烷烃与卤素的反应
烷烃卤化反应
烷烃卤化反应简介烷烃卤化反应是有机化学中的一种常见的化学反应。
在该反应中，烷烃（也称为烷烃烃烃）与卤素发生取代反应，生成相应的烷基卤化物。
这些卤代烷烃是一类非常重要的有机化合物，广泛应用于医药、农药、染料和合成材料等领域。
机理烷烃卤化反应一般遵循自由基反应机理。
其整个反应过程可以分为以下几个步骤：1. 卤素自由基的生成反应开始时，卤素（如氯气、溴气等）通过光照或加热等方式被激活，生成卤素自由基。
这个步骤可以描述为：X2 → 2X•2. 自由基取代反应生成的卤素自由基与烷烃发生取代反应。
在这个反应中，卤素自由基攻击烷烃分子的碳原子，取代烷烃中的一个氢原子，形成烷基卤化物和新的卤素自由基。
该步骤可以描述为： R-H + X• → R-X + H•3. 自由基生成与再反应通过步骤2，生成的烷基卤化物也可以再次被卤素自由基攻击，继续反应生成新的烷基卤化物和卤素自由基。
这个步骤可以描述为： R-X + X• → R-X2 + X•4. 链反应的终止在反应后期，卤素自由基的浓度逐渐降低，最终导致反应的终止。
常见的终止物包括烷基卤化物、卤化物离子和不活性分子等。
反应条件烷烃卤化反应的条件主要包括温度、光照和反应物浓度等。
具体来说，较低的温度和弱光照通常有利于选择性生成单个取代产物。
较高的温度和强光照可能导致多次取代反应发生，生成多个取代产物。
除了反应条件，烷烃卤化反应的速率也受到烷烃的类型和反应物浓度的影响。
一般来说，具有更高活性的氢原子（如次甲基氢）的烷烃更容易发生卤化反应。
应用烷烃卤化反应在有机合成中有着广泛的应用。
1. 药物合成烷基卤化物是合成药物的重要中间体。
它们可以通过进一步的化学变换形成具有特定生物活性的分子，从而合成药物。
例如，烷基卤化物可以与亲电试剂发生取代反应，生成具有药理活性的化合物。
2. 农药合成类似于药物合成，烷基卤化物也是合成农药的关键中间体。
通过对烷基卤化物的进一步修饰和功能化，可以合成出具有杀虫、除草等作用的化合物，用于农业生产中的害虫控制。
烷烃与卤素发生取代反应的条件
烷烃与卤素发生取代反应的条件
烷烃与卤素之间可以发生取代反应，其中烷烃中的碳原子上的氢
原子会被卤素原子取代，生成卤代烷。
取代反应需要一定的条件才能
进行。
以下是烷烃与卤素发生取代反应的条件的详细解释：
1. 温度：较低的温度有助于控制反应速率，并减少副反应的产生。
例如，常温下使用溴代烷和溴气反应可以较好地控制反应速率。
2. 光照：某些情况下，需要光照才能促使烷烃和卤素发生反应。
这是因为光能能够提供活化能，使反应发生。
3. 适当的溶剂：将反应物溶解在适当的溶剂中，可以提高反应速
率并增加产物收率。
常用的溶剂包括氯仿、二甲基亚砜和二氯甲烷等。
4. 银盐催化：某些情况下，需要将银盐添加到反应体系中作为催
化剂。
银盐能够促使卤素发生电离，增加反应活性，从而加快反应速率。
5. 碱性条件：在某些情况下，需要将反应体系调节为碱性条件来
促进反应的进行。
碱性条件有助于使卤素发生电离，增加反应活性。
6. 控制反应条件：为了获得特定的产物或产率，可以采取控制反
应条件的方法。
例如，增加或减少反应物的量、选择不同的反应时间
和温度等。
此外，烷烃与卤素发生取代反应时还需要考虑反应物的摩尔比例，是否要加入辅助剂或催化剂等方面的因素。
总结起来，烷烃与卤素发生取代反应需要在适当的温度、光照、
溶剂和反应条件下进行。
根据具体的需求，还可以通过调节摩尔比例、添加催化剂或调节反应时间等方法来控制反应的速率和产物的选择。
