第四章卤化反应.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,卤化反应,有机单元合成反应,第 四 章,内容提要,取代,卤化反应,加成,卤化反应,置换,卤化反应,论讨,业作,结,小,主要内容（,共,14,学时,）：,卤化反应的定义、目的、重要性,卤化剂，卤化反应的类型,芳环上的取代氯化（重点）,亲电质点、反应历程及动力学（重点：催化剂存在下,Cl,2,的氯化）,影响因素：被卤化物性质、氯化深度、操作方式、混合作用、反应介质、原料纯度、反应温度,实例,羰基,-,氢的取代卤化,芳烃的侧链取代卤化（重点）,反应理论及实例，氯甲基化反应,饱和烃的取代卤化（自学）,烯键,-,氢的取代卤化（自学）,氟化、溴化、碘化,Finkelstein,卤素交换反应,Schiemann,反应（重点）,加成卤化：卤素和卤化氢对双键的加成,置换卤化,卤素置换羟基、硝基、磺酸基；,重点：卤素置换重氮基,Sandmeyer,反应,4.1,概述,卤化反应的定义及重要性,卤化反应的目的,卤化剂,卤化反应的类型,4.1.1,卤化反应的定义及重要性,卤化反应,?,向有机化合物分子中的,C,原子上引入卤原子的反应,。,根据引入卤原子的不同，分为：,卤,化,氟化,氯化,溴化,碘化,根据引入卤原子的方式，分为：,卤,化取代卤化,加成卤化,置换卤化,氟、氯、溴、碘虽同属卤素，但其,性质,存在较大差异，因而其,合成方法,有很大区别。,原料性质以及制备产物的结构对卤化方法的选择有密切关系。,氯化,应用最,广泛、,制备最,经济的,卤化反应。大批氯化产品，如,具有广泛的工业用途。,Cl,2,价格低廉，供应量大，因此，氯化产物,品种多,，,产量大,，是最重要的卤化反应，也是本章讨论的重点。,Cl,2,?,溴化,溴,的资源相对较少，,溴化物,常具有某些功能性用途。如,溴化物,中的,Br,原子较活泼，易为其他基团置换，常被应用于精细化工产品的有机合成。,氟化,氟,的自然资源较广，许多,氟化物,具有突出的优点，如,氟化,还可用于润滑油、烹饪用具涂料、火箭燃料、染料等的合成。,近年来对氟化物的合成十分重视，但氟活性太高，一般要用,间接方法,制备。,碘化,碘,价格昂贵，资源比其他几种卤素少得多，应用范围也小得多，仅用于少数医药、农药及染料。,总之：,卤化是精细有机合成最重要反应之一,。,大规模生产,?,氯和氟有机单体,(,氯乙烯、四氟乙烯,),有机溶剂,(,四氯化碳、二氯乙烷、氯苯,等,),制冷剂,(,氟里昂,),还广泛用来制取农药、医药、增塑剂、润滑剂、阻燃剂、染料、颜料及橡胶防老剂等的中间体。,4.1.2,卤化反应的目的,赋予有机化合物一些新的性能，得到性能优异的,最终产品,。,卤素衍生物,卤基转换,一系列含有其他基团的中间体产品。,4.1.3,卤化剂,分子态卤素,：,Cl,2,、,Br,2,、,I,2,；,卤素的酸,+,氧化剂,：,HCl,(,HBr,),+O,2,、,NaClO,、,NaBrO,、,NaClO,3,、,NaBrO,3,、,H,2,O,2,等；,金属或非金属卤化物,：,FeCl,3,、,PCl,3,、,PCl,5,；,其他,：,SOCl,2,、,SO,2,Cl,2,、,HOCl,、,COCl,2,、,SCl,2,、,ICl,、,RNHCl,、,RSO,2,NHCl,SO,2,Cl,2,是引入,Cl,的高活性反应剂，,SO,2,Cl,2,、,SCl,2,、,AlCl,3,相混合为高氯化剂,。,置换卤化剂,？,HF,、,KF,、,NaF,、,SbF,5,、,HCl,、,HBr,、,NaBr,4.1.3.1,氯化剂,4.1.3.2,溴化剂,4.1.3.3,碘化剂,4.1.3.4,氟化剂,4.1.3.1,氯化剂,（,氯化剂的分类）,实例,4.1.3.2,溴化剂,分类,实例,4.1.3.3,碘化剂,4.1.3.4,氟化剂,4.1.4,卤化反应的类型,引入卤素的方法？,取代卤化、置换卤化、加成卤化,取代卤化,：包括芳烃,环上,取代、,侧链,取代和,脂肪烃,的取代卤化。,加成卤化,：,置换卤化,：,卤素置换硝基、磺酸基、羟基、重氮基,甲苯的卤化？,卤化中除加入特定卤化剂，常需加入催化剂或活化剂，如光能、热能或游离基引发剂。,4.2,卤化热力学,卤化反应热,取代卤化,加成卤化,碳卤键的稳定性和反应活性,4.2.1,卤化反应热,某些卤化反应的反应热见表,3-2,取代卤化,：,烃类：以,X,2,为卤化剂,氟化,是高放热反应；,氯化,是放热反应；,溴化,为中等放热，所有温度下，均有利于,向右方,进行。