精细有机合成化学及工艺学第3章卤化.ppt

《精细有机合成化学及工艺学》第3章卤化1 1、了解卤化反应的定义以及重要性，卤化反应的目的，卤化剂、卤化反、了解卤化反应的定义以及重要性，卤化反应的目的，卤化剂、卤化反应的类型应的类型2 2、掌握芳环上的取代氯化、溴化、碘化及氟化反应并掌握其异同点掌握芳环上的取代氯化、溴化、碘化及氟化反应并掌握其异同点3. 3. 了解苯系环上取代氯化实例；萘系和蒽醌系环上取代氯化实例了解苯系环上取代氯化实例；萘系和蒽醌系环上取代氯化实例4 4、掌握芳烃侧链氯化反应理论及相关实例，了解氯甲基化反应掌握芳烃侧链氯化反应理论及相关实例，了解氯甲基化反应5 5、了解烷烃的取代反应了解烷烃的取代反应6 6、了解羰基、了解羰基α-α-氢的取代卤化氢的取代卤化7 7、了解烯键、了解烯键α-α-氢的取代卤化及卤素对双键的加成卤化等氢的取代卤化及卤素对双键的加成卤化等8 8、了解卤素置换已有取代基：卤素置换羟基、硝基、磺酸基，掌握卤素、了解卤素置换已有取代基：卤素置换羟基、硝基、磺酸基，掌握卤素置换重氮基及置换重氮基及SandmeyerSandmeyer反应教学重点：教学重点：☞☞芳环上的取代氯化芳环上的取代氯化☞☞芳烃的侧链氯化。

芳烃的侧链氯化☞☞氟化反应，卤素置换重氮基及氟化反应，卤素置换重氮基及SandmeyerSandmeyer反应教学难点：教学难点：☞☞催化剂存在下芳环取代氯化反应历程催化剂存在下芳环取代氯化反应历程☞☞氯甲基化反应、氯甲基化反应、SchiemannSchiemann反应、反应、SandmeyerSandmeyer反应 本章教学基本内容和要求本章教学基本内容和要求23.1 概述概述n卤化反应的定义卤化反应的定义n卤化反应的目的卤化反应的目的n卤化试剂卤化试剂n卤化反应的分类卤化反应的分类n卤化热力学卤化热力学3n氟化（氟化（fluoration））n氯化（氯化（chloration））n溴化（溴化（bromation, bromination））n碘化（碘化（iodation）） 向有机化合物分子中碳原子上引入卤原子的向有机化合物分子中碳原子上引入卤原子的反应叫做卤化反应反应叫做卤化反应一、卤化反应定义一、卤化反应定义R-H                    R-XX24n赋予最终产品某些性能赋予最终产品某些性能(1)(1)色光色光高氯代铜酞菁（酞菁绿）高氯代铜酞菁（酞菁绿）二、二、 卤化反应的目的卤化反应的目的5七氟菊酯七氟菊酯（（2 2）杀虫、杀菌性）杀虫、杀菌性（（3 3）阻燃性）阻燃性2,3,5,6-四氟四氟-4-甲基苄基甲基苄基 ( Z)-(1RS,3RS)-3-(2-氯氯-2,3,3-三三氟丙氟丙-1-烯基烯基)-2,2-二甲基环丙二甲基环丙烷羧酸酯烷羧酸酯 6n－X(－Cl) －NH2,－OH,－F,－OR,－OAr 亲核置换亲核置换δδ+ +  • 有机物分子中引入卤素，分子极性增加，可通过卤素有机物分子中引入卤素，分子极性增加，可通过卤素的转换制备含有其他取代基的衍生物，如卤素置换成的转换制备含有其他取代基的衍生物，如卤素置换成羟基、氨基、烷氧基等。

羟基、氨基、烷氧基等7n按照反应类型分类按照反应类型分类￿￿￿￿（（1）氯化剂：）氯化剂：Cl2、、HCl+氧化剂、氧化剂、HCl+空气、空气、HCl 分子态氯价格低廉、量大，氯化多分子态氯价格低廉、量大，氯化多￿￿￿￿（（2）溴化剂：）溴化剂：Br2、、HBr+氧化剂、氧化剂、N-溴代酰胺溴代酰胺￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿分子态溴价格贵，用于含溴精细化学品分子态溴价格贵，用于含溴精细化学品￿￿￿￿（（3）碘化剂：）碘化剂：I2、、Icl 分子态碘价格贵、量少，碘化物易分解分子态碘价格贵、量少，碘化物易分解￿￿￿￿（（4）氟化剂：）氟化剂：HF、、NaF、、KF 分子态氟价格贵，且副反应多，直接氟化不采用分子态氟价格贵，且副反应多，直接氟化不采用三三 卤化剂卤化剂8n卤素单质：卤素单质：Cl2、Br2、I2n卤化氢＋氧化剂：卤化氢＋氧化剂：水作溶剂    HCl+NaClO3(NaClO)； HCl+H2O2 HBr+NaBrO3(NaClO，H2O2);n卤化氢或盐：卤化氢或盐：HF、NaF、SbF5、HCl、HBr、NaBrn其它：其它：SO2Cl2、COCl2、ICl卤化剂的形态卤化剂的形态9置换卤化置换卤化：亲核反应－置换氟化：亲核反应－置换氟化四、四、 卤化反应类型卤化反应类型10五、五、 卤化热力学（自学）卤化热力学（自学）1 1、卤化反应热、卤化反应热 在等压过程中，反应热等于产物的生成焓之和减去反应在等压过程中，反应热等于产物的生成焓之和减去反应物的生成焓之和。