这些条件和控制方法可以使烷烃与卤素的取代反应得以进行，并实现
所期望的反应结果。
烷烃与卤素发生取代反应的条件
烷烃与卤素发生取代反应的条件
烷烃与卤素发生取代反应的条件主要有氢化物, 酸性催化剂 , 温
度等几个因素。
首先，氢化物是取代反应过程中必不可少的，它可以把卤素原子
和烷烃之间的相互作用替换成氢键，使得取代反应更加顺利进行，其
中常用的氢化物有氢氧化钠(NaOH)、氢氧化铵(NH3OH)、过氧化氢
(H2O2)等。
其次是烷烃与卤素之间需要一定的酸性催化剂，它可以通过较低
的能量降低反应的活化能，从而加速取代反应的进行，其中常用的催
化剂有硫酸根类盐、有机酸、表面活性剂等。
再者，取代反应的温度也需要恰当的调整，一般情况下温度越高，反应越快，反应总反应速率就会增加。
在取代反应中，一般采用100-200℃的中间温度，以实现取代反应的最佳效果。
最后，为了使得取代反应更加顺利，可以结合超声波处理反应物，从而有效地减少取代反应的活化能，从而提高取代反应的反应速率，
并使其成为一种易操作的反应方式。
总之，烷烃与卤素发生取代反应的条件主要有酸性催化剂、温度、氢化物等几个因素，科学的配比和控制反应的温度可以帮助提高反应
的反应总反应速率。
烷烃的卤代反应方程式汇总
烷烃的卤代反应方程式汇总烷烃是一类分子中只包含碳和氢原子的有机化合物。
卤代反应是烷烃中的氢原子被卤素（氟、氯、溴、碘）取代的化学反应。
在这篇文章中，我们将汇总烷烃的卤代反应方程式，并分析反应机理和特点。
一、氯代烷烃的形成方程式1. 单一卤代反应：CH4 + Cl2 → CH3Cl + HCl （氯甲烷的合成）2. 多卤代反应：CH4 + Cl2 → CH2Cl2 + HCl （氯二甲烷的合成）CH4 + Cl2 → CHCl3 + HCl （氯三甲烷的合成）二、溴代烷烃的形成方程式1. 单一卤代反应：CH4 + Br2 → CH3Br + HBr （溴甲烷的合成）2. 多卤代反应：CH4 + Br2 → CH2Br2 + HBr （溴二甲烷的合成）CH4 + Br2 → CHBr3 + HBr （溴三甲烷的合成）三、碘代烷烃的形成方程式1. 单一卤代反应：CH4 + I2 → CH3I + HI （碘甲烷的合成）2. 多卤代反应：CH4 + I2 → CH2I2 + HI （碘二甲烷的合成）C H4 + I2 → CHI3 + HI （碘三甲烷的合成）四、卤代烷烃的反应机理和特点卤代反应是通过自由基反应机理进行的。
在反应中，卤素分子（Cl2、Br2、I2）首先通过光能或热能激活，使其断裂形成卤自由基（Cl•、Br•、I•）。
然后，卤自由基与烷烃分子发生氢原子的置换反应，生成卤代烷烃和H•自由基。
此时，卤代烷烃可以继续参与下一步反应生成多卤代产物，或者和H•自由基发生反应生成烯烃。
卤代反应的特点包括：1. 氢原子取代规律性：卤素在烷烃中的取代方式遵循烷基碳原子上氢原子的活性顺序，即次级碳上的氢原子被取代的速度更快。
2. 卤代烷烃稳定性：氯代烷烃较溴代和碘代烷烃更稳定，而溴代烷烃较碘代烷烃更稳定。
这是因为碳-卤键的键能随卤素的增大而增强。
3. 反应速率受温度和光照影响：卤化反应速率随温度升高而增加，光照条件下反应速率也会增加。
高中有机物化学方程式
高中有机物化学方程式
高中有机化学是化学学科的重要组成部分，涉及的有机物种类繁多，反应类型多样。
以下是一些常见的高中有机化学方程式，供您参考：
1、烷烃的燃烧反应
CH4 + 2O2 →CO2 + 2H2O
