應是親電取代反應； 有給電子取代基時，有利于反應；有吸電子基，不利于反應。 如硝基苯很難氯甲基化。4.5 羰基氫的取代鹵化反應歷程影響因素 催化劑 被鹵化物結構實例 脂鏈或脂環上羰基-氫的取代鹵化是酸催化或堿催化的親電取代反應。鹵化劑 主要是Cl2和Br2，也可用SO2Cl2或N-鹵代酰胺。反應歷程 3-46、3-47、3-48 4.5.1 反應歷程4.5.2.1 催化劑 既可使用酸催化劑，也可使用堿催化劑，反應歷程不同

32、，但鹵素總是取代羰基位的氫。 酸催化劑 ？ 質子酸、Lewis酸 誘導期 用量 4.5.2 影響因素 堿催化劑 ？ 無機堿、有機堿 用量4.5.2.2 被鹵化物結構 供電基 吸電基 環己酮氯化2,4-二氯苯酚 3-34三氯乙醛的制備 一氯乙酸的制備 4.5.3 實例4.6 飽和烴的取代鹵化4.6.1 烷烴氯化的基本原理 飽和烴的取代鹵化也是自由基鏈反應，與芳環側鏈鹵化的反應歷程相似。烷烴分子中不同C-H鍵反應活性： 叔C-H 仲C-H 伯C-H 支鏈烷烴反應速度比直鏈快，但隨T升高，差異減小。 烷烴鹵化為一連串反應，鹵化產物為各種單鹵代烷、多鹵代烷的混合物，為提高單鹵代烷的選擇性，必須控制鹵化

33、深度。 產物鹵代烷在高T、長時間下，易脫HCl烯烴，烯烴比正構烷烴更易鹵化，也會導致多鹵代化合物的生成。 4.6.2 實例 甲烷氯化各種氯甲烷 一氯甲烷多氯甲烷 石蠟氯化氯化石蠟4.7 烯鍵氫的取代鹵化 烯烴在高溫下與氯發生自由基反應，氯主要取代烯鍵的-氫。實例 丙烯的取代氯化3-氯-1-丙烯 4.8 氟化、溴化、碘化氟化溴化碘化4.8.1.1 氟化反應的目的 提高化學穩定性（如耐水解、氧化）和熱穩定性； 強誘導效應，使分子中其他官能團活性明顯增大。4.8.1 氟化思考： 比較氟代烴類與氯代烴類的沸點 比較氟代烴類與常見化合物（水、溴甲烷、苯、辛烷）的表面張力 氟衍生物的優異的物理和化學性質，

34、得到了廣泛的應用：合成潤滑油、火箭燃料、新型藥物、新型表面活性劑、各項牢度優異的染料新品種等。 如鄰氟苯甲酸、蒽醌的氟衍生物、三氟一氯嘧啶等已被應用在染料合成中。4.8.1.2 氟化方法 制取有機氟化物是一個困難的領域。 Why 形成C-F鍵的有效途徑？ 直接氟化 鹵素的親核置換(鹵素交換反應) 電解氟化 間接氟化 直接氟化特點： F2與有機物猛烈作用，熱效應很大，無論取代還是加成，都會發生C-C鍵斷裂、聚合，通常不能生成取代衍生物。 F2異裂所需能量極高(1404.3kJ/mol)，均裂能量很小(153.2kJ/mol)，以自由基形式反應，發生迅速的鏈鎖反應，放出大量熱量，有爆炸危險。 措施

35、： 用惰性氣體稀釋，或在惰性溶劑中反應，可緩和直接氟化，但所得產物組成仍很復雜，限制了實際應用。 如：氮和氦稀釋的F2與苯的6%乙腈溶液在-35反應，得到氟苯和間、鄰、對位二氟苯混合物，組成為60145。 因此大多數芳香族氟衍生物通過間接方法制得。 鹵素的親核置換(鹵素交換反應) 定義鹵素交換反應 ? （Finkelstein） 有機鹵化物與無機鹵化物間進行鹵素交換的反應。常用方法？ 用HF、KF、NaF、AgF2、SbF5等無機氟化劑置換有機氯化物制備相應氟化物。 反應屬SN2反應。 影響因素 氟化劑常用氟化劑？ 無水HF、KF、NaF、AgF2、SbF5。 HF、NaF便宜易得，但活性比K

36、F、AgF2低，廣為使用。 用HF反應既可在液相也可在氣相進行；用KF、NaF反應在液相進行。底物結構 脂鏈和芳環側鏈Cl較活潑，置換反應較易進行。 芳環上Cl不夠活潑，當鄰、對位有強吸電基( ？)時較活潑，仍需強反應條件。溶劑 高沸點無水強極性有機溶劑，對KF、NaF有一定溶解度。 常用溶劑 ？ 實例a.KF、PdF在溶劑DMF、DMSO中的親核置換氟化 b.致冷劑氟里昂系列產物 氟里昂-22是制取塑料王聚四氟乙烯單體的重要原料。 1,1,1,2-四氟乙烷是對大氣臭氧層無破壞的致冷劑，如何合成？c.,-三氟甲苯(苯三氟甲烷)及衍生物 以HF或SbF3為氟化劑，SbCl5為催化劑，-CCl3-

