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。
卤化反应及其工艺概述
卤化反应及其工艺概述1. 引言卤化反应是化学领域中重要的一类反应。
它指的是含有卤素（如氯、溴、碘等）的有机化合物与其他化合物间发生的化学反应。
卤化反应具有广泛的应用领域，包括有机合成、材料制备、环境保护等方面。
本文将对卤化反应的原理、工艺和应用进行概述。
2. 卤化反应的基本原理卤化反应是通过将含有卤素的有机化合物与其他化合物发生反应，实现卤素原子的引入或替代。
卤化反应通过共轭碱基的形成，产生亲核取代或电荷迁移等机制实现。
其中，亲核取代反应是卤化反应中最常见的一类。
3. 卤化反应的分类根据卤素的类型和反应条件的不同，卤化反应可以分为不同的分类。
常见的分类包括以下几种： - 亲电卤化反应：使用亲电试剂（如卤素气体、酰溴等）与有机化合物反应，生成具有亲电性的中间体，并进行卤素原子的取代反应。
- 亲核卤化反应：以亲核试剂（如氨水、醇等）作为亲核试剂，与有机化合物发生取代反应，实现卤素原子的引入或替代。
- 自由基卤化反应：以自由基试剂（如过氧化氢、过氧化苯乙酮等）引发的自由基反应，实现卤素原子的取代。
- 金属卤化反应：利用金属化合物与有机卤化物反应，形成金属有机化合物。
4. 卤化反应的工艺概述卤化反应的工艺包括反应条件的控制、催化剂的选择和反应设备的设计等方面。
4.1 反应条件的控制反应条件的控制是卤化反应中重要的一环。
包括温度、压力、溶剂选择等因素对反应的速率和选择性有着重要影响。
不同的卤化反应需要选择合适的反应条件，以实现理想的反应效果。
4.2 催化剂的选择催化剂是卤化反应中不可或缺的一部分。
合适的催化剂能够加速反应速率、提高选择性并降低反应的能量要求。
金属催化剂、酶催化剂、有机催化剂等多种类型的催化剂都可以应用于卤化反应中。
4.3 反应设备的设计反应设备的设计对于卤化反应的工艺实施至关重要。
例如，在高温反应中，需要选择耐高温的材料，并设计合理的冷却系统以控制反应温度。
此外，反应设备的液相、气相或多相体系的选择也是工艺设计的重要考虑因素。
4卤化反应
② 对氯苯酚：苯酚在40℃下，用SO2Cl2进行氯化时，主要 生成对氯苯酚，收率可达70%。
③ 2.4-二氯苯酚：苯酚在铁催化剂存在下，用氯气氯化时， 2.4-二氯苯酚的收率为85%~92%。
硝基苯胺的氯化：通常在酸性溶液中顺利氯化 萘的氯化：萘的氯化比苯容易，一氯化生成1-氯苯 和2-氯苯，二氯化生成十种异构体
酸催化的次氯酸的氯化
Cl2 ＋ H2O HOCl ＋ H2
+OCl
HOCl ＋ H+ ＋ ClH+
快 慢
H2+OCl
Cl+ ＋ H2O
(2) 反应动力学及氯化深度
C6H6 ＋ Cl2 k1 C6H5Cl ＋ HCl C6H5Cl ＋ Cl2 k2 C6H4Cl2 ＋ HCl C6H4Cl2 ＋ Cl2 k3 C6H4Cl3 ＋ HCl
N
安妥明Clofibratun
CH3 Cl O C CH3 COOC2H5
常用于降低血中胆固醇，适用于高甘油三酯血症。 最适用于Ⅲ、Ⅳ型高脂血症，对Ⅴ型高脂血症亦有效。
诺氟沙星（氟哌酸）(Nfloxacin Capsules)
1-乙基-6-氟-1， 4-二氢-4-氧代 -7-(1-哌嗪基)3-喹啉羧酸
单锅间歇
多锅连续 塔式连续
63.2 63.2 63~66
35.2~35.4 34.4 32.9~35.6
1.4~1.6 2.4 1.1~1.4
22~25 14.3 25~30
e. 氯化温度
苯氯化反应温度与k2/k1的关系 T，℃ k2/k1
18 0.107
25 0.118
30 0.123
早期:35~40℃；
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。
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（％）
第一章 卤化反应
2. 苄位、烯丙位的卤取代 苄位、
烯丙位、苄位氢原子较活泼，在较高温度及存在自由基引 发剂条件下，可用卤素、N-卤代酰胺、次卤酸酯等卤化剂于非 极性惰性溶剂中进行。 其中以N-卤代酰胺，尤其是NBS(N-溴代丁二酰亚胺)效果最 好，反应主要为三步： ①