,碘化,则是吸热,可逆,反应。,但用,ICl,为碘化剂，则是放热反应。,乙烷：用,F,2,进行,取代氟化，,发生,C,-,C,键的断裂和聚合等副反应。,Why,加成卤化,：,不饱和烃的加成卤化：高放热反应，反应均有利于,向右方,进行。,放热量：,HX,为卤化剂,X,2,，且所有用,HX,的反应都是可逆反应。,乙烯用,F,2,进行,加成氟化,时会发生,C-C,键的断裂和聚合等副反应。,Why,故氟化一般不用分子态氟为氟化剂。,4.2.2,碳卤键的稳定性和反应活性,有机分子中,C,原子与各种取代基间的键能（,C-X,键）见表,3-4,。,结论,？,4.3,芳环上的取代卤化（氯化）,反应历程,催化剂的选择,反应动力学,影响因素,实例,芳环的取代卤化是典型的亲电取代反应,早在,19,世纪,30,年代，在,cat.,存在下，芳环上的,H,被,Cl,取代已属于实验室常用的一类反应。,如苯的氯化？,特点,?,生成单氯化物同时，常生成一些多氯取代物，具有,连串反应,的特点。,反应通式,：活泼质点？,亲电取代反应，,X,+,催化剂作用？,使卤分子极化，生成,X,+,4.3.1,反应历程,常用,氯化剂？,Cl,2,，来源丰富，价格较低，但为了产品质量的需要，其他氯化剂也有一定应用，但相对少得多。,常用,催化剂？,金属氯化物,，如,FeCl,3,、,AlCl,3,、,SbCl,3,、,TiCl,4,、,ZnCl,2,、,MnCl,2,、,SnCl,4,、,Lewis,酸；,此外还有,I,2,和,H,2,SO,4,。,以,金属氯化物,为催化剂的反应历程,以,I,2,为催化剂的反应历程,以,H,2,SO,4,为催化剂的反应历程,水介质中用,Cl,2,进行氯化的反应历程,其它,以金属氯化物为催化剂的反应历程,无水状态下，以,Cl,2,为氯化剂，,金属氯化物,为催化剂的氯化反应，应用最广泛。,反应历程？,以,FeCl,3,为例，,FeCl,3,与,Cl,2,作用，使,Cl,2,极化，离解成,Cl,+,，对芳环亲电进攻，生成,络合物,，再,脱去质子,得到氯化物。,3-3,、,3-4,、,3-5,以,I,2,为催化剂的反应历程,无水状态或浓硫酸介质中，用,Cl,2,进行氯化时，有时用,I,2,作催化剂。,生成的,ICl,分解出,I,+,与,Cl,2,作用，促使,Cl,+,和,ICl,的生成，以此反复进行。,3-6,3-7,以,H,2,SO,4,为催化剂的反应历程,H,2,SO,4催化作用？,3-8,、,3-9,适用范围？,浓,H,2,SO,4,离解度很小，对,Cl,2,的溶解度也很小，还可能引起磺化副反应，并产生废硫酸，故很少使用。,水介质中用,Cl,2,进行氯化的反应历程,适用范围？,当有机物易被氯化时，可不用催化剂，反应可在水介质中进行。,反应历程？,3-10,、,3-11,加入,H,+,有利于,Cl,+,的生成，但,FeCl,3,和,I,2,不起催化作用。,其它,催化剂的作用？,影响卤化,反应速度,；,影响卤原子进入芳环的,位置,，当环上有邻、对位定位基时，影响邻、对位,产物比例,。,一般地：,卤化剂与催化剂形成配合物的体积越大，空间位阻越大，生成邻位异构体的比例越少。,实例,4.3.2,催化剂的选择,4.3.3,卤化动力学,芳环上的取代氯化属于连串反应。,Why,苯？,环上引入一个氯基后，仅使电子云密度稍下降，苯一氯化与氯苯进一步氯化的速度常数只相差,10,倍左右，即,k,2,/,k,1,=,K,=10,-1,；,因此,苯的取代氯化是典型的连串反应,，生成较多的二氯化物及多氯化物。,4.3.3.1,苯一氯化的连串反应动力学,下面推导苯氯化时的,氯化液组成,：,假设？,Cl,2,完全反应，生成,HCl,完全逸出，氯化液中,FeCl,3,和,三氯苯,浓度忽略不计。,氯化液中只有,苯、氯苯和二氯苯,，含量分别用摩尔分数,x,A,、,x,B,、,x,C,表示。,x,A0,表示原料苯的含量，纯苯,x,A0,=1,。,x,A,+,x,B,+,x,C,=,x,A0,=1 ,氯化深度或苯氯比？,每,1mol,苯消耗的,Cl,2,的物质的量，即,Cl,2,/C,6,H,6,（,摩尔比）用,X,表示。,X,=,x,B,+2,x,C,苯的消耗速率？,氯苯的生成速率？