卤化反应
《卤化反应 》课件
目 录
• 卤化反应概述 • 卤化反应机理 • 卤化反应的条件与影响因素 • 卤化反应的工业应用 • 卤化反应的安全与环保 • 卤化反应的前沿进展与展望
01
卤化反应概述
定义与分类
定义
卤化反应是指将其他元素或基团替换 为卤素（氟、氯、溴、碘）的反应。
分类
根据卤化反应中卤素的不同，可以分 为氟化、氯化、溴化和碘化等。
详细描述
亲核取代卤化反应中，亲核试剂（如醇、胺等）进攻卤代烃的碳原子，卤素原子被取代基取代。这个反应过程中 ，亲核试剂首先与卤代烃形成络合物，然后发生取代反应，生成新的碳-碳键和卤化物。
消除反应卤化
总结词
不饱和烃在加热条件下发生消除反应，同时生成碳-卤键。
详细描述
消除反应卤化中，不饱和烃在加热条件下发生消除反应，同 时生成碳-卤键。这个过程中，不饱和烃首先形成不稳定的消 除中间体，然后发生消除反应，生成新的碳-卤键和烯烃。
氟代烃的合成工艺难度较大， 且氟气具有剧毒和强腐蚀性， 因此研究和应用相对较少。
05
卤化反应的安全与环 保
卤化反应的危险性
卤化反应通常涉及高温、高压和有毒有害物质，操作不当可能导致火灾、爆炸等安 全事故。
卤化反应过程中产生的废气、废水和废渣等废弃物，如未经妥善处理，可能对环境 造成严重污染。
卤化反应过程中使用的原料和催化剂等物质，如对人体有害，可能对操作人员的健 康造成危害。
高选择性卤化反应的研究
研究高选择性卤化反应，以实现特定位置或特定结构的卤化，提高产物的纯度和 收率。
开发高选择性卤化反应的机理和动力学模型，为优化反应条件和提高产物选择性 提供理论支持。
卤化反应在绿色化学领域的应用
探索卤化反应在绿色合成中的实际应用，如药物合成、材料 制备和生物活性分子合成等。
卤化反应及其重要性
1一、卤化反应及其重要性1.卤化反应目的2.卤化反应定义二、卤化类型及卤化剂1.卤化反应类型2.常用的卤化剂21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。
如农药26-二氯苯腈的合成。
2通过卤化物的转化可制备含有其它取代基的衍生物如利用引入卤素置换成羟基、氨基、烷氧基等。
3向某些精细化学品中引入一个或多个卤原子可以改进其性能。
如向某些有机化合物分子中引入多个卤原子可以增强有机物的阻燃性。
3向有机化合物分子中引入卤原子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。
卤化是精细化学品合成中重要反应之一。
4根据卤化反应的机理可分为Br2FeBrH-BrCH2CH2Cl2CCl4CH2CH2ClClClKFDMSOFKCl1卤取代如2卤加成如3 卤置换如51卤素Cl2、Br2、I22氢卤酸HCl、HBr等3次卤酸HOCl、HOBr4金属和非金属卤化物SO2Cl2、ICl等6根据反应机理不同可分为一、芳环上的氢被卤素取代离子型亲电取代二、饱和烷烃的氢及芳烃侧链活泼苄位氢被卤素取代自由基型取代7反应通式为ArHX2→ArXHX。
如苯在铁作催化剂时通氯气反应生成氯苯的反应。
发生反应的条件为有催化剂存在下。
此时卤素易产生X。
常用的催化剂为三氯化铝三氯化铁三溴化铁四氯化锡氯化锌等Lewis路易斯酸。
HClCl快HClCl 慢π-络合物σ-络合物★1反应历程2. 反应动力学特征芳环上的取代氯化是一个典型的连串反应即先得到的卤代产物可以继续发生取代卤化反应生成卤化程度较高的产物。
83. 影响因素及反应条件的选择1被卤化芳烃的结构2卤化剂3反应介质4反应温度9芳环上具有给电子基团时有利于形成σ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。
第二章卤化反应
X C
C
X C C C X
C X
X-X (X=Cl ，Br)
2．1 卤加成反应