X2 hν 或或或 引引卤 hν 或或或或 引引卤 X
R1 R2 X
R3 X R4 OH H2O R1 R2 OH R3 X R4 OH R1 R2
OH R3 X R4
4. 与卤化氢的加成
I2/KI/NaHCO3 H2O/r.t.4h
H2C H O C O I H H I H O O
88%
反应两步完成：① I2从位阻小的双键方向进攻，生成过渡态； ② 羧酸氧负离子于β方向进攻三元环发生亲核进攻生成酯。
H
H C C Ph CO2H
Br2/CHCl3 。 0 r.t.20min
Br
H
H
Cl C 2H5 Cl2/CH3CO2H C C CH3CH CH C 2H5 。 25 H H Cl
H3C
OCOCH3 Cl + CH3CH CH C2H5 + CH3CH CH C2H5 Cl OCOCH3
H
I2/AcOAg/Et2O
OAc I H
80%
2. 与N-卤代酰胺的加成 卤代酰胺的加成
Me C16H30 Br2/AcOH AcONa/Et2O HO
Me HO H Br
20-25°
Br
HO H Br M e C 16H30 Br
(84~85%)
当卤加成发生在亲核性溶剂(如H2O、ROH、RCO2H) 中时，因亲核试剂中的亲核基团也可进攻碳正离子过渡 态，故反应可得除1，2-二卤化和物外的其它产物。
(完整word版)卤化反应
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C－X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，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、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（HCl ＋NaClO、HCl＋NaClO3、HBr＋NaBrO、HBr＋NaBrO3)及其他卤化剂（SO2Cl2、SOCl2、HOCl、COCl2、SCl2、ICl)等,用于置换卤化的卤化剂有HF、KF、NaF、SbF3、HCl、PCl3、HBr 等。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
1.均裂方式: A B
A+ B
2.异裂方式: A B
A+ B
1)亲电反应 : RCH=CH2 + HBr
2)亲核反应: RCH2Cl + CN
RCHCH3 Br
RCH2CN + Cl
3.协同方式
+
酸碱理论： 1. Brönsted酸碱理论
Brönsted酸：质子的给予体 HX, HAc, C6H5COOH, C6H5SO3H Brönsted碱：质子的接受体 NH3, RNH2, ROH, ROR, RO , OH , Cl
机 理： 亲电加成
R1
R3
CC
R2
R4
X-OH
HClO
HBrO
Cl--OH Br--OH
R1 OH R3
CC
R2 X R4
R1 OH
R3
CC
R2
X R4
实例：
OH Cl2/NaOH/H2O HgCl2/ 15~20℃
Cl
(70~73%)
Ar - CH CH2 HCl O/ H2O 收 率 较 低
C OCl ( 有 机 溶 剂 中 ) Ar - CH- CH2 70%
AcOH/ H2O
OH Cl
OH -
Ar - CH - CH2
+
Cl
通 式： R1
R3
CC
68-80%
C6H5 HC CH2Br O OC CH 3
20-32%
C6H5 HC CH2Br +
Br2/CH3COOH,LiBr
Br
84%
C6H5 CH CH2Br OOCCH3
16%
CH3CH=CH2
I2/KIO3 H2SO4/H2O 50℃ , 8h (80%)
CH3-CH-CH2I + CH3CH-CH2OH
R1 R3 R2 R4
XX
X
R1
C
R3 C
R2 X R4
R1
X R3 CC
R2
R4 X
X R1 C
R2
R3
C 对向
R4 X
X R2 C
R1
R3 C
R4 X
同向
Br
Ph H
Ph Br2/CCl4
H
H CO2C2H5
H
CO 2C 2H 5
Br
Br H Ph
H Br CO2C2H5 (major product)
(CH3)2C=CH2 CH3CH=CH2
