第七章 卤化反应

CH3CH=CHCH=CHCH
3
NBS 含水 DMSO
CH3CH-CHCH=CHCH3
93%
Br OH
NBS进行溴化具有两个显著的特点： (1)不会产生Br -，因而无二溴化副产物生成； (2)该试剂可溶于有机溶剂，不溶于水的烯类化合物可在有机溶剂中 与其进行反应。
7.2.5.2 Rydon类试剂
第七章 卤化反应
7.1卤化反应
有机化合物中引入卤素的反应(即C一X键的形成反应)称为卤 化反应(Halogenation)。
根据引入卤素的类别，卤化反应可分为氯化、溴化、碘化和氟 化。许多有机卤化物广泛用于溶剂、杀虫刘、医药、植物生长激素 等。有许多则是有机药物、染料、香料与炸药等的合成中间体。
有机化合物中卤素的引入使极性增加，化学活泼性随之提高。脂 肪族卤代物(尤其卤代烷类)、芳香族侧链卤代物中的卤原子具有很 大的活泼性，容易为其它原子或基团所取代而形成种类繁多的有机 物。因而卤化物在有机合成中起着重要的桥梁作用。卤化也就成为 有机合成中基本的单元反应之一。例如，卤代乙烷的反应如下：
2molNBS
80%
50%
3.链端有一个双键的烯烃或隔离双键的链二烯进行烯丙位 溴代时，可发生重排生成不饱和溴化物。
C=C CH2CH2R NBS
C=C CHBrCH2R
or Br C C CHCH2R
实际上，NBS(或NBA——N—溴代乙酰胺)还可在酸催化下用 于烯键的加成，生成α-溴代醇。例如：
RCHBrCO2H
（2）芳香族取代反应
CH3
X2 Fe C l3
OH
X2
C C l4
CH3X +
CH3
X
OH
NH2
Br2-H2O
X
NH2
Br
Br + HBr
Br
NO2
Fe ,Br2 135~1450C
HCHO HC l-Zn C l2
NO2 + HBr
X CH2Cl
Blanc甲基化
4.伴随氧化的氯化反应
Cl
CH3 Cl2 ,hv
CH2Cl +
CHCl2 +
CC3
O2N CH3COOH
COCH3 Br2,HOAc
O2N
P,Cl2
ClCH2COOH
COCH2Br
(2)加反应：与烯键或炔键加成生成相应的加成产物。
CH2=CHCH3 Cl2 CH2ClCHClCH3 HC CH Br2/CHCl3 BrHC=CHBr Br2/CHCl3 Br2HC-CHBr2
Rydon类试剂为有机磷卤化物，是一类新型的卤化剂。具 有反应条件温和、反应过程中较少发生异物化和重排、收率较 高等优点。该类卤化剂包括三苯基磷与四氯化碳形成的结合物 (Ph3P+CCl3Cl-), 亚磷酸三苯酯卤化物((Ph0)3PX2),亚磷酸 三苯酯卤代烷((Ph0)3P+RX-),二苯基膦三氯化物(Ph2PCl3)、 三苯基膦二氯化物(Ph3PCl2)等。它们均为使醇转化为卤化物 的优良试剂。 例如：
Et-Et Et-Et EtSH EtONO2 EtNH2 HCl EtC CH
与芳核直接相连的卤原子活泼性较小，一股情况
下难以被其它原子或基团所取代。而当卤原子的邻位 或对位有活化基团(如一NO2 , 一SO3H等)存在时， 卤原子的活泼性将大为增加，可发生被-OH取代成酚 的反应等，从而大大提高了芳香族卤代物在有机合成 中的地位。
3.由C2以下的有机物为原料合成CH3CH2C≡CCOOH
CH3CH2Cl + NaC CH
EtMgBr
CH3CH2 C CH
CH3CH2 C CMgBr CO2
H2O/H+ CH3CH2 C CCOOH
4.以苯为原料合成间二氯苯
+ HNO3 H2SO4
NO2 HNO3/ H2SO4
NH2
NaNO2/HCl
7.3.1 氯气的氯化
在实验室中，氯气由氯化物分解产生。氯化时气态物质可直接与氯相 混合；液态物质则可将氯气吹入，固态物质宜先经溶剂溶解，再导入氯气。 在上述场合反应进行缓慢，通常需在催化剂、加热和紫外光照射等条件下 进行。反应过于剧烈时，气体反应可在非反应性气体（CO2、空气)中进行；
液体反应可经由溶剂稀释。最常用的催化剂为I2、Fe、FeCl3、 AlCl3、SbCl3、MoCl3等。其中铁屑为工业上常用的最有效的芳核氯代 催化剂。其催化作用仅在与氯作用生成FeCl3并被溶于被氯化的反应物中 时才能表现出来。