,苯,间歇氯化,或在,平推流反应器,中,连续氯化,时：,将对,x,A,求导：,将代入,可求出,x,B,的极大值：,如何确定,x,B,的极大值,？,如何确定,K,值？,恒定温度下，取瞬时反应液分析苯、氯苯含量（,x,A,、,x,B,），代入,式,，求出该温度的,K,值（如,30,，,K,=0.123,）。,已知,K,，利用,、,、,式求出不同 苯转化率下氯苯、二氯苯的量,x,B,、,x,C,和,Cl,2,消耗量,X,，得出不同,X,时氯化液组成（图,3-1,）。,由上述公式可算出，氯苯含量最高时的氯化液组成（,30,）：,x,A,=0.092,x,B,=0.745,x,C,=0.163,X,=1.071,与实测数据近似。,苯在,多槽串联反应器,中连续一氯化时氯化液组成的计算：,(,3-27,),、,(,3-28,),结论,反应初期，随,苯转化率,增加，氯苯浓度逐渐增加，在苯转化率,20%,时，氯苯开始与,Cl,2,作用生成,二氯苯,，且,生成速度随苯中氯苯浓度的增加明显加快,；,也就是说，苯氯化时，随一氯苯的不断生成，二氯化反应速度不断增加，以至,生成较多二氯化物和多氯化物,。,当苯中氯苯含量为,74.5%(wt),时，,v,1,和,v,2,相等；,若氯苯为目的产物，可控制氯化反应深度停留在较浅阶段，二氯苯生成量很少，氯苯,选择性,较好；,氯化深度为,1.07,时，氯苯生成量达到,最大值,。,4.3.3.2,为什么易发生二卤化,芳烃卤化属于亲电取代反应，,Cl,取代,H,后，与硝化和磺化一样，使芳环,钝化,，但,Cl,同时有向芳环,供电子,的能力，因此,钝化程度远远小于硝基和磺酸基,。,也就是说，在芳环的卤化反应中，一卤化后，芳环的电子云密度,稍稍下降，一卤化物对亲电取代反应仍具有相当的活泼性,，使二卤化反应比较容易进行。,苯在硝化、磺化、氯化中,k,1,:,k,2,的比较,反应类型,硝 化,磺 化,氯 化,k,1,/,k,2,10,5,10,7,10,3,10,4,10,1,从表可知，,苯的一氯化与氯苯的进一步氯化反应的速度常数相差只有,10,倍左右,。,影响因素,卤,化,深,度,混,合,作,用,反,应,温,度,原,料,纯,度,操,作,方,式,4.3.4,影响因素,被,卤,化,物,性,质,反,应,介,质,4.3.4.1,被卤化物的性质,对卤化条件和产物组成有直接影响。,环上有,强供电子基,，反应,易进行,。,胺类、酚类、多烷基苯的氯化，不需加催化剂，可在水介质中在室温下完成。,活泼芳胺,：易发生多氯化，在氨基所有邻、对位被全部取代以前，反应很难停止。,制一氯衍生物？,先将伯胺转化成酰胺再,氯化,酚类,：,则有可能在引入一个氯原子后使反应停止。,环上有,吸电子基,，反应较难进行，常需加入催化剂。,活性较低芳烃,，如甲苯、苯、氯苯的卤化，一般加入,金属卤化物,作催化剂；,不活泼芳烃,，如蒽醌的直接卤化，要求强烈的卤化条件和催化剂，一般采用,浓,H,2,SO,4,、,I,2,或,ICl,作催化剂。,卤化反应的,定位作用,与硝化相似。,苯一取代衍生物与,Cl,2,和,Br,2,反应时的异构体分配比例：,苯的氯化与硝化、磺化的,k,1,:,k,2,比较，相差几个数量级，苯的,k,1,在常温下仅比,k,2,大,8.5,倍左右。,4.3.4.2,卤化深度的影响,反应类型,硝 化,磺 化,氯 化,k,1,:,k,2,10,5,10,7,10,3,10,4,10,1,氯苯含量最高时的氯化液组成？,x,A,=0.092,，,x,B,=0.745,，,x,C,=0.163,X,=1.071,x,B,/,x,C,只有,4.5:1,，副产二氯苯太多。,根据图,3-1,分析,因此，要想在一氯化阶段少生成多氯化物，必须严格控制氯,化深度,。,如何控制氯化深度？,二氯苯、一氯苯和苯的,相对密度,依次递减，反应液,相对密度,较小，说明苯的含量？,氯化深度,？,因此，常通过控制反应器出口氯化液,相对密度,，控制,氯化深度,。,氯化液,相对密度,越高，其中二氯化物含量？说明,氯化深度,越高。,氯化液密度与产物组成的关系,氯化液密度,氯化液,/%(,质量分数,),苯 氯苯 二氯苯,氯苯,/,二氯苯,(,质量比,),0.9417,69.36 30.51 0.13,235,0.9529,63.16 36.49 0.35,104,一氯苯生产工艺的变革？,单锅间歇生产工艺,多锅连续生产工艺,塔式沸腾连续生产工艺,反混？