六章节卤化反应ppt课件

1、第六章第六章 卤化反响卤化反响卤化是向有机物质分子中引入卤素的化学过程。根据引入卤素的不同，卤化可分为氟化、氯化、溴化和碘化。其中，氯衍生物的制备最为经济，所以氯化在工业上大量运用，是本章讨论的重点；溴化、碘化的运用较少；由于氟具有太高的活泼性，普通要用间接的方法来获得氟衍生物。卤化按其方法分，可分为加成卤化、取代卤化和置换卤化。 卤化反响加成反响取代反响置换反响按反响类型分类按反响类型分类不饱和烃的加成反响羰基化合物的取代反响羧酸的置换反响其它官能团的置换反响烃类的取代反响醇、酚、醚的置换反响 卤化物中的卤原子性质相当活泼，经过卤化物的转化，可制备含有其他取代基的衍生物，在染料、农药、医药、

2、香料等有机合成中占有重要的位置。有些卤化物可直接作为精细化学品运用。 卤化反响广泛运用的卤化剂是卤素氯、溴、碘、盐酸和氧化剂如次氯酸钠、氯酸钠等、金属和非金属的卤化物FeCl3、PCl5。其中二氯硫酰SO2Cl2是芳烃中引入氯原子的高活性反响试剂，二氢硫酰、氯化硫、三氯化铝相混合为高氯化剂，也有采用光气、卤胺RNHX、卤酰胺RSO2NHX等为卤化剂的。二乙基丙二酸二乙酯 有机化合物分子中引入卤素后，其理化性质发生一定的变化。常使有机分子具有极性或极性添加，反响活性加强，容易被其它原子或基团所置换，生成多种衍生物。卤化反响在药物合成中起着承上启下的“桥梁作用，是合成药物及其中间体的重要反响之一。

3、 制备药物中间体制备药物中间体如：卤化反响在药物合成中的运用如：卤化反响在药物合成中的运用 225 22425()2525252252()()CHCOOC HNaBrH SOC H ONaC H OHC H BrC HC COOC H 抗菌药氯霉素抗炎镇痛药双氯芬酸抗肿瘤药氟尿嘧啶抗菌药诺氟沙星 合成含卤素药物合成含卤素药物第一节第一节 加成卤化加成卤化 加成卤化是卤素、卤化氢及其他卤化物与不饱和烃进展的加成反响。 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展卤化。 一、卤素与不饱和烃的加成一、卤素与不饱和烃的加成 在加成卤化反响中，由于氟的活泼性太高，反响猛烈且易发生副反响，因此极

4、少运用。碘与烯烃的加成是一个可逆反响，生成的二碘化物不仅收率低，而且性质也不稳定，故很少运用。因此，在卤素与烯烃的加成反响中，只需氯和溴的加成，运用比较普遍。卤素与烯烃的加成，按反响历程的不同可分为亲电加成和自在基加成。 1. 亲电加成亲电加成 在双键构造中，在双键构造中，键较弱，容易和亲电试键较弱，容易和亲电试剂作用发生亲电加成反响。烯烃在氯或溴剂作用发生亲电加成反响。烯烃在氯或溴的作用下，的作用下，键断裂，生成两个较强的键断裂，生成两个较强的键，键，转变为两个卤原子衔接在相邻碳上的饱和转变为两个卤原子衔接在相邻碳上的饱和化合物。化合物。 卤素对双键的加成反响，普通经过两步。首先卤素向双键作

5、亲电进攻，构成过渡态络合物，然后在催化剂如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构成Cl- Cl:FeCl3 络合物，有利于亲电进攻。 烯烃的反响才干取决于中间体正离子的稳定性。双键邻位具有吸电子基的烯烃，由于双键电子云密度下降使卤加成反响活泼性降低，而当邻位具有给电子基时，那么反响的活泼性添加。烯烃卤加成反响活泼次序如下： 卤素与烯烃的亲电加成反响，普通采用的溶剂有四氯化碳、氯仿、二硫化碳、醋酸和醋酸乙酯等。 醇和水不宜作溶剂，由于它们同时可作为亲核试剂，向过渡态络合物作亲核进攻能够会发生卤化醇或卤代醚的副反响，例如：2. 自在基加成自