37、CF3得-三氟衍生物。 間氯-三氟甲苯是合成冰染染料的重要中間體。類似方法可制得： 再經硝化、還原，可制得偶氮染料的重要中間體。d. 二苯二氟甲烷 當與鹵原子相連的C原子上有兩個芳環時，該鹵原子非常活潑。e. 2,4,6-三氟-5-氯嘧啶 氟氯嘧啶是生產染色性能優異的含有二氟一氯嘧啶基活性染料的重要中間體。 3-121、3-122 間接氟化（伯氨基置換，Schiemann反應）Schiemann反應？ 通過加熱芳伯胺重氮化制成的重氮硼氟酸鹽，向芳環上引入F原子，制得相應的芳香氟化物的方法。反應通式 反應屬于重氮基的轉化，為SN1歷程。注意 重氮硼氟酸鹽分解須在無水、無醇條件下（先干燥再加熱）

38、Why 實例氟苯 對氟苯甲醚 2,3,4-三氟硝基苯主要用途? 合成一系列含溴阻燃劑，如溴代芳烴在纖維和塑料制品中廣泛用作阻燃劑。 此外，廣泛用于合成藥物、農藥、染料、高分子化合物。 如在美國和歐洲，溴甲烷大量用作熏蒸劑，溴丁橡膠具有良好的應用性能，含溴染料色澤鮮艷。4.8.2 溴化 溴原子的活性較高，常利用溴化物來制取其他衍生物。 溴化劑 催化劑 溶劑 氧化劑 溴化與氯化的區別 實例 溴化劑 環上溴化與氯化的歷程、催化劑、溴化方法十分相似。 常用溴、溴化物、溴酸鹽和次溴酸的堿金屬鹽作溴化劑。也可將溴加入堿液中通Cl2進行溴化。 不同溴化劑活性次序： Br+BrCl Br2 BrOH 催化劑

39、環上溴化可用金屬溴化物作催化劑，如MgBr2、ZnBr2，也可用 I2。 催化劑對異構體比例影響很大。 如苯甲醚用Br2在05溴化，得75%對位體，加醋酸鉈作催化劑，對位含量提高到90%。 溶劑溴化時常需加入溶劑？ 改善反應狀況。 水、稀堿、冰醋酸、濃硫酸、甲醇、氯仿、CS2等。 溶劑選擇？ 與原料性質和在溶劑中的活性有關。 如甲苯與Br2在CS2中生成芐基溴的速度遠遠大于在硝基苯中的速度。 氧化劑 溴化反應中常需加入氧化劑。原因? 溴的資源？價格？ 為了充分利用溴素，在取代溴化時常常向反應液中加入氧化劑（一般比溴便宜），將溴化時副產的HBr氧化成Br2 ，使其得到充分利用。常用氧化劑？ Cl

40、2、H2O2、NaClO、 NaClO3。另一種方法： 從逸出HBr中回收溴（捕集釋出的HBr），氧化成Br2繼續使用。 生產噸位較大時，采用該法更合理。 溴化與氯化的區別 Br原子比Cl大，產物空間效應更明顯； Br活潑性比Cl低，反應較緩和，但選擇性較好； C-Br鍵鍵能較小，形成C-Br鍵的溴化反應同時，往往發生C-Br鍵斷裂的可逆反應。 尤其是可能生成幾種溴化異構體時，產物組成有時取決于熱力學控制。如：萘在室溫無催化劑溴化，得-溴萘； 150160，少量Fe存在下，得-溴萘。 實例a.1-氨基蒽醌溴氨酸(4-溴-1-氨基蒽醌-2-磺酸) 制備深色蒽醌系活性和酸性染料的重要中間體和制藥工

41、業，經磺化和溴化兩步反應制得。b. 5,5,7,7-四溴靛藍（性能優良的還原染料） 靛藍在濃H2SO4中溴化制得。 染料分子中引入溴可加深顏色和提高牢度。H2SO4作用？c. 阻燃劑 目前溴系阻燃劑的使用量，不低于過去用量最大的氯系阻燃劑。 如溴代芳烴在纖維和塑料制品中，作為阻燃劑的應用得到了很大發展。溴系阻燃劑主要有？ 高熔點固體：四溴雙酚A、十溴二苯醚、四溴苯酐及酯類、聚二溴苯醚等，溴化反應條件各不相同，且各有特點。 碘價格昂貴，資源更少，實際應用受到很大限制。C-I鍵的鍵能？ 在C-X鍵中最小，I2比Cl2、Br2的親電性弱，生成的HI具有還原性，碘化反應具有可逆性，產物更接近于熱力學控