,4.3.4.3,操作方式及混合作用的影响,反混作用,（,返混,）,?,氯化反应中，如果搅拌效果不好或反应器型式选择不当、传质不匀，使生成产物未能及时离开，返回到反应区域促进连串反应进行的现象。,开始是,单锅间歇式,生产，为提高生产效率,多锅连续氯化,(,反混严重,),塔式沸腾连续氯化,。,a.,单锅间歇生产工艺,b.,多锅连续生产工艺,c.,塔式沸腾连续生产工艺,三种操作方式的氯化液组成？,操作方式与氯化液组成关系,氯化方式,未反应苯,(,质量,%),一氯苯,(,质量,%),二氯苯,(,质量,%),单锅间歇,63.2,35.235.4,1.41.6,3.974.5,多锅连续,63.2,34.4,2.4,6.98,塔式连续,6366,32.935.6,1.11.4,3.343.93,原料和产物,在,反应温度,下都是,液态,（如苯、甲苯、硝基苯），可直接进行氯化，多数氯化反应要在,溶剂,存在下完成。,氯化时选择适当的介质十分重要。,常用介质？,水、无机溶剂和有机溶剂。,如何选择？,4.3.4.4,反应介质的选择,当被氯化物和氯化产物都是固体，且氯化较易进行时，可用,水,作介质。,如,：对硝基苯胺的氯化,反应温度下反应物是固体，且较难卤化，常选用,浓硫酸、发烟硫酸、氯磺酸等无机溶剂,作介质，有时还要用,I,2,作催化剂。,如,：,蒽醌的四氯化,要求在较缓和条件下进行，或定位需要，可选用适当的,有机溶剂,。,选取原则？,更难氯化,的物质。,如,：,萘的氯化可采用氯苯作溶剂,水杨酸的氯化可采用乙酸或氯苯作溶剂,选用不同介质对产物异构体的生成比例有影响。,苯的纯度对氯化过程有重大意义，最有害的是苯中,硫化物,噻吩,，其次是,水,。,噻吩,易与催化剂作用不溶于苯的,黑色沉淀,，包住铁催化剂表面，使之失效，阻碍氯化的进行。,4.3.4.5,原料纯度的影响,该氯化物在氯化液精馏过程中,分解,出,HCl,，,腐蚀,精馏塔。,如何除去？,噻吩用,浓硫酸,洗,水溶物,除去。,水,与,HCl,形成,盐酸,，,FeCl,3,在盐酸中的溶解度比在苯中大得多，大大,降低了有机物中,FeCl,3,的浓度，使反应速度减慢,。,苯中,FeCl,3,的最低浓度是,0.01%,，当含水量,0.2%,，苯中所含,FeCl,3,被提取入盐酸层，氯化反应不能进行。,盐酸,还能使设备剧烈,腐蚀和铁环催化剂的消耗,。,要求：,原料苯和,Cl,2,中含水量均应,0.04%,。,如何除去？,苯中水分：,恒沸蒸馏或干燥剂（,CaCl,2,、,固碱、粗盐）；,Cl,2,中水分：,常用,浓硫酸,除去。,此外，为避免引起火灾或爆炸事故，要求,Cl,2,中,含氢量,26%,。,二氯化速度随,T,的增加，比一氯化快。,苯氯化反应温度与,k,1,/,k,2,的关系,早期,氯苯生产，为防止二氯苯生成，尽可能控制反应在,3540,下进行。,但,？,4.3.4.6,反应温度的影响,T/,18,25,30,k,2,/,k,1,0.107,0.118,0.123,研究发现：随,T,的升高k,2,/,k,1,增加并不十分显著，,温度影响比反混作用的影响要小得多,。,因此，近代一氯苯的生产，采用在,沸腾温度（,7580,）,下，用塔式反应器或列管式氯化器反应，利用过量苯的汽化移除反应热，不需要冷却系统，生产能力大幅度提高。,苯系环上取代氯化,苯的氯化,：,氯苯,甲苯的氯化：,邻氯甲苯和对氯甲苯,苯酚的氯化,：,邻氯苯酚、对氯苯酚、,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,萘系环上取代氯化,蒽醌系环上取代氯化,4.3.5,实例,苯的氯化,氯 苯 的 生 产,用途,：,制取农药、医药、染料、助剂等有机产品的重要中间体，也可作溶剂用途广泛，需要量很大，全世界年生产总量达数十万吨。,生产路线,：,塔式沸腾连续氯化法,氧化氯化法,沸腾氯化法,：,在苯的沸腾温度下氯化，利用过量苯汽化移除反应热，氯化器不需冷却系统，生产能力不受传热强度限制大为提高,现代合成氯苯工业方法的主要特征。,沸腾氯化器,（图,3-3,）,苯沸腾氯化流程,为得到一氯苯，生产中控制两项指标。,控制指标：,配料比,(,摩尔比,),：,C,6,H,6,/Cl,2,=1/0.25,氯化比,：,C,6,H,5,Cl/C,6,H,4,Cl,2,=2535/1,出口氯化液密度,：,0.9350.950,氯化产物组成,：,氯苯,2530%,，苯,6674%,，多氯苯,1%,苯酚的氯化,制取,邻氯苯酚、对氯苯酚、,2,4,-,二氯苯酚、,2,6,-,二氯苯酚、五氯苯酚,，都是医药、农药的重要中间体。