烯烃的π键具有供电性，卤素分子受π键影响发生 极化．其正电部分作为亲电试剂，对烯烃的双键进 行亲电进攻，生成三圆环卤翁离子。然后，卤负离 子从环的背面向缺电子的碳正离子作亲核进攻，结 果生成反式加成产物。 究竟从三圆环背面进攻哪一个碳原于，这取决于形 成碳正离子的稳定性。烯键碳原于上连有烷基、烷 氧基、苯基等具有分散碳正离子正电荷作用的基团， 则该碳原于形成的碳正离子更趋于稳定，此处正是 x－优先进攻的位置。
特点：高度的立体选择性，产率高。纯度好，且反应温和。操作方便。
反应历程：离子型亲电加成。卤正离子是由质子化的N—卤代酰胺提 供、一OH等负离子来自反应溶剂。
2.2 卤取代反应
一、烷烃的卤取代反应
自由基取代历程 卤化试剂：氯、溴、硫酰氯、磺酰氯、次卤酸叔丁酯、N—卤 代仲胺、N—溴代丁二酰亚胺 卤素的选择性Br· ＞Cl·
C6H5 C H C H CO 2 C 2 H 5 Br CO 2 C 2 H 5 C6H5 Br 2 /CCl C C H
Br C6H5 C H Br C Br CO 2 C 2 H 5 H H C6H5 C C Br CO 2 C 2 H 5 H
主要产物
2．1 卤加成反应
(2)影响反应的主要因素
1.3卤化反应目的
（1）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。如：农药2，6-二氯 苯腈的合成。
（2）通过卤化物的转化可制备含有其它取代基的衍生物， 如：利用引入卤素置换成羟基、氨基、烷氧基等。 （3）向某些精细化学品中引入一个或多个卤原子，可 以改进其性能。如：向某些有机化合物分子中引入多个 卤原子，可以增强有机物的阻燃性。
卤化反应
3 卤化反应在有机化合物中建立碳-卤键的反应称为卤化反应。
意义：在药物分子中引入卤素可改善其药理活性；卤化物是药物合成重要的中间体，可从卤素进行多种官能团转化；卤素可作为烯烃等官能团的保护基，可提高合成的选择性。
3.1不饱和烃与含卤物种的加成卤化含卤物种主要包括卤素和卤化氢。
3.1.1卤素对不饱和烃的加成反应(1)对烯烃的加成氟与烯烃的加成过于剧烈，产物复杂，实用意义不大；二碘化物对光极为敏感，稳定性差，在药物合成中也不常用。
而氯和溴对烯烃的加成在药物合成上较为重要。
氯和溴对烯烃的加成反应为亲电加成机理，是脂肪族碳碳p键的典型反应之一。
这种加成主要包括两步反应：亲电试剂加成到亲核性的p键上得到一个碳正离子(或环鎓离子)；得到的碳正离子(或环鎓离子)与亲核试剂反应。
参与第二步反应的亲核试剂一般是与亲电试剂相关的负离子，比如溴离子、氯离子等，也可以是亲核性的溶剂，如水或乙酸等。
①反应机理碳碳双键上的亲电加成。
②立体化学氯和溴对烯烃的加成反应的立体化学较为复杂, 与底物结构、反应条件和加成物有关。
反式加成：一般情况下，溴对烯烃的亲电加成反应会经过三员环过渡态(中间体)，当这种中间体在反应条件下比较稳定时，可发生反式亲电加成。
cis-和trans-2-丁烯的立体专一性反式加成：由于两个溴原子分别从双键的相反方向加成，所以得到立体专一产物。
顺式加成：氯加到双键上有时也可得到顺式加成产物，这类反应一般在非极性溶剂中发生，如茚氯化生成cis-1,2-二氯茚。
有几项因素决定了这个氯化加成的立体化学，其一，反应物是氯而不是溴；其二，底物分子的双键处在芳环的共轭位置；其三，反应在非极性溶剂薪小?lt;/p>氯的原子半径和可极化度都比溴小，因此，形成鎓离子也比溴难；而且，双键的位置导致在氯亲电加成时在苄位形成平面型的碳正离子，在非极性溶剂中，不能溶剂化的碳正离子与氯离子强烈吸引，形成离子对，所以，氯离子留在它最初形成的位置上，而不能像鎓离子机理那样从碳正离子的反面进攻，于是，氯离子就从正面与碳正离子结合，给出顺式加成产物。
第三章 卤化反应
卤化剂
高电子云密度芳烃如含羟基、氨基等， 高电子云密度芳烃如含羟基、氨基等，不加催化剂也可进行卤化反 如含羟基 宜采用氧卤化法： 应，宜采用氧卤化法：