C2H6 + 7O2 →2CO2 + 3H2O
2、烷烃与卤素单质的取代反应
CH4 + Cl2 →CH3Cl + HCl
C2H6 + Cl2 →C2H5Cl + HCl
3、烯烃与卤素单质的加成反应
CH2=CH2 + X2 →CH2XCH2X
CH2=CH2 + HX →CH3CH2X
4、乙醇的燃烧反应
C2H5OH + 3O2 →2CO2 + 3H2O
5、乙醇的催化氧化反应
2C2H5OH + O2 →2CH3CHO + 2H2O
6、乙酸乙酯的水解反应
CH3COOC2H5 + H2O →CH3COOH + C2H5OH
7、酯化反应
CH3COOH + C2H5OH →CH3COOC2H5 + H2O
8、苯与浓硝酸的取代反应
C6H6 + HNO3(浓) →C6H5NO2 + H2O
9、苯的燃烧反应
C6H6 + 7O2 →6CO2 + 3H2O
10、乙烯与浓硫酸的反应
CH2=CH2 + H2SO4(浓) →CH3CH2SO3H
以上仅列举了一些常见的高中有机化学方程式，实际上还有许多其他类型的有机反应，如酯化反应、水解反应、消去反应、加氢还原反应等等。
学习高中有机化学时，建议系统地学习和掌握各类有机物的性质和反应规律，以便更好地理解和应用这些方程式。
烷烃与卤素的反应
卤素中唯有氟能与烷烃自动发生反应，甚至在——80℃时也能进行反应。
氟与烷烃的反应非常剧烈，而且是一个难以控制的破坏性反应，生成碳和氟化氢：C n H2n+2(n+1)F2→nC+(2n+2)HF炭黑烷烃在日光照射下也与氯发生爆炸性反应：下面主要讨论氯、溴的取代反应，所谓取代反应，是指烷烃中的氢原子被其它原子或基团所取代。
这里讨论烷烃中的氢原子被卤原子取代，因此也称卤化反应。
烷烃卤化后的产物卤代烷烃，可以认为是母体烷烃衍生出来的，因此是烷烃的衍生物。
卤化反应主要是氯化与溴化，比较有实用意义的是氯化，碘不易发生碘化反应。
1．甲烷的氯化甲烷在紫外光或热（250～400℃）作用下，与氯反应得各种氯代烷：如果控制氯的用量，用大量甲烷，主要得到氯甲烷；如用大量氯气，主要得到四氯化碳。
工业上通过精馏，使混合物一一分开。
以上几个氯化产物，均是重要的溶剂与试剂。
甲烷氯化反应的事实是：①在室温暗处不发生反应，②高于250℃发生反应，③在室温有光作用下能发生反应，④用光引发反应，吸收一个光子就能产生几千个氯甲烷分子，⑤如有氧或有一些能捕捉自由基的杂质存在，反应有一个诱导期，诱导期时间长短与存在这些杂质多少有关。
根据以上事实，提出这个反应的反应机制是：这种反应称自由基型的链反应。
所谓链反应（chain reaction）是在反应过程中形成活性中间体［此反应中为自由基，如步（2）、（3）中的CH3·］，这种活性中间体如接力赛一样，不断地传递下去，像一环接一环的链［步（2）、（3）像一个环，步（3）中产生Cl·，又在步（2）中反应，很多环连接成链］，活性中间体消失了，反应也就停止［如步（4）、（5）、（6）］，这就是链反应。
由于活性中间体是自由基，如O2+CH3·→CH3OO·。
CH3OO·活泼性远不如CH3·，几乎使反应停止，待氧消耗完后，自由基链反应立即开始，这就是自由基反应现一个诱导期的原因。
《烷烃》ppt课件
(2)烷烃在常温下均是气体，均易燃烧。(
)
)
(3)烷烃在一定条件下均能与卤素单质发生取代反应。(
(4)烷烃在足量氧气中燃烧，生成物除了二氧化碳和水之外，
还有大量的其他含碳化合物生成。( )
【答案解析】