在缺少生成焓数据和燃烧焓数据时，可用物的生成焓之和在缺少生成焓数据和燃烧焓数据时，可用各键的生成能之和减去各键的断裂能之和（负值）来估算反各键的生成能之和减去各键的断裂能之和（负值）来估算反应的摩尔焓变应的摩尔焓变112 2、碳、碳- -卤键的稳定性和反应活性卤键的稳定性和反应活性（（1））C-F键非常稳定，不易发生氟被其他基团所置换的反键非常稳定，不易发生氟被其他基团所置换的反应；应；（（2））C-Cl键的键能稍弱，有机氯化物一般比较稳定，但在键的键能稍弱，有机氯化物一般比较稳定，但在一定条件下，可以发生一定条件下，可以发生-Cl被被-F、、-OH、、-OCH3、、-NH、、-CN等取代基所置换的反应；等取代基所置换的反应；（（3）用分子态碘的取代是吸热反应，会发生脱碘的反应用分子态碘的取代是吸热反应，会发生脱碘的反应用用ICl的取代碘化是放热反应，不会发生脱碘的反应的取代碘化是放热反应，不会发生脱碘的反应12 3.2 芳环上的取代卤化反应芳环上的取代卤化反应 （重点）（重点） 3.2.1 芳环上的取代氯化反应芳环上的取代氯化反应 本节主要内容：本节主要内容：n反应历程反应历程n反应动力学及氯化深度反应动力学及氯化深度n芳环取代氯化反应的影响因芳环取代氯化反应的影响因素素n芳环取代氯化反应实例芳环取代氯化反应实例 芳环上的取代氯化是在催化剂存在下，芳环上的氢原子被氯原子取代的过程。

1 1、路易斯酸：如金属卤化、路易斯酸：如金属卤化物三氯化铁、三氯化铝、物三氯化铁、三氯化铝、二氯化锰、二氯化锌、四二氯化锰、二氯化锌、四氯化锡、四氯化钛等；氯化锡、四氯化钛等；2 2、质子酸：浓硫酸或发烟、质子酸：浓硫酸或发烟硫酸；硫酸；3 3、碘、碘4 4、二氯硫酰（、二氯硫酰（SOSO2 2ClCl2 2））13慢慢快快一、反应历程和催化剂的选择一、反应历程和催化剂的选择1、反应历程、反应历程(1) 以以FeCl3为催化剂为催化剂 Cl2 ＋ FeCl3 [Cl+ •FeCl4-] Cl+＋FeCl4- Fe14(2) (2) 以硫酸或碘为催化剂以硫酸或碘为催化剂(3) (3) 以二氯硫酰为催化剂以二氯硫酰为催化剂(红棕色液体红棕色液体)备注：适应无水状态下或备注：适应无水状态下或在浓硫酸介质中用氯气的在浓硫酸介质中用氯气的氯化15(5)(5)盐酸加氧化剂为催化剂盐酸加氧化剂为催化剂     在水介质中进行氯化时，一般用盐酸加氧化剂来产生在水介质中进行氯化时，一般用盐酸加氧化剂来产生Cl2或或Cl+，并利用控制氧化剂的用量来控制，并利用控制氧化剂的用量来控制Cl2的生成量。

的生成量4) (4) 不用催化剂的情况：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前提：当有机物容易被氯化且反应可以在水介质中进行162、催化剂的选择、催化剂的选择说明：催化剂不仅会影响卤化反应速率，而且还会影响卤原说明：催化剂不仅会影响卤化反应速率，而且还会影响卤原子进入芳环的位置特别是当苯环上有邻、对位定位基时，子进入芳环的位置特别是当苯环上有邻、对位定位基时，影响邻、对位卤化产物的比例一般概念是：卤化剂与催化影响邻、对位卤化产物的比例一般概念是：卤化剂与催化剂形成的配合物的体积越大，空间位阻越大，生成对位异构剂形成的配合物的体积越大，空间位阻越大，生成对位异构体的比例就越大体的比例就越大172、催化剂的选择、催化剂的选择(1) (1) 苯的一氯化制氯苯催化剂苯的一氯化制氯苯催化剂       FeCl3 —— 实际操作时向反应器中加入的是废铁屑、实际操作时向反应器中加入的是废铁屑、铁旋丝或废铁管等铁旋丝或废铁管等2) (2) 苯的二氯化制对二氯苯催化剂苯的二氯化制对二氯苯催化剂①① Sb2S3，对，对/邻比为（～邻比为（～3.6):1；；②②Sb2S3-I2，对，对/邻比为邻比为7.5:1；；③③经氧氯混合气体处理过的硫化铁经氧氯混合气体处理过的硫化铁-硅铝胶硅铝胶,对对/邻比为邻比为8.0:1；；④④经二氯乙酸钠处理过的沸石，对位收率可达经二氯乙酸钠处理过的沸石，对位收率可达97.5%。

对二氯苯为第三代新对二氯苯为第三代新型杀虫、型杀虫、 防霉剂，防霉剂， 同时，对二氯苯又是同时，对二氯苯又是生产世界上第六大工生产世界上第六大工程塑料聚苯硫醚的主程塑料聚苯硫醚的主要原料18江苏扬农化工集团有限公司的丁克鸿开发一种新工艺：对硝基氯化苯光催化氯化制备对二氯苯的方法对硝基氯化苯光催化氯化制备对二氯苯的方法主反应：主反应：工艺条件：紫外光强度工艺条件：紫外光强度 150 W，波长，波长 365 nm，反应温度，反应温度 160 ℃，反应时间，反应时间 4 h，氯气流量，氯气流量 4 L/h 氯化液经精馏、氯化液经精馏、结晶后，得到质量分数为结晶后，得到质量分数为 99.9%以上的对二氯苯以上的对二氯苯19(3) (3) 甲苯的氯化制对氯甲苯催化剂甲苯的氯化制对氯甲苯催化剂主要用于生产主要用于生产邻氯苯甲醛或邻氯苯甲醛或邻氯苯甲酸邻氯苯甲酸用于生产对氯苯甲醛、对氯三氯甲基用于生产对氯苯甲醛、对氯三氯甲基苯或对氯苯甲酸等，工业需求量大苯或对氯苯甲酸等，工业需求量大催化催化剂对位位选择性（性（%））FeCl324%-37%AlCl3-KCl40%铁粉粉+WS248%(AlCl3·KC)与多与多氯化硫氧化硫氧杂醌等有等有机复合催化机复合催化剂50%-60%沸石催化沸石催化剂加助催化加助催化剂90%催催化化剂剂对对甲甲苯苯氯氯化化产产物物组组成成的的影影响响20(4) (4) 对氯甲苯的氯化制对氯甲苯的氯化制2,4-2,4-二氯甲苯催化剂二氯甲苯催化剂Cl2,60℃     对氯甲苯的转化率为对氯甲苯的转化率为59.7%，生成的二氯甲苯中，，生成的二氯甲苯中，2,4-二二氯甲苯的选择性为氯甲苯的选择性为75.6%，收率，收率45.1%。