卤素卤化法 滴液点（或通氯）处浓度高，反应剧烈，副反应多； 卤素卤化法：滴液点（或通氯）处浓度高，反应剧烈，副反应多； 氧化剂+ 法 先加入的卤化氢水溶液具有稀释作用， 氧化剂+HX法：先加入的卤化氢水溶液具有稀释作用，加入氧化剂后新生成的卤 素在反应体系中浓度被最小化，反应温和，选择性大。 素在反应体系中浓度被最小化，反应温和，选择性大。 如，对硝基苯胺溶于热的稀硫酸中，加入溴化氢水溶液，30-50℃加入 2O2进行 对硝基苯胺溶于热的稀硫酸中，加入溴化氢水溶液， ℃加入H 溴化，二溴产物很少。 溴化，二溴产物很少。
上次课内容回顾
卤化反应定义、 卤化反应定义、目的 卤化剂种类
卤素单质、卤间化合物、卤化氢+氧化剂、其它试剂
芳环的卤化反应历程
亲电取代，催化剂
芳环的卤代反应动力学
低温有利于对位一卤代产物生成，芳烃高浓度有利，卤素低浓度好
芳烃卤化的影响因素 催化剂 温度 加料方式 芳烃一次性加入，卤素缓慢加入利于一取代产物生成 溶剂 酸性、中性、碱性 卤化剂 高电子云密度芳烃，不加催化剂也可卤化，宜采用氧卤化法； 低电子云密度芳烃，用卤素在路易斯酸存在下卤化。
卤化反应
Cl2 k1
Cl
HCl
Cl
Cl2
k2
Cl
Cl
HCl
k3
Cl
Cl2
Cl
HCl
Cl
Cl2
苯在硝化、磺化、氯化中k1/k2值的比较
反应类型 硝化
磺化
氯化
k1︰k2
105~107 103~104
~101
❖ 卤化反应中，随着反应生成物浓度的不断变化， 使各级反应的反应速率也相应发生较大的变化。
❖ 苯氯化的动力学方程式看用下式表示：
ICl）等。
❖ 用于置换卤化的卤化剂有HF，KF，NaF，SbF3， HCl，PCl3，HBr等。
第二节 芳环上的取代卤化反应
一 反应历程 芳环上取代卤化的反应通式为：
ArH + X2 = ArX + HX 反应类型：典型的亲电取代反应。 进攻芳环的活泼质点：卤正离子(X+)，
1. 以金属卤化物为催化剂的反应历程
1 K-1
CA CA0
CA k CA0
CD CA0
=
K 1-K
CA CA0
1 K
CA CA0
k 1-K + K
K= k2/k1≠1
例：设苯氯化的转化率是50%，则
K=0.1/1=0.1 一氯苯的生成量
CC CA0
=
1 0.1 - 1
0.5
0.50.1 = 0.4811mol
二氯苯的生成量
CD CA0
亚铜进行氯化；目前采用分子筛分离得到纯 净的邻氯甲苯或者对氯甲苯。
（3）催化剂不同，邻、对位异构体比例不同。
催化剂
邻位/对位
二氯甲苯 含量（％）
卤化反应知识点总结
卤化反应知识点总结一、卤化反应的基本概念1.1 什么是卤化反应卤化反应是指有机化合物中的氢原子被卤素（如氯、溴、碘等）取代的一种反应。
这种反应是一种取代反应，其中一个或多个饱和的氢原子被卤素原子所替代。
卤代烃是一类含有卤素的有机化合物，通常用R-X来表示，其中R代表一个有机基团，X代表卤素原子。
1.2 卤化反应的分类卤化反应可以分为烷基卤化反应和芳香烃的卤化反应两类。
（1）烷基卤化反应：烷烃中的氢被卤素取代的反应称为烷基卤化反应。
烷基卤化反应通常发生在烷烃和卤素（如氯气、溴液等）反应时。
（2）芳香烃的卤化反应：芳香烃的卤化反应是指芳香烃中的氢被卤素取代的反应。
芳香烃的卤化反应通常发生在芳香族化合物和卤素或卤代烃反应时，产生卤代芳烃。
1.3 卤化反应的特点卤化反应具有以下几个特点：（1）反应条件温和，易于操作：卤化反应通常在常温下进行，并且不需要特殊的条件，操作相对较为简单。
（2）生成产物具有良好的化学活性：卤代烃是一种常见的中间体，在有机合成中有很广泛的应用。
（3）取代反应：卤化反应是一种取代反应，即一个或多个氢原子被卤素原子所取代。
（4）反应过程中可能会产生不同的取代产物：在一些情况下，卤化反应可能会得到多种不同的取代产物，需要根据实际情况进行选择。