42、制。4.8.3 碘化 為制備芳香取代碘化物，須避免可逆反應的發生，如何避免？ 不斷移除生成的HI，使用親電性較強的碘化劑，如ICl。如何移除HI？ 氧化劑，使HI氧化成I2重復參加反應。常用氧化劑？ HNO3、HIO3、SO3、 H2O2等。 實例a.苯碘苯b.苯甲醚對碘苯甲醚c.其它 在芳環上引入碘，常常不用直接碘化法，而多用重氮基的轉化法。4.9 加成鹵化 可從具有雙鍵、三鍵或芳環的有機化合物鹵代烷、鹵代烯烴或鹵代環烷烴。加成鹵化鹵素對雙鍵的加成鹵化鹵化氫對雙鍵的加成鹵化親電加成鹵化自由基加成鹵化親電加成鹵化反應歷程影響因素 催化劑 溶劑 溫度實例 自由基加成鹵化反應歷程實例 主要是用Cl

43、2、Br2的加成鹵化。一般為親電加成，有時也采用自由基加成。4.9.1 鹵素對雙鍵的加成鹵化親電加成鹵化反應歷程影響因素 反應物結構 鹵化氫實例 自由基加成鹵化反應歷程實例反應通式：3-91 弱放熱可逆反應，降低T 對反應有利。4.9.2 鹵化氫對雙鍵的加成鹵化4.10 置換鹵化鹵原子置換羥基鹵原子置換重氮基鹵原子置換硝基氯原子置換磺酸基置換鹵化反應 ? 鹵原子置換有機分子中已有取代基的反應，是有機鹵化物的另一類合成路線。反應特點 ? 無異構產物，不發生多鹵化，產品純度高，但比直接取代鹵化步驟多。 在制藥和染料工業中應用較多。可置換的基團 ？ 主要有羥基、硝基、磺酸基、重氮基，氟還可以置換其他

44、鹵基。 制備鹵化物的重要方法之一。常用鹵化劑？ HX、SOCl2、PX3、PCl5、POCl3、COCl24.10.1 鹵原子置換羥基鹵原子置換醇羥基鹵代烷鹵原子置換羧羥基鹵原子置換酚羥基鹵代芳烴酰鹵衍生物4.10.1.1 鹵原子置換醇羥基鹵化劑？ 氫鹵酸，還有SOCl2、PX3 氫鹵酸對醇羥基的置換反應歷程影響因素 氫鹵酸 醇類 催化劑加速反應和提高收率的措施 SOCl2、PX3對醇羥基的置換反應通式 3-106、3-107 特點 SOCl2是醇羥基置換的優良鹵化劑，多用于高碳醇、酚、雜環羥基的置換，生成HCl、SO2為氣體，易于產品分離。 如：2,3-二羥基喹噁啉 甲醇和乙醇的置換鹵化，還

45、可采用氣相法 實例甲醇氯甲烷 乙醇氯乙烷 正十二醇正十二烷基溴4.10.1.2 鹵原子置換羧羥基 制得酰鹵衍生物，PCl3、 SOCl2與羧酸反應是合成酰氯最常用的方法。 鹵化劑反應式 優缺點 COCl2 SOCl2、 SOBr2 PCl3 、PBr3 POCl3 PCl5 實例：氯乙酰氯的制備4.10.1.3 鹵原子置換酚羥基 芳環或吡啶環上的羥基很難被鹵原子置換，但某些雜環的羥基則易被Cl、Br置換。 鹵化劑 COCl2、 SOCl2、POCl3 、PCl5 實例 制備某些芳香鹵化物（？）的重要方法之一。 不能采用鹵化法，或鹵化后所得異構體難以分離的鹵化物。 Sandmeyer反應 ？ 由

46、芳伯胺制成的芳香重氮鹽在亞銅鹽（氯化亞銅或溴化亞銅）催化下，重氮基被氯、溴置換的反應。4.10.2 鹵原子置換重氮基 亞銅鹽的鹵離子必須與氫鹵酸的鹵離子一致才可得到單一的鹵化物。不適于制備氟化物和碘化物？ CuI不溶于氫碘酸中無法反應； CuF性質不穩定，室溫下迅速自身氧化還原：2CuFCu +CuF2。 反應歷程反應歷程很復雜？ 芳環上有吸電子基，有利于反應的進行。重氮基對位取代基對反應速度的影響？ 反應條件 催化劑用量：重氮鹽的1/51/10 反應溫度：4080 收率：7095% 主要副產物：偶氮化合物ArN=NAr，聯苯衍生物Ar-Ar，酚Ar-OH及樹脂狀物。 操作方法 一般有兩種操作方法。 Gatterman反應 ？ 催化劑改用銅粉，將銅粉加入到冷的重氮