21(5) (5) 苯酚的氯化催化剂苯酚的氯化催化剂酚类、胺类和多烷基等活泼物质的氯化，不需加入酚类、胺类和多烷基等活泼物质的氯化，不需加入催化剂这时进攻质点是氯分子这时进攻质点是氯分子收率收率70%22(5) (5) 苯酚的氯化催化剂苯酚的氯化催化剂收率收率85%-92%23二、反应动力学二、反应动力学苯环上的取代氯化为一连串反应，其反应式为：苯环上的取代氯化为一连串反应，其反应式为：室温下，k1=10k2，k3《k2，k1，所以反应初期，三氯苯的量很少，可以忽略不计xAxCxDxA + xC +xD前提前提:xA02425 3.2 芳环上的取代卤化反应芳环上的取代卤化反应 3.2.1 芳环上的取代芳环上的取代氯化反应氯化反应26假设氯气全部参加反应，没有损失，则可由一氯苯及二氯苯的生假设氯气全部参加反应，没有损失，则可由一氯苯及二氯苯的生成量再计算氯气消耗量，如转化率为成量再计算氯气消耗量，如转化率为50%50%时，氯气消耗量时，氯气消耗量转化率（化率（%））一一氯苯的生成量苯的生成量（（mol））二二氯苯的生成量苯的生成量（（mol））氯气消耗量气消耗量（（ mol））10.009900.009950.04990.00010.0501100.09950.00050.1005200.19770.00230.2023500.48110.01890.5189800.72730.07630.8763900.77150.12851.028599.9256*0.77430.14831.070999.990.69000.30001.290099.9990.55580.44321.442299.99990.44220.55771.5576 每摩尔纯苯所消耗的氯气的量（摩尔）叫每摩尔纯苯所消耗的氯气的量（摩尔）叫做氯化深度。

做氯化深度27三、影响因素三、影响因素1、控制氯化深度、控制氯化深度 可用参加氯化反应可用参加氯化反应的原料的百分数来的原料的百分数来表示方法：不同的氯化方法：不同的氯化液组成有不同的相液组成有不同的相对密度，可由测出对密度，可由测出口处氯化液的相对口处氯化液的相对密度来控制氯化深密度来控制氯化深度C6H6C6H5ClC6H4Cl228表表4-2 氯化液比重与产物组成的关系氯化液比重与产物组成的关系1040.3536.4963.160.95292350.1330.5169.360.9417二氯苯二氯苯氯苯氯苯苯苯氯苯氯苯二氯苯二氯苯氯化液组成（氯化液组成（%，质量），质量）氯化液相对密度氯化液相对密度（（15℃））(质量比质量比)292、选择催化剂、选择催化剂 3、选择氯化剂、选择氯化剂 的制备304、调整介质的、调整介质的pH值或改变合成路线值或改变合成路线 如：如：2-氯氯-4-硝基苯胺的制备硝基苯胺的制备 NaClO水溶液水溶液盐酸介质盐酸介质分散染料用分散染料用31氯化反应常常是在有机氯化反应常常是在有机物处于液相状态进行的，物处于液相状态进行的，若有机原料在反应温度若有机原料在反应温度下已是液体下已是液体(如苯、甲如苯、甲苯、硝基苯等苯、硝基苯等)，一般，一般不需使用溶剂；若有机不需使用溶剂；若有机原料为固体，则需根据原料为固体，则需根据物料的性质、反应的难物料的性质、反应的难易，选择易，选择合适的溶剂合适的溶剂合适的溶剂合适的溶剂。

(A)水水 例如对硝基苯胺的氯化例如对硝基苯胺的氯化 (B)无机溶剂无机溶剂 常用的无机溶剂是硫酸，例如蒽醌在浓常用的无机溶剂是硫酸，例如蒽醌在浓硫酸介质中可直接氯化制硫酸介质中可直接氯化制1,4,5,8-四氯四氯蒽醌C)有机溶剂有机溶剂 某些有机物的氯化是在某些有机物的氯化是在有机溶剂中进行的，所选用的有机溶剂有机溶剂中进行的，所选用的有机溶剂应是更难氯化的物质，例如萘的氯化可应是更难氯化的物质，例如萘的氯化可采用氯苯作溶剂，水杨酸的氯化可采用采用氯苯作溶剂，水杨酸的氯化可采用乙酸作溶剂溶剂的极性变化对芳香化乙酸作溶剂溶剂的极性变化对芳香化合物氯化速度有一定的影响，如苯胺在合物氯化速度有一定的影响，如苯胺在水水—醋酸系统中氯化时，随着水含量的醋酸系统中氯化时，随着水含量的增加，氯化速度增加增加，氯化速度增加5、选择溶剂、选择溶剂 32四、应用实例四、应用实例——苯系环上取代氯化苯系环上取代氯化 1、苯的一氯化制氯苯、苯的一氯化制氯苯苯氯化可制得氯苯和二氯苯等氯苯为合苯氯化可制得氯苯和二氯苯等氯苯为合成染料、农药、药物的重要中间体，又常成染料、农药、药物的重要中间体，又常作溶剂使用。