,2,6,-,二氯苯酚,是重要的医药中间体，纯度要求高，不宜采用苯酚的直接氯化法，如何合成？,2,4,-,二氯苯酚,是制备除草剂,(,农药,),和植物生长刺激剂,2,4-D,的中间体。,五氯苯酚及其钠盐被广泛用作抗菌剂。,萘系环上取代氯化,比苯,易,氯化，甚至可用苯作溶剂。,产物比苯,复杂,，既有平行反应，又有连串反应。,一氯化：主要生成,1-,氯萘,，副产,2-,氯萘和多氯萘,(,910%,),。,二氯化：最多可得到,10,种异构体。,八氯萘,：具有高介电常数，可用作电子工业中的绝缘材料，也可用于纺织物的表面涂层，使具有防火性能。,蒽醌系环上的取代氯化,蒽醌直接氯化可得到氯化蒽醌，是一,平行,-,连串反应,，异构体十分复杂，利用高效液相色谱可分离出,26,种氯化产物。,1,4,5,8,-,四氯蒽醌？,合成还原染料咔叽,2G,的主要中间体？,如何制备？,历史上以蒽醌为原料，以汞为定位剂，经,磺化和置换氯化,制取：,缺点？,生产工序多，收率低，含汞废水难以治理。为了防止汞对环境的污染，研究了,蒽醌直接氯化,，并应用于工业生产，取代了老工艺。,4.4,芳环侧链,氢的取代卤化,反应历程,反应动力学,影响因素,实例,氯甲基化反应,甲苯在,光照,，且,没有,环上取代催化剂时，与,Cl,2,反应只发生在侧链上，随氯化深度增加，可得到各种侧链氯化产物。,甲苯侧链氯化产物是合成染料、药物、香料的重要中间体。,如,：,苯氯甲烷：,引入苄基的烷化剂，制苯甲醇,(,极有用的定香剂，配制香皂、香水、香精、日用化妆香料，是茉莉、月下香等香型调制不可缺少的香料；又可供药用和合成化学工业用，,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（除莠剂的中间体）。,4.4.1,反应历程,芳烃侧链取代卤化是典型的,自由基链反应,，包括,链引发、链增长、链终止,三个阶段。,链引发,链增长,链终止,链引发,？,在光照、高温或引发剂作用下，发生光离解、热裂解或电子转移，,Cl,2,均裂为自由基的过程。,热解离能,？,238.6kJ/mol,，要求,T,100,；,光离解能,？,250.0kJ/mol,，要求光的波长,478.5nm,。,常用引发剂？,过氧化苯甲酰、偶氮二异丁腈，引发机理,3-71,，,3-72,链增长,？,3-64,，,3-65,，,3-66,，,3-67,链终止,？,4.4.2,反应动力学,动力学研究表明,：,在,cat.,存在下，环上,取代氯化,比,环上加成和侧链氯化,快得多，只能得到环上取代产物。,Why,在光照、加热或引发剂存在下，,侧链氯化,又比,环上加成,氯化快得多。,因此，只要条件选择适当可使芳烃氯化反应按照所要求的方向进行。,甲苯的侧链氯化是连串反应，,其,氢可依次被氯取代。,3-70,k,1,/,k,2,？,混合物组成变化？,图,3-4,，与苯氯化类似。,影响因素,温,度,引,发,剂,杂,质,4.4.3,影响因素,伴随,侧链卤化,的进行，,环上取代,和,加成,是同时进行的副反应体系，低温时尤为显著，,侧链卤化,一般在,高温,下进行。,光,源,氯,化,深,度,4.4.3.1,光源,Harling,和,Knol,研究甲苯侧链氯化动力学，将反应简化为假一级反应,(,反应速度仅与甲苯及侧链氯化物浓度有关,),，,求出了采用不同光源和温度时的,k,1,、,k,2,、,k,3,。,不同光源和,T,条件下甲苯,侧链氯化,的速度常数,光源,k,1,k,2,k,3,40,100,40,100,40,100,黑暗,0.21,0.035,0.006,黄光,0.9,0.73,0.11,0.12,0.013,0.002,蓝光,10.7,5.2,1.3,0.85,0.15,0.15,紫外光,6.0,3.2,0.71,0.53,0.083,0.093,黑暗,中，,40,反应不能进行。,？,光照,下，反应能发生，且,40,时的氯化速度明显,100,？,蓝光与紫外光,的波长短，能量高，有利于氯分子均裂，因而反应速度加快。,比较,100,时,蓝光、紫外光、黄光,的反应速度常数,蓝光,比,紫外光,具有较高氯化速度,？,4.4.3.2,温度,Cl,2,、引发剂,热离解,成自由基，需较高,T,，,T,还会影响反应途径。,降低,反应,T,，侧链氯化速度,增加,。,侧链氯化,时，伴随,环上加成,氯化。