二、卤化反应的机理2.1 烷基卤化反应的机理烷基卤化反应通常发生在烷烃与卤素反应时，以氯代烷基化反应为例进行说明。
在氯代烷基化反应中，氯气和溴水是两种常用的试剂。
以氯代甲烷的氯化反应为例，反应机理如下：CH4 + Cl2 → CH3Cl + HCl在上述反应中，氯气（Cl2）与甲烷（CH4）反应，其中一个氢原子被氯原子所取代，生成氯代甲烷（CH3Cl）和氢氯酸（HCl）。
当溴水是试剂时，反应机理如下：CH4 + Br2 → CH3Br + HBr在这种情况下，溴水（Br2）与甲烷（CH4）反应，同样是一个氢原子被溴原子所取代，生成溴代甲烷（CH3Br）和氢溴酸（HBr）。
第三章 卤化反应
(3) 以二氯硫酰为氯化剂
SO2Cl2 ClSO2- + Cl+ Cl- + SO2↑
2017/2/19
10
(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。
Cl2 + H2O HOCl + H+ HOCl + H+ + ClH2O + Cl+
(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。
+ I2 + H2O2
2
+ 2H2O
植物生长调节剂
3.3 羰基α-H取代卤化
3.3.1 反应历程
H+ 或L
+ X+
碱催化
C O-
C
C O
C X
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。
2017/2/19 26
O HN C NH
二苯脲
O HN Cl C Cl Cl NH Cl
氯化，Cl2 水介质
SO3H Cl
水解，-CO2 稀H2SO4 70～120℃
SO3H NH2 Cl
水解，-SO3H 50%～70%H2SO4 140～170℃
SO3H NH2 Cl
SO3H
Cl
SO3H
3.2.2 芳环上的取代溴化反应
1、十溴二苯醚的制备(阻燃剂）
大过量溴为溶剂
O
Br Br
Br Br O Br Br
Br Br Br
AlCl3
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CH3 H Br Br H CH3
环卤鎓离子也可以形成在氯或碘的加成中
anti-addition product Ph Br2-CCl 4 Cl2-CCl 4 83% 32% syn-addition product 17% 68%
H
H
Ph
（4）应用特点 a.制备反式二卤代物 b.亲核性溶剂参与的反应
R1
Br R2 C C H H CH3 CH3 Br R2 C C H OH
O S
R1 H
Br R2 C C H O S
H2 O CH3 CH3 β -消除反应 Dalton反应
R1 H
（β- 溴醇）
R1 H
Br C C O
R2
（α-溴酮）
（在干燥的DMSO中）
注：应用？
例：
Ph C C H CH3 NBS / 干燥的DMSO H NBS / DMSO / H2O Ph H OH C C Br O Ph C C Br H CH3
C C CH
X
C C C
X2
C C C X
X
影响反应的因素 （1）取代基因素
a. 如：苄位二卤代物的制备比一卤代物困难的 多，原因正是如此。
CH3 CH3
2 mol Br2 hv, 123 ℃, 2 h
CH2Br CH2Br
H3C
CH3
4 mol Br2 hv, 140-160 ℃, 6 h
Br2HC
（4）溶剂
合成芳香族羧酸
Ar-CH3
合成芳醛
CH3
4Br2/光
3Br2
Ar-CBr3
水解
Ar-COOH
CHBr2 水解 CHBr2
CHO
CH3
CHO
二、芳烃的卤取代反应 1. 反应机理：离子型亲电取代反应
δ δ X X
+
-
H X
-H+
X
2. 亲电试剂的主要形式 a. b. c. d.