作溶剂使用原理原理反应设备反应设备工艺条件工艺条件方法：沸腾氯化法方法：沸腾氯化法方法：沸腾氯化法方法：沸腾氯化法水洗中和精馏氯化产品33图图￿ ￿氯苯生产工艺流程图氯苯生产工艺流程图1-流量计流量计,2-氯化塔氯化塔,3-液封器液封器,4,5-冷凝器冷凝器,6-酸苯分离器酸苯分离器,7-冷却器冷却器34（（2）氧化氯化法）氧化氯化法C6H6 ＋ HCl ＋ O2 C6H5Cl ＋ H2O12FeCl3-CuCl2C6H5Cl ＋ H2O C6H5OH ＋ HClSiO2或磷酸钙35 2、、 2，，6-二氯苯酚的制备二氯苯酚的制备硫酸催化硫酸催化N,N-二甲基苯胺二甲基苯胺190-200℃℃1、、2、、Cl2，，15℃1,2-二氯乙烷二氯乙烷363、、130℃ 3、、 2，，6-二氯苯胺的制备二氯苯胺的制备(P70)70%H2SO4,170℃372、萘系和蒽醌环上取代氯化、萘系和蒽醌环上取代氯化（（1）萘系环上取代氯化）萘系环上取代氯化一氯化时可生成一氯化时可生成1-氯萘和氯萘和2-氯萘两种异构体。

氯萘两种异构体二氯化时最多可得十种异构体二氯化时最多可得十种异构体萘深度氯化所获得的多氯萘混合物，由于萘深度氯化所获得的多氯萘混合物，由于具有高介电常数，可用作电子工业中的绝具有高介电常数，可用作电子工业中的绝缘材料，也可用作纺织物的表面涂层缘材料，也可用作纺织物的表面涂层38实例一实例一：：1-氯萘氯萘工艺概述：以锌作催化剂，萘氯比为：工艺概述：以锌作催化剂，萘氯比为：1：～（摩尔比），：～（摩尔比），催化剂用量为萘质量的催化剂用量为萘质量的0.4%～～0.5%，通氯时间，通氯时间3～～6h，反，反应温度应温度90～～95℃，，1-氯萘平均产率氯萘平均产率82%经二次分馏，产品含经二次分馏，产品含量量96%反应同时生成反应同时生成2-氯萘，约占氯萘，约占2%～～20%，两种异构，两种异构体沸点相近，化学性质相似，故难分离体沸点相近，化学性质相似，故难分离39（（2）蒽醌环上取代氯化）蒽醌环上取代氯化40一、溴化方法一、溴化方法1、溴化反应与氯化反应比较相似，环上溴化与环上氯化所用、溴化反应与氯化反应比较相似，环上溴化与环上氯化所用的催化剂也基本相似如苯的溴化反应可用的催化剂也基本相似。

如苯的溴化反应可用MgBr2、、ZnBr2等等金属溴化物做催化剂，也可用少量碘做催化剂金属溴化物做催化剂，也可用少量碘做催化剂2、由于溴的价格较贵，故要求能够充分利用一种方法是捕、由于溴的价格较贵，故要求能够充分利用一种方法是捕集释放出的溴化氢，将其再生成溴继续使用；另一种方法是直集释放出的溴化氢，将其再生成溴继续使用；另一种方法是直接向反应器中加入氧化剂，使生成的溴化氢即刻被氧化溴接向反应器中加入氧化剂，使生成的溴化氢即刻被氧化溴3.2.2 芳环上的取代溴化反应芳环上的取代溴化反应41二、实例二、实例1、十溴二苯醚的制备、十溴二苯醚的制备熔点高达熔点高达306-310℃大过量溴为溶剂大过量溴为溶剂AlCl3422、四溴双酚、四溴双酚A的制备的制备3、四溴苯酐的制备、四溴苯酐的制备反应条件：以甲醇、乙醇或氯苯为介质，常温用溴素进行反应条件：以甲醇、乙醇或氯苯为介质，常温用溴素进行溴化溴化后期加入双氧水将生成的溴化溴化后期加入双氧水将生成的HBr氧化为溴溴化氧化为溴溴化完毕，滤出产品即可完毕，滤出产品即可发烟硫酸，碘催化，溴素发烟硫酸，碘催化，溴素75℃→120-200℃43一、一、 碘化反应碘化反应在制备芳香取代碘化物时，必须避免可逆反应发生，因此在制备芳香取代碘化物时，必须避免可逆反应发生，因此可设法不断除去反应中生成的碘化氢，并使用亲电性较强可设法不断除去反应中生成的碘化氢，并使用亲电性较强的碘化剂。