6、在基加成 卤素在光、热或引发剂存在下，首先产生卤自在基，然后与不饱和烃发生加成反响，其反响历程按自在基机理进展：包括引发、增长、终止。二、卤化氢与不饱和烃的加成二、卤化氢与不饱和烃的加成 卤化氢与不饱和烃的加成反响，可得到饱和卤代烃： 卤化氢对双键的加成可分为离子型亲电加成和自在基加成两类。亲电加成的反响历程分两步进展。 卤化氢与烯烃加成反响的活泼性次序是： 反响速度不仅取决于卤化氢的活泼性，而且还与烯烃的性质有关。烯烃上带有给电子取代基时，有利于反响的进展；当烯烃上带有强吸电子基如COOH、CN、CF3、N(CH3)3+时，烯烃的电子云向取代基方向转移，卤代氢的加成方向正好与马尔科夫尼柯夫规

7、那么相反。 在光和引发剂的催化下，溴化氢和烯烃的加成属于自在基加成反响。在该反响中卤化氢的定位规那么属于反马尔科夫尼柯夫规那么。 卤化烃与不饱和烃亲电加成反响的实例有氯化氢和乙炔加成消费氯乙烯，乙烯和氯化氢和溴化氢加成生成氯乙烷或溴乙烷。三、其它卤化物与不饱和烃的加成三、其它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响常用的卤化剂。不饱和烃与这三种卤化物的加成反响均属于离子型亲电加成反响，质子酸和路易斯酸均能加快反响速度。1. 次氯酸加成次氯酸加成 典型的例子是 氯乙醇的消费。 另一个典型例子是次氯酸与丙烯加成消费氯丙醇，这是丙烯氧化法消费环氧丙烷

8、之外的重要消费方法。2. 用用N卤代酰胺的加成卤代酰胺的加成 N卤代酰胺与烯烃加成可制得卤醇。溴醇的制备运用比较普遍的卤化剂是N溴代乙酰胺和N溴代丁二酰亚胺。该反响可在酸如醋酸、高氯酸催化下进展： 用N卤代酰胺的加成，可防止因卤负离子的存在而产生的副反响，在精细有机合成中有重要的意义。3. 用卤代烷的加成用卤代烷的加成卤代烷的不饱和烃的加成卤代，多是叔卤代烷在路易斯酸催化下对烯键进展亲电进攻，得到加成产物。例如，氯代叔丁烷和乙烯在三氯化铝催化下反响，可得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在基加成反响，在双键上构成碳卤键，使双键的碳原子上添加一个碳原子。例如，丙烯和

9、四氯化碳在过氧化苯甲酰作用下生成1,1,1三氯3氯丁烷收率为80%。第二节第二节 取代卤化取代卤化 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、芳环上的取代卤化一、芳环上的取代卤化 芳环上取代基的电子效应和卤化的定位规律与普通芳环上的亲电取代反响一样，其主要要素有以下等要素。 1. 被卤化芳烃的构造被卤化芳烃的构造 芳环上取代基可经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响。芳环上具有给电子基团时，有利于构成-络合物，卤化容易进展，主要构成邻对位异构体，但常出现多卤代景象；反之

10、，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响较难进展，需求参与催化剂并在较高温度下反响。 例如：苯酚与溴的反响，在无催化剂存在时便能迅速进展，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140才发生反响。 含多个电子的杂环化合物如噻吩、吡咯和呋喃等的卤化反响容易发生；而缺电子、芳香性较强的杂环化合物如吡啶等，其卤化反响较难发生。 2. 卤化剂卤化剂 在芳烃的卤代反响中，必需留意选择适宜在芳烃的卤代反响中，必需留意选择适宜的卤化剂，由于卤化剂往往会影响反响的卤化剂，由于卤化剂往往会影响反响的速度、卤原子取代的位置、数目及异的速度、卤原子取代的位置、数目及

11、异构体的比例等。构体的比例等。NBS：N-溴代丁二酰亚胺 3. 反响介质反响介质 假设被卤化物在反响温度下呈液态，那么假设被卤化物在反响温度下呈液态，那么不需求介质而直接进展卤化，如苯、甲不需求介质而直接进展卤化，如苯、甲苯、硝基苯的卤化。假设被卤化物在反苯、硝基苯的卤化。假设被卤化物在反响温度下为固态，那么可根据反响物的响温度下为固态，那么可根据反响物的性质和反响的难易，选择适当的溶剂。性质和反响的难易，选择适当的溶剂。常用的有水、醋酸、盐酸、硫酸、氯仿常用的有水、醋酸、盐酸、硫酸、氯仿及其他卤代烃类。及其他卤代烃类。对于性质活泼，容易卤化的芳烃及其衍生对于性质活泼，容易卤化的芳烃及其衍生物