3. 影响反应的因素： （1）芳烃取代基： 电子效应 若芳环上连有给电子基
c.卤素与烯烃的自由基加成 例：
H2C CHCN CCl4 hv,10℃ ClH2C CHClCN Br Br2 / CCl4 hv, 0℃, 1h H
H
Br
2.卤素与炔烃的加成---得反式二卤烯烃
Br ph C C-CH3 Br2 LiBr Cl2 ph Br ph C Cl I2 I C H C CH3 CH2OH C I Cl C C-CH3
主要产物
对于过渡态（2）：
R1 R3 C C R2 R4 X (2)
δ
-
R2 R1
X C C X
R3 R4
（3）影响因素： a.烯烃结构 （烯键邻近基团） 推电子基团？ 吸电子基团？
推电子基： 如 HO— RO— CH3CONH— C6H5— R— 吸电子基： 如 —NO2 —CN —COOH —COOR —SO3H —X
即： R3C+ > R2HC+ > RH2C+
PhH2C H gas HBr C CH2 AcOH/ 0℃ PhH2C H C CH3 Br
b.烯键上取代基的电子效应
H3 C H3 C
C C
H CH3
HCl
(H3C)2 C CH2CH3 Cl
H2C C
H CHO
HCl
H2C CH2CHO Cl
碳正离子重排
F2
Why？
1.在合成上，烯烃的氟加成应用价值很小。
2.氟化物不宜作为有机合成的中间体。
含氟药物：引入氟原子的方法？
I2
反应： 碘与烯烃的反应不容易发生。
I C C I
H3C H
C C
CH3 H
I2, hν
H H3C
H CH3
hν r.t.
H3C H
C C
CH3 H
(~100 %)
(>90 %)
一、脂肪烃的卤取代反应 1.饱和脂肪烃上的卤取代反应 经历自由基历程（请描述？）
R H
X2 高温/ h/过氧化物
R X
烷烃中氢原子的活泼性顺序是： 自由基的稳定性顺序： 不同卤素与烷烃进行卤化反应的活性顺序为： 烷烃卤化时，卤原子的选择性是：
2. 烯丙位和苄位碳原子上的卤取代反应
C C CH
卤化剂 X2(Cl2, Br2) ROX NCS NBS
H CH3
四、卤化氢与烯烃的加成
卤化氢对烯烃加成，得到卤素取代的饱和烃。
1.卤化氢与烯烃的离子型亲电加成 （1）反应历程：
δ X R1 R3 δ+δ H X
-
C C R2 R4
R1 R3 CH C R4 R2 H
R1 R3 R2 C C R 4 X H
离子对过渡态
（2）影响反应定位方向的主要因素 a. 活性中间体碳正离子的稳定性
卤化反应在药物合成中的用途： 你能找到多少呢？
例： H N
2
H C OH
NHCOCHCl2 C H
NH N
O F COOH
CH2OH
氯霉素
诺氟沙星
C2H5
O CH3 C O OH
I2/CaO CH3OH/CaCl 2
CH2 I C O OH
CH2 OCCH3 C O OH
O
O
CH 3COOK DMF
Cl H3C C H C CH 3 LiCl H Cl H AcOH/Cl2 H3C C C CH 3 H + H H3C
Cl H C C CH 3 OAc
CH3-CH=CH 2
CH 3-CH-CH 2I H2SO4/H2O OH
I2/KIO3
93%
H I2/AcOAg/Et2 O OAc I H