去除碘化氢的方法为加入氧化剂，使碘化氢氧的碘化剂去除碘化氢的方法为加入氧化剂，使碘化氢氧化成元素碘而重复参加反应，常用的氧化剂有硝酸、碘酸、化成元素碘而重复参加反应，常用的氧化剂有硝酸、碘酸、过氧化氢、三氧化硫等．过氧化氢、三氧化硫等．3.2.3 芳环上的取代碘化反应芳环上的取代碘化反应44二、二、 应用应用1 1、、 2,6-2,6-二碘二碘-4--4-氰基苯酚氰基苯酚甲醇溶剂甲醇溶剂20～～25℃℃触杀性除草剂触杀性除草剂45如苯用碘和硝酸反应可得如苯用碘和硝酸反应可得86％收率的碘苯：％收率的碘苯：再比如：苯甲醚在醋酸介质中用再比如：苯甲醚在醋酸介质中用ICl反应，可得对碘苯甲醚反应，可得对碘苯甲醚46一、向有机物分子中引入氟有两个重要作用：一、向有机物分子中引入氟有两个重要作用：（（1）提高化合物的化学稳定性；）提高化合物的化学稳定性；（（2）由于强的诱导效应，可使分子中其他官能团的活泼性）由于强的诱导效应，可使分子中其他官能团的活泼性明显增大明显增大二、氟化物的制备方法二、氟化物的制备方法（（1）直接方法）直接方法（（2）卤素的亲核置换反应）卤素的亲核置换反应（（3）伯胺基的置换）伯胺基的置换3.2.4 氟化反应氟化反应47(1)(1)直接氟化直接氟化表表4-8 不同键的卤化反应的反应热（不同键的卤化反应的反应热（kJ·mol-1））反反应类型型反反应热（（kJ·mol-1））氟氟氯溴溴碘碘取代苯的一个取代苯的一个氢卤素分子素分子对脂肪族双脂肪族双键的加成的加成437.9419.9104.3146.935.691.3-25.561.9表表4-9 卤素均裂和异裂所需的能量卤素均裂和异裂所需的能量反反应类型型键能（能（kJ·mol-1））氟氟氯溴溴碘碘均裂均裂异裂异裂153.21404.3242.81134.7193.0999.4151.1848.3方法：采用惰性气体稀释氟，或使反应在方法：采用惰性气体稀释氟，或使反应在惰性溶剂中进行，就能缓和直接氟化。

惰性溶剂中进行，就能缓和直接氟化48反应特点：反应特点：1、需要细度较高的（表面积大、需要细度较高的（表面积大的）的）KF；；2、一般在较高的温度下反应；、一般在较高的温度下反应；3、极性非质子溶剂（如：、极性非质子溶剂（如：二甲二甲基甲酰胺、二甲基亚砜等）；基甲酰胺、二甲基亚砜等）；4、合适的相转移催化剂（如：、合适的相转移催化剂（如：PEG200-600 、季胺盐季胺盐 ）；；5、系统进行脱水处理系统进行脱水处理2)(2)卤素的亲核置换卤素的亲核置换( (卤素交换反应卤素交换反应) )有机卤化物有机卤化物( (氯代烃氯代烃) )与无机卤化物与无机卤化物(HF(HF、、KFKF、、NaFNaF、、SbFSbF5 5等）之间进等）之间进行卤素交换的反应称芬克尔斯坦行卤素交换的反应称芬克尔斯坦(Finkelstein)(Finkelstein)卤素交换反应卤素交换反应49生产实例：生产实例：3-氯氯-4-氟硝基苯氟硝基苯工艺概述：在一装有温度计、搅拌器及回流管的工艺概述：在一装有温度计、搅拌器及回流管的250ml三口烧三口烧瓶中，加入合成的瓶中，加入合成的3，，4-二氯硝基苯及二氯硝基苯及KF和二甲亚砜，在油浴和二甲亚砜，在油浴上回流反应，水蒸气蒸馏得淡黄色结晶。

上回流反应，水蒸气蒸馏得淡黄色结晶50采用采用SbF3或或HF为氟化剂，并以为氟化剂，并以SbCl5为催化剂，能使三氯甲基转为催化剂，能使三氯甲基转变成三氟甲基从而获得变成三氟甲基从而获得ω-三氟衍生物：三氟衍生物：或用类似方法还可制得：51由芳伯胺重氮化制成的重氮氟硼酸盐经加热可制得相应的芳香由芳伯胺重氮化制成的重氮氟硼酸盐经加热可制得相应的芳香氟化物，此反应属于重氮基的转化，称席曼氟化物，此反应属于重氮基的转化，称席曼(schiemann)(schiemann)反应：反应：(3)(3)伯胺基的置换（氟硼酸重氮盐热解）伯胺基的置换（氟硼酸重氮盐热解）（属（属SN1反应）反应）工艺要点：工艺要点：1、芳胺盐酸盐的制备；、芳胺盐酸盐的制备；2、芳胺盐酸盐的重氮化；、芳胺盐酸盐的重氮化；3、芳胺氟硼酸盐的制备；、芳胺氟硼酸盐的制备；4、芳胺氟硼酸盐的热解芳胺氟硼酸盐的热解52例如：53芳环上的卤化反应的基本特征芳环上的卤化反应的基本特征1、卤素不同，亲电活性不同，卤化反应活性也不同；反应活性依、卤素不同，亲电活性不同，卤化反应活性也不同；反应活性依F、、Cl、、Br、、I的顺序的顺序依次减弱。

依次减弱2、卤素不同，反应选择性不同，反应选择性依、卤素不同，反应选择性不同，反应选择性依F、、Cl、、Br、、I的顺序依次增强的顺序依次增强3、卤素不同，卤化产物的稳定性不同，反应活性越低，产物越不稳定产物稳定性依、卤素不同，卤化产物的稳定性不同，反应活性越低，产物越不稳定产物稳定性依F、、Cl、、Br、、I的顺序依次减弱的顺序依次减弱4、卤素不同，对产物的钝化程度不同，钝化程度依、卤素不同，对产物的钝化程度不同，钝化程度依F、、Cl、、Br、、I的顺序依次增强这的顺序依次增强这是因为较小原子的未共用电子对与苯环的共轭效应比较大的缘故是因为较小原子的未共用电子对与苯环的共轭效应比较大的缘故5、芳环上电子云密度不同，反应活性不同电子云密度越大，卤化反应越容易发生芳环上电子云密度不同，反应活性不同电子云密度越大，卤化反应越容易发生有些电子云密度较大的芳烃卤化可以在非催化下进行但一般情况下，芳香族化合物有些电子云密度较大的芳烃卤化可以在非催化下进行但一般情况下，芳香族化合物需在路易斯酸催化作用下与卤素进行亲电取代卤化反应需在路易斯酸催化作用下与卤素进行亲电取代卤化反应6、芳环上原有取代基对卤化反应的定位起重要作用。