12、，可以水为反响介质，将被卤化物分物，可以水为反响介质，将被卤化物分散悬浮在水中；在盐酸或硫酸存在下进散悬浮在水中；在盐酸或硫酸存在下进展卤化，例如对硝基苯胺的氯化。展卤化，例如对硝基苯胺的氯化。对于较难卤化的物料，可以浓硫酸、发烟对于较难卤化的物料，可以浓硫酸、发烟硫酸等为反响溶剂，有时还需参与适量硫酸等为反响溶剂，有时还需参与适量的催化剂碘。如蒽醌在浓硫酸中氯化制的催化剂碘。如蒽醌在浓硫酸中氯化制取取1,4,5,8-四氯蒽醌。先将蒽醌溶于浓硫四氯蒽醌。先将蒽醌溶于浓硫酸中，再参与酸中，再参与0.5%4%的碘催化剂，的碘催化剂，在在100下通氯气，直到含氯量为下通氯气，直到含氯量为36.5%3

13、7.5%为止。为止。 当要求反响在较缓和的条件下进展，或是当要求反响在较缓和的条件下进展，或是为了定位的需求，有时可选用适当的有为了定位的需求，有时可选用适当的有机溶剂。如萘的氯化采用氯苯为溶剂，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。水杨酸的氯化采用乙酸作溶剂等。 4. 反响温度反响温度普通反响温度越高，反响速度越快。对于卤普通反响温度越高，反响速度越快。对于卤取代反响而言，反响温度还影响卤素取代取代反响而言，反响温度还影响卤素取代的定位和数目。通常是反响温度高，卤取的定位和数目。通常是反响温度高，卤取代数多，有时甚至会发生异构化。如萘在代数多，有时甚至会发生异构化。

14、如萘在室温、无催化剂下溴化，产物是室温、无催化剂下溴化，产物是-溴萘；溴萘；而在而在150160和铁催化下溴化，那么得和铁催化下溴化，那么得到到-溴萘。较高的温度有利于溴萘。较高的温度有利于-体向体向-体异体异构化。在苯的取代氯化中，随着反响温度构化。在苯的取代氯化中，随着反响温度的升高，二氯化反响速度比一氯化添加得的升高，二氯化反响速度比一氯化添加得还快；在还快；在160时，二氯苯还将发生异构化。时，二氯苯还将发生异构化。 卤化温度确实定，要思索到被卤化物的性质和卤化反响的难易程度，工业消费上还需思索主产物的产率及安装的消费才干。如氯苯的消费，由于温度的升高，使二氯化物产率添加,即一氯代选择

15、性下降，故早期采用低温3540消费。但由于氯化反响是强放热反响，每生成1mol 氯苯放出大约131.5kJ的热量，因此维持低温反响需较大的冷却系统，且反响速率低，限制了消费才干的提高。为此在近代，普遍采用在氯化液的沸腾温度下7880，用塔式反响器进展反响。其缘由有：采用填料塔式反响器，可有效消除物料的返混景象，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添加不显著；过量苯的气化可带走大量反响热，便于反响温度的控制和有利于延续化消费。 5. 原料纯度与杂质原料纯度与杂质 原料纯度对芳环取代卤化反响有很大影响。原料纯度对芳环取代卤化反响有很大影响。例如，在苯的氯化反响中，原料苯中不例

16、如，在苯的氯化反响中，原料苯中不能含有含硫杂质如噻吩等。由于它能含有含硫杂质如噻吩等。由于它易与催化剂易与催化剂FeCl3作用生成不溶于苯的作用生成不溶于苯的黑色沉淀并包在铁催化剂外表，使催化黑色沉淀并包在铁催化剂外表，使催化剂失效；另外，噻吩在反响中的生成的剂失效；另外，噻吩在反响中的生成的氯化物在氯化液的精馏过程中分解出氯氯化物在氯化液的精馏过程中分解出氯化氢，对设备呵斥腐蚀。其次，在有机化氢，对设备呵斥腐蚀。其次，在有机原料中也不能含有水，由于水能吸收反原料中也不能含有水，由于水能吸收反响生成的响生成的HCl成为盐酸，对设备呵斥腐成为盐酸，对设备呵斥腐蚀，还能萃取苯中的催化剂蚀，还能萃取