思考题
1.用C2以下的有机物合成
Cl + Li
Li CuI
CuLi +
Cl
2
2.由苯和C2以下的有机物为原料合成
CuLi
2
CH2CH=CH2
+ HCHO + HCl ZnCl2
CH2Cl Mg/Et2O(干 )
CH2MgCl
H2C CH2 O
CH2CH2CH2OMgCl H2O/H+
CH2CH=CH2
为游离基连锁反应。例如，甲烷光照氯代反应中不论甲烷与氯气的比例如
何，产物总是各种氯代产物的混合物，且难以分离。但控制条件可使其中
某种产物为主，一般不加分离直接作为溶剂或有机合成的原料。 烷烃氯代反应中，氢原子被氯取代循下列顺序：伯＜仲＜叔。
提高反应温度，不论气相或液相反应，伯、仲、叔碳氯代反应的 速度均近于相等，并且随着反应温度的提高或反应时间的延长， 热分解加剧，其顺序为伯＞仲＞叔。
OHX RCHXCH2CX3'
:C X2
CX2 RCH CH2
3.取代反应 （1） 脂肪族的取代反应
RH Cl2
RCl
RCH2CH=CH2 NBS RCHBrCH=CH2
RCH2CHO X2
RCHXCHO
RCOCH3 X2
RCOCH2X
ArLi PhI
ArI + PhLi
RCH2CO2H
Br2 PC l3
常用的溶剂有CHCl3、CCl4、CS2 、HOAc、PhN02、H2SO4、石 油醚等。
为简化氯气导入操作，氯气可在反应器中发生,即将被氯化物溶解或分
散于浓盐酸中，随后加入CaOCl2与KClO3 KMnO4或K2Cr207等氧化剂。
1.氯气的取代
(1) 烷烃的氯代反应
反应需在光照，高温或引发剂的存在下进行，
NH2
N2Cl
CuCl/HCl
N2Cl
NO2
HCl/Fe
NO2
Cl
Cl
7.2各种卤化剂的特性及其应用范围
7.2.1．卤素
可直接作为卤化剂的卤素主要是Cl2和Br2。I2的反应性很弱， 有机物用其直接进行碘化颇为困难，若在高温下进行又往往伴随 反应物的热分解。F2反应性极强，有机物用其进行氟化反应时将 放出大量的热而使反应难以控制，而且反应释放出的能量足以使 反应物分子中的大多数化学键发生断裂。
CH3CH2OH
NaOH + Cl2 orCaOCl2
CHCl3
(CH3)2CHOH NaOH + Cl2 CHCl3
CH2=CH2 HCl,O2
C u C l2
ClCH2-CH2Cl
HC l,O2 CuCl2-FeCl3 3000C
Cl
卤化反应以氯化在工业上应用最为广泛，溴化次之，碘化
在特定条件下应用，氟化近来发展颇为迅速，具有广阔的发展 前景。拟依此顺序分别予以论述。
2Na （Wutz反应） 2 Li 2 Zn
Mg/Et2O Pb/Na KOH-EtOH Zn-Cu/EtOH HI,P KOH,H2O
CH3CH2CH2CH3
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（与金属的 反应）
CH3CH2Li
2EtZnCl -ZnCl2（消E除t2Z反n应）
EtMgCl
（还原反应）
PbEt4
CH2=CH2
CH3-CH3
MeCHR NaOCl MeCHR NaOCl Cl3CCHR NaOH RCO2Na+HCCl3
OH
O
O
CH2=CH2 HOCl ClCH2CH2OH
CH3CH=CH2 HOBr MeCOCHBr2
7.2.5 特殊卤化剂
7.2.5.1 NBS：N—溴代丁二酰亚胺（NBS)为烯丙位氢的溴化剂。
C=C C
NBS
H
C=C C Br
CH3 NBS
CH2Br
用NBS进行烯丙位溴代的反应谓如下的规律： 1.双键位于末端或中部的直链或支链烯烃，仅在烯丙位发生溴化。
CH=CHCH3 NBS
CH=CHCH2Br
2.环烯与NBS的反应与(1)类似，但常发生溴的加成或由 初产物消除HBr生成芳环的副反应。
Br
1molNBS
(1)取代反应：Cl2和Br2可用于烷烃卤代、烯烃—烷基中氢原子 的高温卤代、芳核及芳侧链卤代、羰基化合物与羧酸中—H的卤代 等。例如：
CH4 Cl2 ,hv CH3Cl + CH2Cl2 +CHCl3 + CCl4
CH2=CHCH3