带有第二类取代基的芳香族化合、芳环上原有取代基对卤化反应的定位起重要作用带有第二类取代基的芳香族化合物以间位为主，相对比较简单；带有第一类取代基的芳香族化合物以邻对位为主，一物以间位为主，相对比较简单；带有第一类取代基的芳香族化合物以邻对位为主，一般情况下，将两种异构体分离后分别使用，常用的分离方法般情况下，将两种异构体分离后分别使用，常用的分离方法（（1）精馏；（）精馏；（2）结晶；）结晶；（（3）盐析54例 如55例 如563.3  芳烃的侧链芳烃的侧链α-H的取代氯化的取代氯化57一、反应理论一、反应理论芳烃的侧链氯化为典型的芳烃的侧链氯化为典型的自由基反应自由基反应自由基反应自由基反应，，其历程包括了其历程包括了链引发、链增长、链终止链引发、链增长、链终止链引发、链增长、链终止链引发、链增长、链终止三个阶段三个阶段1、反应历程、反应历程(A)链引发链引发 在光照、高温或引发剂作用下，氯分子均裂为自在光照、高温或引发剂作用下，氯分子均裂为自由基的过程由基的过程常用的引发剂为过氧化苯甲酰或偶氮二异丁腈，其引发作用可常用的引发剂为过氧化苯甲酰或偶氮二异丁腈，其引发作用可用下式表示：用下式表示：生产上一般采用的光源为日光灯生产上一般采用的光源为日光灯(波长为波长为400一一700nm)。

58(B)链增长链增长或或其中一部分自由基或是由于器壁效应，使自由基将能量传递给其中一部分自由基或是由于器壁效应，使自由基将能量传递给器壁，相互碰撞而自相结合，或是与杂质结合，从而造成链反器壁，相互碰撞而自相结合，或是与杂质结合，从而造成链反应的终止例如：应的终止例如：(c)链终止链终止注意：当芳环上有极性基团（如羧基、羟基、氨基等）注意：当芳环上有极性基团（如羧基、羟基、氨基等）容易抑制自由基，并极化氯分子诱导芳环上的取代反应容易抑制自由基，并极化氯分子诱导芳环上的取代反应故一般地应将极性基团衍生化后再进行光氯化如将氨故一般地应将极性基团衍生化后再进行光氯化如将氨基衍生化成异氰酸酯，将羧基衍生化成酰氯等基衍生化成异氰酸酯，将羧基衍生化成酰氯等59 甲苯的光引发氯化由两个同时发生的反应体系组成：甲苯的光引发氯化由两个同时发生的反应体系组成：(A)作为主反应体系的侧链氯化，由三连串反应组成：作为主反应体系的侧链氯化，由三连串反应组成：2、反应动力学、反应动力学蓝光比紫光蓝光比紫光 具有更高的氯化深度可解释为：具有更高的氯化深度可解释为：蓝光比紫光向含氯溶液中渗进的深度要大蓝光比紫光向含氯溶液中渗进的深度要大。

60(B)伴随着侧链氯化反应的进行，环上取代及加成氯化是同时伴随着侧链氯化反应的进行，环上取代及加成氯化是同时进行的副反应体系，因此要注意反应途径的控制进行的副反应体系，因此要注意反应途径的控制①①侧链取代过程是要在完全没有能产生环上取代的催化剂的侧链取代过程是要在完全没有能产生环上取代的催化剂的条件下进行，因此，通入反应器的氯气需经过过滤器，以除条件下进行，因此，通入反应器的氯气需经过过滤器，以除去可能携带的铁锈，氯化过程是在玻璃制成的或衬玻璃、衬去可能携带的铁锈，氯化过程是在玻璃制成的或衬玻璃、衬搪瓷、衬铅的反应器中进行搪瓷、衬铅的反应器中进行②②水的存在有利于环上取代氯化过程，所以生产中常加入一水的存在有利于环上取代氯化过程，所以生产中常加入一些些PClPCl3 3，便与原料中带入的少量水分结合，以利于侧链取代氯，便与原料中带入的少量水分结合，以利于侧链取代氯化过程③③温度对反应途径也有很大的影响温度对反应途径也有很大的影响61推荐的芳烃的侧链氯化工艺：推荐的芳烃的侧链氯化工艺：液氯液氯汽化汽化吸附吸附氯化氯化脱卤素脱卤素蒸馏蒸馏精馏精馏/结晶结晶目标产品目标产品活性炭活性炭芳烃芳烃溶剂溶剂引发剂引发剂HCl去吸收去吸收N2N2+Cl2溶剂溶剂目标目标工艺要点工艺要点汽化汽化 用液氯一般水分用液氯一般水分较少较少除杂质除杂质 用活性炭可吸附用活性炭可吸附杂质杂质高收率高收率 ①①用非金属设备时先洗涤干净用非金属设备时先洗涤干净②②芳烃、溶剂、引发剂应先除杂质（金属）芳烃、溶剂、引发剂应先除杂质（金属）③③300-480nm强紫外光照射强紫外光照射④④引发剂必要时适时补加引发剂必要时适时补加⑤⑤选择非极性溶剂选择非极性溶剂⑥⑥良好的混合良好的混合提纯产品提纯产品 方法取决于产物的物性方法取决于产物的物性62采用无光照的热氯化法，采用沸腾氯化法进行的。