HOOCCHCHCOOH CH2=CHCN
X X
H Br2/CCl4
H CH3
X=H
对向
X Br H + H Br CH3
88%
同向
Br CH3
H
H Br
12%
X=O CH 3
63%
37%
同向加成产物的比例与碳正的稳定性有关
双键上含有季碳取代基的烯烃常常会发生重排反应:
(H3C)3C H
H
Cl2/CCl4
C(CH3)3
(H3C)3C Cl H
(H3C)3C Cl +
H ClC(CH3)3
HH3C
H C CH2 CH3
b、溶剂 :(亲核性溶剂参与反应，如H2O, CH3COOH，ROH等)
C6H5 HC CH2
Br2/CH3COOH
C6H5 HC CH2Br + Br
质子性溶剂： I >Br >Cl >F 非质子性溶剂： I <Br <Cl <F
π－π共轭 （正常共轭效应）：
两个以上双键(或叁键)以单键相联结时所发生的 π电子 的离位作用。
σ-π共轭 （超共轭效应）：
由烷基C-H键的σ键电子与相邻的π键电子互相重叠而产生的一 种共轭现象。
其它： p-π共轭，p-p共轭 ,σ-p共轭等
2. Lewis酸碱理论 Lewis酸： 电子的接受体 BF3, AlCl3, FeCl3, Li, R, H Lewis碱： 电子的给予体 NH3, RNH2, ROR, ROH, RSH, Cl, RO,
试剂的碱性： 一个试剂对质子的亲合能力。
试剂的亲核性： 一个试剂在形成过渡态时对碳原子的亲合能力。
到底进攻哪个碳？
进攻相对较稳定的碳正:
叔碳正离子>仲碳正离子>伯碳正离子
烷基，可以形成σ-p超共轭； 烷氧基、氨基等, 可形成p-p共轭； 苯环或烯烃, 可形成π-p共轭；
影响因素 a、烯键邻近基团：给电子基团有利于烯烃的加成
比较下面六个化合物的活性
CH2=CH2 (CH3)2C=C(CH3)2
C ZnY Cat. M
C C (Negishi) (Pd)
X= Cl, Br,OTf etc. Y= Cl, Br
Heck, 79岁 美国特拉华大学名誉教授
2010年获得化学诺贝尔奖
Negishi,75岁 美国珀杜大学教授
Suzuki, 80岁 北海道大学名誉教授
卤化反应的类型
一、卤加成
X2 CC
OH
I
(92%)
(8%)
（2）自由基加成: 引发剂：有机过氧化物，偶氮异丁腈，紫外光
链引发 链增长 链终止
X2 hv 2X
X
X2 X
X X
X +X
XX
XX
X X +X
CCCC
X
X
X2
主要适用于缺电子的烯烃:
Cl2/hν
Cl
ClΒιβλιοθήκη ClClClCl
Cl2/hv ClHC CCl2
CHCl2CCl3
二、不饱和烃和次卤酸（酯），N-卤代酰胺的反应
诱导效应：
在分子中引入一个原子或原子团后，由于该原子或原子团的极性， 使得分子中的电子云密度分布发生变化。
第一章 卤化反应
定义：分子中形成C-X的反应
如：制备具有不同生理活性的含卤素的有机药物
H NHCOCHCl2
O
F
H2N
CC
CH2OH
COOH
OH H 氯霉素
NH
N
诺 氟 沙 星 C2H5
制备中间体---- 糖皮质激素醋酸可的松
CH3
CO OH
CH2I CO
OH
I2/CaO
CH3COOK
CH3OH/CaCl2
DMF
O
O
O
O CH2OCCH3
CO OH
CX CX CX
CY CH
Cat. M
C C (Suzuki) (Pd)
Cat. M
X= Cl, Br Y= BR2
CC H
X= Cl, Br, OTf
(Heck) (Pd)
亲核性取决于： a. 给电子能力 亲核性大小的比较：
b. 可极化性
RO >HO >ArO >RCOO >ROH>H2O
碱性和亲核性相同
同一周期： H2N >HO >F RC3 >R2N >RO >F 碱性和亲核性相同 同一主族： I >Br >Cl >F RS >RO R3P>R3N 碱性和亲核性相反
二、卤取代
X2
CC XX
X
三、卤置换 ROH HX RX
四、自由基反应
第一节 不饱和烃的卤加成反应 一、不饱和烃和卤素
1、 X2对烯烃的加成
X2 CC
CC XX
卤素的反应活性：F2＞ Cl2＞ Br2＞ I2 常用溶剂：CH2Cl2 CHCl3 CCl4 CS2 机理：亲电加成, 自由基加成
（1）亲电加成机理