Cl2 5000C
Cl2 ,Fe
CH2=CHCH2Cl
Cl + Cl
7.2.2 卤化氢
可经由碱金属的卤化物与硫酸作用产生。用于卤化反应的HX 主要指HCI与HBr，它可借助与不饱和键的加成、与羟基及卤素 的置换形成相应的卤化物。
CH2=CHCH3 HBr CH3CHBrCH3
HC CH HCl/HgCl2
2000C
H2C=CHCl
ROH
HX ZnCl2
RX + H2O
Me3CCH2OH Ph3PCCl3Cl Me3CCH2Cl + Ph3PO
Me3CCH2OH
Ph3PCl2 DMF
Me3CCH2Cl
OH Ph3PBr2 DMF
Br
O2N
OH
Ph3PC l2 C C l4
O2N
Cl
CH2=CHCH2OH (PhO)3PCH3I CH2=CHCH2I
据载三苯基膦二卤化物可将环式β—二酮转化为β—卤代α,β—不饱和酮，并可获得满意的结果。例如：
CH3-CH3 EtOH+KOH （取代反应）
H2O/OHEtONa NaOAc
EtOH+HCl EtOEt+NaCl AcOEt+NaCl
NaCN or KCN EtCN + EtNC
（主）
AgCN
EtCN + EtNC
（主）
NaNO2 Ag2O
EtONO+EtNO2 EtOEt
Et-Cl
EtMgCl EtZnCl NaSH AgNO3 NH3 NaC CH
MeCO2K POCl3 MeCOCl+KCl+KPO3
RCO2H SOCl2 RCOCl + SO2 + HCl
RSO3H PCl5 RSO2Cl+POCl3+HCl
Me3CCOMe PCl5
00C
Me3CCl2Me
7.2.4 NaOX及HOX
NaOX与H0X既是卤化剂又是氧化剂。NaOX能使乙醇、乙 醛、甲基酮及甲基仲醇(MeCH(OH)R)发生卤仿反应；HOX 可经 由与不饱和键的加成进行卤化反应。
醇的活泼性：叔＞仲＞伯；HX的反应速率HI＞HBr＞HCl。
RCl HF
R-F + HCl
7.2.3．PCI3、PCl5、POCl3、SOCl2等
该类卤化剂主要用于醇、羧酸及磺酸中一OH的置换，亦可用于 醛酮中羰基的置换。
ROH + PCl3
RCl + HOPCl2
ROH + PCl5
RCl +POCl3 + HCl
O
Br
Ph3PBr2
CHO
Ph3PC l2
O
O
Ph3PCl2可将苯甲醛的一CHO转化为一CHCl2。
CHCl 2
7.3 氯 化
氯化在工业上居重要地位，它与磺化、硝化一样均为将取代基 引入芳核的基本方法。烃(脂肪烃、芳烃)、醇、羟酸等均可发生氯 化反应，其中以苯、甲苯、醋酸为最重要。氯化剂有氯气和含氯化 合物(HCl、PCl3、PCl5、Na0Cl、SOCl2)等。在若干场合，尤 其芳核进行氯化时需有载氯体或在氯化催化剂的存在下进行。
RCO2Ag Br2
RBr+CO2+AgBr (Hunsdiscker反应）
ROCH3 HI ROH + CH3I （Zeisel反应） ArCOCl ClRh(PPh3)3 CO + ArCl
2.不饱和化合物的加成反应
RCH=CH2
HX X2 HO X
XC X3'
RCHXMe
RCHXCH2X RCHCH2
卤化的方法甚多，大致可归纳为如下几类：
1.置换反应
ROH
NaX+H2SO4 or SOCl2-Py
PBr3
MeCN/HCl
RX
RBr NH HCl
MeC OR
O RCl + MeC
NH2
Ag C l
ArF NaI/丙酮 ArCOR PCl3 RCO2H PCl5 ArN2Cl CuCl
ArCl ArI ArCCl2R RCOCl ArCl （Sandmeyer反应）
即使卤素与芳核直接相连, 例如 氯苯，在适当条 件下仍可为一0H、—NH2、一0R基等所取代生成相 应的产物：
NaO H ,3400C OH
KNH2/NH3(l)
Cl
MeOH+NaO H
NH2 O Me
Na2S-H2O
Ph2S Na2S
SH
PhSO3Na ,Cu SO2
卤化剂的种类繁多，以氯代为例主要有如下数种，其中以 氯气最为重要：氯气、盐酸和氧化剂、Na0Cl、光气、氯 化硫酰(S02Cl2)、氯化亚硫酰(SOCl2)等。