反应在塔式采用无光照的热氯化法，采用沸腾氯化法进行的反应在塔式氯化器中进行，生产流程与氯苯的生产相近，反应中应避免金氯化器中进行，生产流程与氯苯的生产相近，反应中应避免金属存在，以防止环上取代氢化反应发生氯化反应完毕后可通属存在，以防止环上取代氢化反应发生氯化反应完毕后可通入少量空气吹定入少量空气吹定HClHCl体，而后进行分馏操作分馏前进行洗涤或体，而后进行分馏操作分馏前进行洗涤或碱液中和是不适宜的，因为甲苯侧链氯化衍生物非常容易水解碱液中和是不适宜的，因为甲苯侧链氯化衍生物非常容易水解精馏设备应是搪瓷或搪玻璃，因设备中存在铁质会引起产品缩精馏设备应是搪瓷或搪玻璃，因设备中存在铁质会引起产品缩合而生成树脂状物合而生成树脂状物二、甲苯的侧链一氯化制苄氯二、甲苯的侧链一氯化制苄氯乙苯、异丙苯和更高级的烷基苯类，在高温下也可发生侧乙苯、异丙苯和更高级的烷基苯类，在高温下也可发生侧链氯化，取代反应优先发生在链氯化，取代反应优先发生在α碳原子上碳原子上63实例一：对氯甲苯实例一：对氯甲苯→对氯三氯甲苯对氯三氯甲苯光照光照工艺概述：将对氯甲苯投入光氯化反应器中，加热工艺概述：将对氯甲苯投入光氯化反应器中，加热至至120～～150℃，在日光照射下通氯反应。

每隔，在日光照射下通氯反应每隔10～～15min取微量反应液进行气相色谱分析当对氯三氯取微量反应液进行气相色谱分析当对氯三氯苯含量大于苯含量大于90%后停止反应产物减压蒸馏得对氯后停止反应产物减压蒸馏得对氯三氯苯收率三氯苯收率90%～～95%643.4 3.4 饱和烃（或烷烃）的取代卤化饱和烃（或烷烃）的取代卤化 烷烃用卤素直接取代卤化为自由基反应，卤素的反应活性次烷烃用卤素直接取代卤化为自由基反应，卤素的反应活性次序为：序为：F F2 2＞＞ClCl2 2＞＞BrBr2 2＞＞I I2 2由于氟的反应活性过于剧烈，而且难由于氟的反应活性过于剧烈，而且难以控制，所以往往会使有机物裂解成为碳和氟化氢碘的反应活以控制，所以往往会使有机物裂解成为碳和氟化氢碘的反应活性太差，与烷烃通常不会发生取代反应因此有实际意义的只是性太差，与烷烃通常不会发生取代反应因此有实际意义的只是氯和溴与烷烃的取代反应烷烃分子中不同氯和溴与烷烃的取代反应烷烃分子中不同C-HC-H键的反应活性次键的反应活性次序为：序为：叔叔C-H C-H ＞＞ 仲仲C-H C-H ＞＞ 伯伯C-HC-H65一、烷烃氯化的反应历程一、烷烃氯化的反应历程烷烃的氯化是自由基反应，包括链引发、链增长、链终止三步：链引发链增长链终止特征：特征：1 1、烷烃氯化为一连串反应；、烷烃氯化为一连串反应；2 2、烷烃氯化生成的一氯代烷在、烷烃氯化生成的一氯代烷在高温、长时间条件下，将发生脱高温、长时间条件下，将发生脱氯化氢的反应而生成烯烃。

氯化氢的反应而生成烯烃3 3、具有支链烷烃的氯化反应速、具有支链烷烃的氯化反应速度比直链烷烃为快，但随着反应度比直链烷烃为快，但随着反应温度的上升，这种差异又逐渐减温度的上升，这种差异又逐渐减小，并趋向一致小，并趋向一致66二、烷烃氯化工艺二、烷烃氯化工艺1-塔盖；塔盖；2-塔身；塔身；3-夹套；夹套；4、灯管套；、灯管套；5-氯气分布器；氯气分布器；6-塔底；塔底；7-氯气进口；氯气进口；8-轻蜡进口；轻蜡进口；9-氯代烷出口；氯代烷出口；10-冷却水进口；冷却水进口；11-冷却水出口；冷却水出口；图图4-7 光氯化反应器光氯化反应器67举例：氯化石蜡的制备举例：氯化石蜡的制备 氯化石蜡氯化石蜡氯化石蜡氯化石蜡是碳数为是碳数为C C1010～～C C3030不同碳数的烷烃氯化制得氯含量不同碳数的烷烃氯化制得氯含量为为13-74%13-74%一类氯化衍生物的通称氯化石蜡系列产品作为一类氯化衍生物的通称氯化石蜡系列产品作为PVCPVC辅辅助增塑剂、润滑油抗挤压抗磨添加剂和添加型阻燃剂广泛应用助增塑剂、润滑油抗挤压抗磨添加剂和添加型阻燃剂广泛应用于化工、炼油、采矿、纺织、交通运输、建筑和机械等行业中。

于化工、炼油、采矿、纺织、交通运输、建筑和机械等行业中　　氯化石蜡按其含氯量的多少可以分为氯化石蜡　　氯化石蜡按其含氯量的多少可以分为氯化石蜡-13-13、氯化石、氯化石蜡蜡-30-30、氯化石蜡、氯化石蜡-42-42、氯化石蜡、氯化石蜡-52-52、氯化石蜡、氯化石蜡-60-60、氯化石蜡、氯化石蜡- -7070等多种产品等多种产品工业生产上常用烷烃的含氯量或转化率来表示氯化深度：工业生产上常用烷烃的含氯量或转化率来表示氯化深度：683.5 3.5 加成卤化加成卤化n由烯烃、炔烃、芳环加成卤化生成卤代烷、卤由烯烃、炔烃、芳环加成卤化生成卤代烷、卤代烯烃、卤代环烷烃代烯烃、卤代环烷烃n卤化试剂：卤素、卤化氢、卤化物卤化试剂：卤素、卤化氢、卤化物69n亲电加成亲电加成 （（1 1）卤素对双键的亲电加成）卤素对双键的亲电加成（（2 2）卤化氢对双键的亲电加成）卤化氢对双键的亲电加成（（3 3）卤化物的亲电加成：次卤酸、）卤化物的亲电加成：次卤酸、N-N-卤代酰胺、卤代酰胺、卤代烷等卤代烷等一、一、 反应历程反应历程δ+δ-δ+δ-70n游离基加成游离基加成￿ ￿（（1）卤素的游离基加成）卤素的游离基加成 X2 2X• （（2）卤化氢的游离基加成：）卤化氢的游离基加成：CH3CH=CH2 + HBr CH3CH2CH2Br （（3）卤代烷的游离基的加成）卤代烷的游离基的加成hν,加热加热,引发剂引发剂hν,引发剂引发剂71二、二、 重要实例重要实例n氯乙烯和氯乙烷氯乙烯和氯乙烷国内方法：国内方法：CH3CH2OH + HCl → CH3CH2Cl + H2On四溴乙烷四溴乙烷n四氯乙烷四氯乙烷 Cl2CH-CCl3ClCH=CCl2Cl2，hν60～70℃Cl2C=CCl2- HCl723.6 3.6 置换卤化置换卤化常采用氢卤酸、氯化亚砜、三卤化磷、五氯化磷、三氯氧磷等卤常采用氢卤酸、氯化亚砜、三卤化磷、五氯化磷、三氯氧磷等卤化剂使羟基置换成卤素。