(1)×。分析：不一定。因为分子通式符合 CnH2n的烃既有可能 是烯烃又有可能是环烷烃。 (2)×。分析：只有1～4个碳原子的烃在常温下才是气体，但 是所有的烷烃均易燃烧，且完全燃烧的产物只有水和二氧化碳。 (3)√。分析：烷烃与卤素单质在光照条件下均能发生取代反 应。 (4)×。分析：由于烷烃中只含有碳、氢两种元素，所以烷烃 在足量氧气中完全燃烧的生成物只有二氧化碳和水。
2.下列说法正确的是( A.含有双键的物质是烯烃
)
B.能使溴水褪色的物质是烯烃 C.分子式为C4H8的链烃一定是烯烃 D.分子中所有原子在同一平面的烃是烯烃 【解析】选C。分子式为C4H8的链烃中含有一个碳碳双键，所以 一定是烯烃。
3.下列化学性质中，烷烃不具备的是(
A.不能使溴水褪色
)
B.可以在空气中燃烧
【变式训练】1.(2014·舟山高二检测)在光照条件下，将等物 质的量的甲烷和Cl2充分反应，得到产物的物质的量最多的是 ( A.CH3Cl B.CH2Cl2 l4 D.HCl )
【解析】选D。CH4与Cl2在光照条件下反应时，得1 mol CH3Cl
同时得1 mol HCl，得1 mol CH2Cl2同时得2 mol HCl，可见在
产物 ②根据取代的特点，有机物中卤素的物质的量等 特点 产物 的量 于HX的物质的量等于反应了的X2的物质的量，即 反应了的n(X2)=n(一卤代物)+2n(二卤代物)+3n( 三卤代物)+……=n(HX)
烷烃与卤素发生取代反应的条件
烷烃与卤素发生取代反应的条件
烷烃与卤素发生取代反应的条件主要包括反应物、催化剂、溶剂、配体及温度等几要素。
反应物是指烷烃和卤素，它们本身具有极性，
所以可以通过共价作用形成复合物，进而发生取代反应，得到产物。
催化剂是指能够加速取代反应进程的化学物质，其起到的作用是使反
应物易于发生取代反应。
通常在烷烃与卤素发生取代反应时会使用一
种由Al2Cl6和SbCl5两种物质混合而成的催化剂，可以极大地提高反
应的活性。
溶剂用来溶解反应物和催化剂，一般选用极性溶剂，如氯仿、碳酸酯等，也可以使用双水溶液作为溶剂。
配体的存在可以促使
铝离子和锑离子络合物的形成，进而促进取代反应的进行。
温度是指
反应所需要的温度，一般情况下需要保证反应物、催化剂及溶剂处于
液态状态，其反应温度一般为25℃-50℃之间。
因此，烷烃与卤素发生取代反应的条件主要包括：反应物、催化剂、溶剂、配体及温度等几要素，其中反应物是指烷烃和卤素，催化
剂是指一种由Al2Cl6和SbCl5两种物质混合而成的催化剂，溶剂是通
常选用极性溶剂，如氯仿、碳酸酯等，配体是指促使铝离子和锑离子
络合物的形成，温度为25℃-50℃之间。
只有满足上述条件，烷烃与卤
素才能发生取代反应。
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卤素中唯有氟能与烷烃自动发生反应，甚至在——80℃时也能进行反应。
氟与烷烃的反应非常剧烈，而且是一个难以控制的破坏性反应，生成碳和氟化氢：
C n H2n+2(n+1)F2→nC+(2n+2)HF
炭黑
烷烃在日光照射下也与氯发生爆炸性反应：
下面主要讨论氯、溴的取代反应，所谓取代反应，是指烷烃中的氢原子被其它原子或基团所取代。
这里讨论烷烃中的氢原子被卤原子取代，因此也称卤化反应。
烷烃卤化后的产物卤代烷烃，可以认为是母体烷烃衍生出来的，因此是烷烃的衍生物。
卤化反应主要是氯化与溴化，比较有实用意义的是氯化，碘不易发生碘化反应。
1．甲烷的氯化
甲烷在紫外光或热（250～400℃）作用下，与氯反应得各种氯代烷：