,0,时甲苯氯化，近一半生成,加成产物,。,T,升高，,侧链氯化,速度,环上加成,，,侧链氯化,均要求在,高温,下进行。,甲苯,侧链氯化,收率,?,130,40,Cl,2,的热离解能,238.6kJ/mol,，也要求,T,须在,100,以上。,T,太,高,，易引起,副反应,。在光照和复合引发剂作用下，可适当降低氯化,T,。,如,对氯甲苯侧链二氯化对氯二氯苄,传统方法,：,PCl,3,为引发剂，,120170,氯化；,新方法,：,CCl,4,为溶剂，用复合催化剂和光照，,6080,氯化。,4.4.3.3,引发剂,常用引发剂？,优点 缺点,其他引发剂？,优点 缺点,复合引发剂,4.4.3.4,氯化深度,侧链氯化,是连串反应，直接氯化，不可能制得单一氯化产物，产品组成随,氯化深度,变化而变化。,氯化深度,越高，多氯化物组成越高。通常以控制氯化液密度来控制,氯化深度,。,苯氯甲烷,氯化液密度,1.06,苯二氯甲烷,1.281.29,苯三氯甲烷,1.381.39,4.4.3.5,杂质及催化剂,催化剂,在,cat,.,或能使,Cl,2,极化的物质,(,微量,Fe,、,Al,、金属卤化物,),存在下催化反应,速度,自由基反应速度,，有利于环上亲电取代及加成卤化，,抑制,了侧链卤化的进行。,措施,：,过滤器 反应设备,加,PCl,3,掩蔽铁离子,O,2,、固体杂质、粗糙反应器内壁,也会抑制反应的进行。,水,因此，在自由基氯化反应中，要用干燥的、不含,O,2,的,Cl,2,。,措施,：,将液氯蒸发气化或加,PCl,3,，与原料带入的少量,水分,和,O,2,结合。,4.4.4,实例,甲苯及衍生物经侧链卤化可制得一系列医药、农药中间体。,侧链卤化是在,光或过氧化物,引发下，采用,沸腾氯化法,进行的，生产流程与氯苯相近。反应中应避免,金属,存在，防止环上取代卤化发生。,因氯化产物易水解，分馏前进行,洗涤或碱液中和,不适宜，氯化完毕可先通入少量空气,吹走,HCl,再精馏。,侧链卤化产物常是不同卤化程度的混合物，需用,精馏塔分离,，精馏设备应是搪瓷、搪玻璃或铜制的。,why,设备中存在,Fe,会引起产品,缩合、热解，,生成,粘性树脂状物,。,侧链卤化物有,刺激性,和,催泪性,，生产和使用中须注意安全防护。,工业实例,一氯甲苯,二氯甲苯,三氯甲苯,4.4.5,氯甲基化反应,除了侧链氯化，也可采用,氯甲基化,方法制得苯氯甲烷,(,-,卤代烷基芳烃,),。,氯甲基化反应？,在,无水,ZnCl,2,存在下，向芳香化合物和,甲醛,(,或三聚甲醛,),的混合物中通入,HCl,气体，向芳环上引入氯甲基，生成,-,卤代烷基芳烃,的反应。,氯甲基化,是广有用途的增加一个,C,原子的合成法，可用来制备某些结构比较复杂的化合物。,氯甲基化反应,是,亲电,取代反应；,有给电子取代基时，有利于反应；有吸电子基，不利于反应。,如硝基苯很难,氯甲基化,。,4.5,羰基,氢的取代卤化,反应历程,影响因素,催化剂,被卤化物结构,实例,脂链或脂环上羰基,-,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,Cl,2,和,Br,2,，也可用,SO,2,Cl,2,或,N-,卤代酰胺。,反应历程,3-46,、,3-47,、,3-48,4.5.1,反应历程,4.5.2.1,催化剂,既可使用,酸催化剂,也可使用,碱催化剂,，反应历程不同，但卤素总是取代,羰基,位的氢,。,酸催化剂？,质子酸、,Lewis,酸,诱导期,用量,4.5.2,影响因素,碱催化剂？,无机碱、有机碱,用量,4.5.2.2,被卤化物结构,供电基,吸电基,环己酮氯化,2,4-,二氯苯酚,3-34,三氯乙醛的制备,一氯乙酸的制备,4.5.3,实例,4.6,饱和烃的取代卤化,4.6.1,烷烃氯化的基本原理,饱和烃的取代卤化也是,自由基链反应,，与芳环侧链卤化的反应历程相似。,烷烃分子中不同,C,-,H,键反应活性,：,叔,C,-,H,仲,C,-,H,伯,C,-,H,支链烷烃反应速度比直链快,，但随,T,升高，差异减小。,烷烃卤化为一,连串反应,，卤化产物为各种单卤代烷、多卤代烷的混合物，为提高单卤代烷的选择性，必须控制卤化深度。,产物卤代烷在高,T,、长时间下，易脱,HCl,烯烃，烯烃比正构烷烃更易卤化，也会导致多卤代化合物的生成。,4.6.2,实例,甲烷氯化各种氯甲烷,一氯甲烷多氯甲烷,石蜡氯化氯化石蜡,4.7,烯键,氢的取代卤化,烯烃在高温下与氯发生,自由基,反应，氯主要取代烯键的,-,氢,。