化剂使羟基置换成卤素 一、卤素置换羟基一、卤素置换羟基1 1、卤素置换、卤素置换醇羟基醇羟基醇羟基醇羟基 (A)(A)氢卤酸氢卤酸 醇与氢卤酸的置换反应为一可逆反应：醇与氢卤酸的置换反应为一可逆反应：(B)(B)氯化亚砜氯化亚砜醇类的活泼性次序:烯丙型醇＞叔醇＞仲醇＞伯醇73 2 2、卤素置换、卤素置换酚羟基酚羟基酚羟基酚羟基酚羟基的卤素置换反应通常须采用较强的卤化剂如五氯化磷和酚羟基的卤素置换反应通常须采用较强的卤化剂如五氯化磷和氧氯化磷等用五氯化磷的置换反应历程如下：氧氯化磷等用五氯化磷的置换反应历程如下：3 3、卤素置换、卤素置换羧羟基羧羟基羧羟基羧羟基 羧羟基与卤化剂（羧羟基与卤化剂（PClPCl3 3、、PClPCl5 5、、SOClSOCl2 2等）反应可制得酰卤衍生物等）反应可制得酰卤衍生物注意：羧酸分子中不注意：羧酸分子中不应含有羟基、醛基、应含有羟基、醛基、酮基、烷氧基等敏感酮基、烷氧基等敏感基团74二、卤素置换芳环上硝基、磺基、重氮基二、卤素置换芳环上硝基、磺基、重氮基1 1、氯置换、氯置换硝基硝基硝基硝基 氯置换硝基是自由基反应：氯置换硝基是自由基反应：注意：通氯的反应器应注意：通氯的反应器应当是搪瓷或搪玻璃。

当是搪瓷或搪玻璃752、氯置换、氯置换磺基磺基磺基磺基76四、卤素置换四、卤素置换重氮基重氮基重氮基重氮基芳香重氮盐在亚铜盐催化下置换成氯、溴化合物的反芳香重氮盐在亚铜盐催化下置换成氯、溴化合物的反应可用下式表示：应可用下式表示：该反应称该反应称桑德迈尔反应桑德迈尔反应桑德迈尔反应桑德迈尔反应77783.7  羰基羰基α-H取代卤化取代卤化一、反应历程一、反应历程H+ 或或Lewis酸催化酸催化碱催化碱催化79二、应用事例二、应用事例1、三氯乙醛的制备、三氯乙醛的制备先保护醛基：先保护醛基：HCl催化催化2、一氯乙酸的制备（自学）、一氯乙酸的制备（自学）2,2,3-三氯正丁醛三氯正丁醛80例例1:1:以下哪些卤化反应可采用沸腾氯化法？以下哪些卤化反应可采用沸腾氯化法？(1)(1)苯的一氯化制氯苯苯的一氯化制氯苯(2)(2)苯的二氯化制对二氯苯苯的二氯化制对二氯苯(3)(3)硝基苯的氯化制间硝基氯苯硝基苯的氯化制间硝基氯苯(4)(4)甲苯的一氯化制氯苄甲苯的一氯化制氯苄答：答：（（1）可以，并流，苯沸腾回流可以，并流，苯沸腾回流2）不可以，温度高将不利于氯化反应定位的选择性不可以，温度高将不利于氯化反应定位的选择性。

3）不可以，温度太高副反应多不可以，温度太高副反应多4）可以，并流，甲苯沸腾回流）可以，并流，甲苯沸腾回流例例 题题 解解 析析81例例2：指出以下试剂，哪些是亲电试剂？哪些是亲核试剂？：指出以下试剂，哪些是亲电试剂？哪些是亲核试剂？哪此是自由基试剂？哪此是自由基试剂？（（1）） PCl3(氯置换羟基反应剂氯置换羟基反应剂)（（2））HBr(溴置换羟基反应剂溴置换羟基反应剂)（（3））HBr(丙烯制丙烯制2-溴丙烷反应剂溴丙烷反应剂)（（4））HBr(丙烯制丙烯制1-溴丙烷反应剂溴丙烷反应剂)（（5））Cl2(石蜡氯化反应剂石蜡氯化反应剂)（（6））Cl2（甲苯环上取代氯化反应剂（甲苯环上取代氯化反应剂)（（7））Cl2(甲苯侧链氯化反应剂甲苯侧链氯化反应剂)亲核试剂亲核试剂亲核试剂亲核试剂亲电试剂亲电试剂自由基试剂自由基试剂自由基试剂自由基试剂亲电试剂亲电试剂自由基试剂自由基试剂例例 题题 解解 析析82作作 业业(P91-93)3-1;3-2;3-12;3-18;3-21;3-24.83。