如果控制氯的用量，用大量甲烷，主要得到氯甲烷；如用大量氯气，主要得到四氯化碳。
工业上通过精馏，使混合物一一分开。
以上几个氯化产物，均是重要的溶剂与试剂。
甲烷氯化反应的事实是：①在室温暗处不发生反应，②高于250℃发生反应，③在室温有光作用下能发生反应，④用光引发反应，吸收一个光子就能产生几千个氯甲烷分子，⑤如有氧或有一些能捕捉自由基的杂质存在，反应有一个诱导期，诱导期时间长短与存在这些杂质多少有关。
根据以上事实，提出这个反应的反应机制是：
这种反应称自由基型的链反应。
所谓链反应（chain reaction）是在反应过程中形成活性中间体［此反应中为自由基，如步（2）、（3）中的CH3·］，这种活性中间体如接力赛一样，不断地传递下去，像一环接一环的链［步（2）、（3）像一个环，步（3）中产生Cl·，又在步（2）中反应，很多环连接成链］，活性中间体消失了，反应也就停止［如步（4）、（5）、（6）］，这就是链反应。
由于活性中间体是自由基，如O2+CH3·→CH3OO·。
CH3OO·活泼性远不如CH3·，几乎使反应停止，待氧消耗完后，自由基链反应立即开始，这就是自由基反应现一个诱导期的原因。
一种物质，即使有少量存在，就能使反应减慢停止，这种物质称为阻抑剂。
上述氧与杂质就起这种阻抑的作用，这是自由基反应的特征。
习题2-15写出环己烷在光作用下溴化产生溴代环己烷的反应机制。
习题2-16写出C5H11Cl可能的异构体，并写出中英文命名，指出与氯原子相连的碳原子级数。
甲烷氯化的反应热如下所示：
步（1）需要242.7kJ·mol-1，将Cl2。
断键形成Cl·，引发CH4分子发生反应。
步（2）是吸热反应，需+7.5kJ·mol-1可使CH4与Cl·反应产生CH3·与HCl。
而步（3）是放热反应，使CH3·与Cl2反应生成CH3Cl和Cl·，放热——112.9kJ·mol-1。
（2）+（3）是放热反应，共放热——105.4kJ·mol-1，因此从反应热看，反应是可以进行的。
步（2）虽然只需反应热+7.5kJ·mol-1，但分子需要活化，需要+16.7kJ·mol-1活化能（E a1），才能越过势能最高点，形成CH3·和HCl，如图2-15所示，这个势能最高
步（3）是放热反应，但也需要活化能（E a2）+8.3kJ·mol-1，才能越过第
是慢的一步，是甲烷氯化反应中决定反应速率的一步。
（i）整个反应是吸热反应还是放热反应？
（ii）哪一个过渡状态是决定反应速率的一步？
（iii）哪一个是最稳定的化合物？
（iv）A，B，C中哪一个最不稳定？
3．甲烷的卤化
在同类型反应中，可以通过比较决定反应速率一步的活化能大小，了解反应速率的大小：
氟与甲烷反应是大量放热的，但仍需+4.2kJ·mol-1活化能，一旦发生反应，大量的热难以移走，破坏生成的氟甲烷，而得到碳与氟化氢，因此直接氟化的反应难以实现。
碘与甲烷反应，需要大于141kJ·mol-1的活化能，反应难以进行。
氯化只需活化能+16.7kJ·mol-1，溴化只需+75.3kJ·mol-1，故卤化反应主要是氯化、溴化。
氯化反应速率大于溴化。
碘不能与甲烷发生取代反应生成碘甲烷，但其逆反应很容易进行：
CH3I+HI→CH4+I2
自由基链反应中加入碘，它可以使反应中止：
习题2-18计算
的反应热（X=F，Cl，Br，I）（提示：用表2-9中三级碳的离解能数据），定性地画出溴自由基与甲基环戊烷反应的势能变化图，标明反应物、中间体、生成物、过渡态的结构及其相应位置，并指出决定反应速率的一步。