,实例,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,氟化反应的目的,提高,化学稳定性,（如耐水解、氧化）和,热稳定性,；,强,诱导效应,，使分子中其他官能团活性明显,增大,。,4.8.1,氟化,思考：,比较氟代烃类与氯代烃类的沸点,比较氟代烃类与常见化合物（水、溴甲烷、苯、辛烷）的表面张力,氟衍生物的优异的物理和化学性质，得到了,广泛的应用,：合成润滑油、火箭燃料、新型药物、新型表面活性剂、各项牢度优异的染料新品种等。,如,邻氟苯甲酸、蒽醌的氟衍生物、三氟一氯嘧啶等已被应用在染料合成中。,4.8.1.2,氟化方法,制取有机氟化物是一个困难的领域。,Why,形成,C,-,F,键的有效途径？,直接氟化,卤素的亲核置换,(,卤素交换反应,),电解氟化,间接氟化,直接氟化,特点：,F,2,与有机物猛烈作用，热效应很大，无论取代还是加成，都会发生,C,-,C,键断裂聚合,，通常,不能生成取代衍生物,。,F,2,异裂,所需能量极高,(,1404.3kJ/mol,),，,均裂,能量很小,(,153.2kJ/mol,),，以,自由基,形式反应，发生迅速的,链锁,反应，放出大量热量，有,爆炸,危险。,措施：,用惰性气体稀释，或在惰性溶剂中反应，可缓和直接氟化，但所得产物组成仍很复杂，限制了实际应用。,如：,氮和氦,稀释,的,F,2,与,苯,的,6%,乙腈溶液在,-,35,反应，得到,氟苯,和间、邻、对位,二氟苯,混合物，组成为,60145,。,因此大多数芳香族氟衍生物通过间接方法制得。,卤素的亲核置换,(,卤素交换反应,),定义,卤素交换反应,?,（,Finkelstein,）,有机卤化物与无机卤化物间进行卤素交换的反应。,常用方法？,用,HF,、,KF,、,NaF,、,AgF,2,、,SbF,5,等,无机氟化剂,置换,有机氯化物,制备相应氟化物。,反应属,S,N2,反应。,影响因素,氟化剂,常用氟化剂？,无水,HF,、,KF,、,NaF,、,AgF,2,、,SbF,5,。,HF,、,NaF,便宜易得，但活性比,KF,、,AgF,2,低，广为使用。,用,HF,反应既可在液相也可在气相进行；用,KF,、,NaF,反应在液相进行。,底物结构,脂链和芳环侧链,Cl,较活泼，置换反应较易进行。,芳环上,Cl,不够,活泼，当邻、对位有强,吸电基,(,？,),时较活泼，仍需强反应条件。,溶剂,高沸点无水强极性有机溶剂，对,KF,、,NaF,有一定溶解度。,常用溶剂？,实例,a.,KF,、,PdF,在溶剂,DMF,、,DMSO,中的亲核置换氟化,b.,致冷剂,氟里昂,系列产物,氟里昂,-,22,是制取塑料王聚四氟乙烯单体的重要原料。,1,1,1,2,-,四氟乙烷,是对大气臭氧层无破坏的致冷剂，如何合成？,c.,-,三氟甲苯,(,苯三氟甲烷,),及衍生物,以,HF,或,SbF,3,为氟化剂，,SbCl,5,为催化剂，,-,CCl,3,-,CF,3,得,-,三氟衍生物,。,间氯,-,三氟甲苯是合成冰染染料的重要中间体。,类似方法可制得：,再经硝化、还原，可制得偶氮染料的重要中间体。,d.,二苯二氟甲烷,当与卤原子相连的,C,原子上有两个芳环时，该卤原子非常活泼。,e.,2,4,6-,三氟,-5-,氯嘧啶,氟氯嘧啶是生产染色性能优异的含有二氟一氯嘧啶基活性染料的重要中间体。,3-121,、,3-122,间接氟化,（伯氨基置换，,Schiemann,反应）,Schiemann,反应,？,通过加热芳伯胺重氮化制成的重氮硼氟酸盐，向芳环上引入,F,原子，制得相应的芳香氟化物的方法。,反应通式,反应属于重氮基的转化，为,S,N1,历程。,注意,重氮硼氟酸盐分解须在无水、无醇条件下（先干燥再加热）,Why,实例,氟苯,对氟苯甲醚,2,3,4-,三氟硝基苯主要用途,?,合成一系列,含溴阻燃剂,，如溴代芳烃在纤维和塑料制品中广泛用作阻燃剂。,此外，广泛用于合成,药物、农药、染料、高分子化合物,。,如在美国和欧洲，,溴甲烷,大量用作熏蒸剂，,溴丁橡胶,具有良好的应用性能，,含溴染料,色泽鲜艳。,4.8.2,溴化,溴原子的活性较高，常利用溴化物来,制取其他衍生物,。,溴化剂,催化剂,溶剂,氧化剂,溴化与氯化的区别,实例,溴化剂,环上溴化与氯化的,历程,、,催化剂、,溴化,方法,十分相似。