17、苯中的催化剂FeCl3，导，导致催化剂分开反响区，使氯化速度变慢，致催化剂分开反响区，使氯化速度变慢，当苯中含水量达当苯中含水量达0.02%质量百分数质量百分数时，反响便停顿。此外，还不希望时，反响便停顿。此外，还不希望Cl2中含中含H2，当，当H24%体积分数时，体积分数时，会引起火灾甚至爆炸。会引起火灾甚至爆炸。二、脂肪烃及芳烃侧链的取代卤化二、脂肪烃及芳烃侧链的取代卤化 脂肪烃和芳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响之一。1. 脂肪烃及芳烃侧链取代卤化的反响特点脂肪烃及芳烃侧链取代卤化的反响特

18、点 反响是典型的自在基反响反响是典型的自在基反响 例如甲苯的氯化：例如甲苯的氯化： 反响具有连串反响特征 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响也是一个连串反响。如烷烃氯化时，在生成一氯代烷的同时，氯自在基可与一氯代烷继续反响，生成二氯代烷，进而生成在地三氯、四氯及至多氯代烷。 2. 影响要素及反响条件的选择影响要素及反响条件的选择 被卤化物的性质 它们的反响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CH伯CH 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。其反响活性顺序为：F2Cl2Br2I2，但其选择性与此相反。

19、碘的活性差，通常很难直接与烷烃反响；而氟的反响性极强，用其直接进展氟化反响过于猛烈，经常使有机物裂解成为碳和氟化氢。所以，有实践意义的只是烃类的氯代和溴代反响。 由于卤素可以与脂肪烃中的双键发生加成反响，普通不宜采用卤素进展烯丙位取代卤化反响；而芳环上不易发生卤素的加成反响，那么可采用卤素进展苄位取代卤化反响。NBS用于烯丙位或苄位氢的卤代反响，具有反响条件温暖、选择性高和副反响少的特点。例如分子中存在多种可被卤代的活泼氢时，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CHBrCH2CH2COCH3CH2C(CH3)3NBS/CCl4回流过

20、氧化二苯甲酰，CH2CH2CH3CHBrC(CH3)3CH2=C 引发条件及温度 烃类化合物的取代卤化反响发生的快慢主要取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。 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。因此经过游离基反响进展芳环侧链的卤化时，该当留意不要使反响物中混入可以发生环上取代氯的催化剂。 反响介质 四氯化碳是经常采用的反响介质，由于它属于非极性惰性溶剂，可防止游离基反响的终止和一些副反响的发生。其它可用的溶剂还有苯、石油

21、醚和氯仿等。反响物假设为液体，那么可不用溶剂。 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响的特点，因此，氯化产物的组成是由氯化深度来决议的。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，普通适宜的烃氯比为53:1。 第三节第三节 置换卤化置换卤化 置换卤化是以卤基置换有机物分子中其他基团的反响。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运用较多。可被卤基置换的有羟基、硝基、磺酸基、重氮基。卤化物之间也可以相互置换，如氟

22、可以置换其他卤基，这也是氟化的主要途径。一、羟基的置换卤化一、羟基的置换卤化 1. 置换醇羟基置换醇羟基 用氢卤酸置换醇羟基用氢卤酸置换醇羟基 醇羟基的活性大小，普通是：叔醇羟醇羟基的活性大小，普通是：叔醇羟基仲醇羟基伯醇羟基。氢卤酸的活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才干大小而性是根据卤素负离子的亲核才干大小而定的，其顺序是：定的，其顺序是：HIHBrHClHF。因此，伯醇和仲醇与盐酸反响时经常需因此，伯醇和仲醇与盐酸反响时经常需求在催化剂作用下完成，常用的催化剂求在催化剂作用下完成，常用的催化剂为为ZnCl2。 卤化磷和氯化亚砜置换醇羟基氯化亚砜是进展醇羟基置换的优良卤化剂，反响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。因此在消费上被广泛采用。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响。 3CH3(CH2)3CH2OHPI3 3CH3(CH2)3CH2IP(OH)3 2. 置换酚羟基置换酚羟基 酚羟基的卤素置换相当困难，需求活性很强的卤化剂，如五氯化磷和三氯氧磷等。 3. 置换羧羟基置换羧羟基 用SOCl2或PCl3与羧酸反响是合成酰氯最常用的方法。 RCOOHSOCl2 RCOClSO3HCl二、芳环上硝基、磺酸基和重氮基的二、芳环上硝基、磺酸基和重氮基的置换卤化置换卤化 1. 置换硝基置换硝基 硝基被置换的