3．高级烷烃的卤化
在紫外光或热（250～400℃）作用下，氯、溴能与烷烃发生反应，氟可在惰性气体稀释下进行，而碘不能。
下面是丙烷与2-甲丙烷的氯化、溴化。
丙烷中有六个1°H，二个2°H，氯化时夺取每个1°H与2°H的几率分别为45／6与55／2；2-甲丙烷中有九个1°H，一个3°H，夺取每个1°H与3°H的几率分别为64／9与36／1。
因此三种氢的大致反应性为3°H∶2°H∶1°H=5∶3∶1。
以此类推，溴化时三种氢的反应性大致为3°H∶2°H∶1°H=1600∶82∶1。
在氯化或溴化反应中，三种氢的反应性均为3°H＞2°H＞1°H。
这三种氢不同的反应性，实际上是反应速率问题，反应速率的快与慢，与活化能大小有关，而活化能的大小，可以通过过渡态的势能、结构来判断。
如果一个反应可以形成几种生成物，则每一生成物是通过不同的过渡态形成的，最主要的生成物是通过势能最低的过渡态形成的。
而过渡态的势能与形成的活性中间体稳定性有关，活性中间体稳定，过渡态势能低；过渡态势能低，则活化能小，反应速率快。
因为活性中间体自由基的稳定性是三级＞二级＞一级，所以在氯化、溴化反应中，这三种氢的反应性3°H＞2°H＞1°H。
现在进一步问，为什么在氯化反应中，三种氢的反应性差别不是很大，而在溴化反应中却相差很悬殊，要了解这个问题，先看一下丙烷溴化的决定反应速率一步（基元反应）的势能图2-16。
在溴化反应中，溴化试剂不活泼，过渡态来得晚，过渡态的势能与活性中间体接近，故过渡态的结构近似于活性中间体的结构，活性中间体稳定，过渡态结构也稳定，势能也低；过渡态势能低，则活化能小，反应速率快。
CH3HCH3能量比CH3CH2CH·低12.5kJ·mol-1，相应过渡态的势能差≈12.5 kJ·mol-1（稍小一些），Ea1——Ea2≈12.5kJ·mol-1，根据阿仑尼乌斯速率公式，溴化时形成CH3HCH3比CH3CH2CH2·反应速率高≈e-Ea／RT倍（在同类型反应中P、Z两项假定相同），E a≈12.5kJ·mol-1这个数值是比较大的，因此2°H比1°H溴化反应速率大得多。
同理3°H反应速率也比2°H、1°H大得多，故反应时这三种氢的选择性很大。
再看丙烷氯化中决定反应速率一步（基元反应）的势能图2-17：
在氯化反应中，氯化试剂活泼，过渡态来得早，过渡态的势能与反应物比较接近，故过渡态结构近似于反应物，受活性中间体稳定性的影响小。
CH3CHCH3比CH3CH2CH2·能量低12.5kJ·mol-1，反映在两者的过渡态中的势能差为4.2kJ·mol-1左右，活化能差也小，因此2°H 与1°H的反应速率较溴化时的差别也就小。
同理，3°H与2°H、1°H反应速率的差也较溴化小得多。
再者，虽然1°H反应速率不如2°H、3°H，但分子中1°H较2°H、3°H多，反应机会多，故从产率上看差别不大。
因此氯化反应三种氢的选择性小。
如果希望得到产率高、比较纯净的产物，常常选用溴化反应。
上述氯化、溴化反应对氢的选择性，往往在温度不太高时有用，如果温度超过450℃，因为有足够高的能量，反应就没有选择性，反应结果往往是与氢原子的多少有关。
习题2-19由下列指定化合物合成相应的卤化物，用Cl2还是Br2？为什么？
解释下列反应得此两个产物的原因，并估计哪一个产物较多？
习题2-21异戊烷氯化时，产生四种可能的异构体，它们的相对含量如下式所示：
上述反应结果与自由基的稳定性3°＞2°＞1°是否矛盾，请解释，并计算1°H，2°H，3°H反应活性之比（二个1°H合并计算）。