,常用,溴、溴化物、溴酸盐和次溴酸的碱金属盐作溴化剂,。也可将,溴加入碱液中通,Cl,2,进行溴化。,不同溴化剂活性次序：,Br,+,BrCl,Br,2,BrOH,催化剂,环上溴化可用,金属溴化物,作催化剂，如,MgBr,2,、,ZnBr,2,，也可用,I,2,。,催化剂对,异构体比例,影响很大。,如,苯甲醚用,Br,2,在,05,溴化，得,75%,对位体，加,醋酸铊,作催化剂，对位含量提高到,90%,。,溶剂,溴化时常需加入溶剂？,改善反应状况。,水、稀碱、冰醋酸、浓硫酸、甲醇、氯仿、,CS,2,等。,溶剂选择？,与原料性质和在溶剂中的活性有关。,如,甲苯与,Br,2,在,CS,2,中生成苄基溴的速度远远大于在,硝基苯,中的速度。,氧化剂,溴化反应中常需加入氧化剂,。,原因,?,溴的,资源？价格？,为了,充分利用,溴素，在取代溴化时常常向反应液中加入氧化剂（一般比溴,便宜,），将溴化时副产的,HBr,氧化成,Br,2,，使其得到充分利用。,常用氧化剂？,Cl,2,、,H,2,O,2,、,NaClO,、,NaClO,3,。,另一种方法,：,从逸出,HBr,中回收溴（捕集释出的,HBr,），氧化成,Br,2,继续使用。,生产吨位较大时，采用该法更合理。,溴化与氯化的区别,Br,原子比,Cl,大，产物空间效应更明显；,Br,活泼性比,Cl,低，反应较,缓和,，但,选择性较好,；,C,-,Br,键,键能较小，形成,C,-,Br,键,的溴化反应同时，往往发生,C,-,Br,键,断裂的可逆反应。,尤其是可能生成几种溴化异构体时，产物组成有时取决于,热力学控制,。,如,：萘在室温无催化剂溴化，得,-,溴萘；,150160,，少量,Fe,存在下，得,-,溴萘。,实例,a.1-,氨基蒽醌溴氨酸,(4-,溴,-1-,氨基蒽醌,-2-,磺酸,),制备深色蒽醌系活性和酸性染料的重要中间体和制药工业，经磺化和溴化两步反应制得。,b.5,5,7,7,-,四溴靛蓝（,性能优良的还原染料）,靛蓝在浓,H,2,SO,4,中溴化制得。,染料分子中引入溴可加深颜色和提高牢度。,H,2,SO,4,作用？,c.,阻燃剂,目前溴系,阻燃剂,的使用量，不低于过去用量最大的氯系,阻燃剂,。,如溴代芳烃在纤维和塑料制品中，作为,阻燃剂,的应用得到了很大发展。,溴系,阻燃剂,主要有,？,高熔点固体：,四溴双酚,A,、十溴二苯醚、四溴苯酐及酯类、聚二溴苯醚,等，溴化反应条件各不相同，且各有特点。,碘价格昂贵，资源更少，实际应用受到很大限制。,C,-I,键的键能？,在,C,-,X,键,中最小，,I,2,比,Cl,2,、,Br,2,的亲电性弱，生成的,HI,具有还原性，碘化反应具有,可逆性,，产物更接近于,热力学控制。,4.8.3,碘化,为制备芳香取代碘化物，须避免可逆反应的发生，如何避免？,不断,移除生成的,HI,，使用,亲电性较强,的碘化剂，如,ICl,。,如何移除,HI,？,氧化剂,，使,HI,氧化成,I,2,重复参加反应。,常用氧化剂？,HNO,3,、,HIO,3,SO,3,、,H,2,O,2,等。,实例,a.,苯碘苯,b.,苯甲醚对碘苯甲醚,c.,其它,在芳环上引入碘，常常不用直接碘化法，而多用,重氮基的转化法,。,4.9,加成卤化,可从具有双键、三键或芳环的有机化合物卤代烷、卤代烯烃或卤代环烷烃。,加成,卤化,卤素对双键,的加成卤化,卤化氢对双键,的加成卤化,亲电加成卤化,自由基加成卤化,亲电加成卤化,反应历程,影响因素,催化剂,溶剂,温度,实例,自由基加成卤化,反应历程,实例,主要是用,Cl,2,、,Br,2,的加成卤化。一般为,亲电加成,，有时也采用,自由基加成,。,4.9.1,卤素对双键的加成卤化,亲电加成卤化,反应历程,影响因素,反应物结构,卤化氢,实例,自由基加成卤化,反应历程,实例,反应通式,：,3-91,弱,放热可逆,反应，,降低,T,对反应有利。,4.9.2,卤化氢对双键的加成卤化,4.10,置换卤化,卤原子置换羟基,卤原子置换重氮基,卤原子置换硝基,氯原子置换磺酸基,置换卤化反应,?,卤原子置换有机分子中已有取代基的反应，是有机卤化物的另一类合成路线。,反应特点,?,无异构产物，不发生多卤化，产品纯度高，但比直接取代卤化,步骤多,。,在,制药和染料,工业中应用较多。,可置换的基团？,主要有羟基、硝基、磺酸基、重氮基，氟还可以置换其他卤基。,制备卤化物的重要方法之一。,常用卤化剂？,HX,、,SOCl,2,、,PX,3