N-溴（氯）代乙酰胺
O (NBA) O H3C C NHCl (NCA)
O N Cl O (NCS)
H3C C NHBr
N-溴（氯）代丁二酰亚胺
O N Br O (NBS)
4. 定位：遵循马氏规则（？）
H Ph C CH2
NBS / H2O
H Ph OH
Br C CH2
R1 H
R2 NBS/ DMSO H
H
Br
R C C H
H Br H
R C C H
H Br H
HBr
R C C
H Br
H H Br H
反应的定位：反马氏规则？ 碳自由基的稳定性顺序： 发生共轭或超共轭效应
注：只有溴化氢才能和烯烃发生自由基型亲电 加成反应！ 应用广泛 可以有选择性的制备两种类型结构的溴代 物。
3. 卤化氢对炔烃的加成
机理:与次氯酸与烯烃的反应相同。
HC CH2 t-BuOCl / HOAc / H2O
CH(OH)CH2Cl
t-BuOCl/ROH
Cl EtO
O
ROH EtO
O
Cl
OR
EtO
O
三、N-卤代酰胺与烯烃的加成
1. 反应历程与次卤酸（酯）与烯烃的亲电加成类似。 2. 特点： 3. 四种常用的N-卤代酰胺：
HCl Cl H3C C CH2
CH2-C
CH
第三节 烃类的卤取代反应
学习内容： 卤素、N-卤代酰胺及其它的卤化剂对烯丙位、 苄位和芳环上的氢的取代反应。 基本要求：
掌握各类反应的反应机理、反应条件、影响 反应的主要因素以及在精细化工中的应用。
一、脂肪烃的卤取代反应 1. 烯丙位碳原子上的卤取代反应 2. 苄位碳原子上的卤取代反应 二、芳烃的卤取代反应
学习内容： 卤素、次卤酸（酯）、N-卤代酰胺、 卤化氢 对不饱和键的加成反应 基本要求： 掌握以上卤化剂对不饱和键的加成反 应的机理、反应条件与产物之间的关系以 及应用实例。
一、不饱和烃和卤素的加成反应
1. 卤素对烯烃的加成反应 (1) 反应通式
说明：
氟与烯烃的加成： 碘与烯烃： 氯、溴与烯烃的加成：
O
卤 化 反 应 的 类 型 1.
+
Cl2
Fe
Cl
+
HCl
2.
CH2
H C CH C + X2
X
C CH C
X2 =Cl2 , Br2
3.
H C C
O
CH
+ X2
X C
C
O
CH
X2=Cl2 , Br2
4.
反应机理类型
请大家找一下都有哪些类型？
常用的卤化剂？请至少举三个例子。
第二节 不饱和烃的卤加成反应
OH H2O 3Br2 OH H2O 2Br2 Br Br OH Br OH
1molBr2 /CS2 0°C
OH Br Br
OH Br 2Br2/Bu-NH2 °C -70 OH
OH Br
Br
NH2 NBS/DMF
NH2
Br
芳环上若连有吸电子基团
O2N
Cl2O / (CF3SO2)2O POCl3 0 ℃
b. 卤素活泼性
c. 溶剂 CCl4、CHCl3、CH2Cl2、CS2、Et2O、CH3COOC2H5等 d. 温度
立体化学问题
H H CH3 + CH3 顺式
(a)
Br2
Br H H
CH3
(a)
+ Br
CH3
(b) (b)
H Br H
CH3 Br H
H
Br
CH3
CH3
CH3 Br
CH3 H Br H Br CH3
CH3 CH3 + HCl H3C C CH CH2 H C C CH CH3 - 3 Cl H H