卤化反应

卤化反应又称卤代反应，是指有机化合物中的氢或其他基团被卤素取代生成含卤有机化合物的反应。

常见的卤化反应有烷烃的卤化，芳烃的芳环卤化和侧链卤化，醇羟基和羧酸羟基被卤素取代，醛、酮等羰基化合物的α-活泼氢被卤素取代，卤代烃中的卤素交换等。除用氯、溴等卤素直接卤化外，常用的卤化试剂还有氢卤酸、氯化亚砜、五氯化磷、三卤化磷。

卤化反应在有机合成中占有重要地位，通过卤化反应，可以制备多种含卤有机化合物。

卤化反应简介在有机化合物分子中引入卤原子，形成碳-卤键，得到含卤化合物的反应被称为卤化反应。根据引入卤原子的不同，卤化反应可分为氯化、溴化、碘化和氟化。其中以氯化和溴化更为常用，氯化反应的应用尤为广泛。卤化已广泛用于医药、农药、染料、香料、增塑剂、阻燃剂等及其中间体等行业，制取各种重要的原料、精细化学品的中间体以及工业溶剂等，是有机合成的重要岗位之一。

通过向有机化合物分子中引入卤素，主要有两个目的：

①赋予有机化合物一些新的性能，如含氟氯嘧啶活性基的活性染料，具有优异的染色性能。

②在制成卤素衍生物以后，通过卤基的进一步转化，制备一系列含有其他基团的中间体，例如，由对硝基氯苯与氨水反应可制得染料中间体对硝基苯胺，由2，4-二硝基氯苯水解可制得中间体2，4-硝基苯酚等。

由于被卤化脂肪烃、芳香烃及其衍生物的化学性质各异，卤化要求不同，卤化反应类型也不同。卤化方法分为：

①取代卤化，如烷烃和芳香烃及其衍生物的卤化。

②加成卤化，如不饱和烃类及其衍生物的卤化。

③置换卤化，如有机化合物上已有官能团转化为卤基。

卤化反应原理取代卤化主要有芳环上的取代卤化、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。

芳环上的取代卤化是亲电取代反应，其反应通式为

Ph-H +X2→Ph-X+HX

这是精细有机合成中的一类重要的反应，可以制取一系列重要的芳烃卤化衍生物。例如：

这类反应常用三氯化铝、三氯化铁、三溴化铁、四氯化锡、氯化锌等Lewis酸作为催化剂，其作用是促使卤素分子的极化离解。

芳环上的取代卤化一般属于离子型亲电取代反应。首先，由极化了的卤素分子或卤正离子向芳环做亲电进攻，形成σ-络合物，然后很快失去一个质子而得卤代芳烃。1

卤化的目的（1）可改善染色性能，提高染料的染色牢度。如四溴靛蓝的牢度比靛蓝好，色泽更加鲜艳，牢度好。

（2）通过卤基（主要是—Cl、—Br）水解、醇解和氨化引入其他基团，主要是—OH、—OR和—NH2。

（3）通过卤基，进行成环缩合反应，进一步合成染料。2

影响因素影响反应的主要因素主要有以下几种：

①芳烃取代基。芳环上取代基的电子效应对芳环上的取代卤化的难易及卤代的位置均有很大的影响。芳环上连有给电子基，卤代反应容易进行，且常发生多卤代现象，需适当地选择和控制反应条件，或采用保护、清除等手段，使反应停留在单、双卤代阶段。

芳环上若存在吸电子基团，反应则较困难，需用Lewis酸催化剂在较高温度下进行卤代，或采用活性较大的卤化试剂，使反应得以顺利进行。若芳环上除吸电子基团外还有给电子基团，卤化反应就顺利多了。

萘的卤化比苯容易，可以在溶剂或熔融态下进行。萘的氯化是一个平行一连串反应，一氯化产物有旷氯萘和伊氯萘两种异构体，而二氯化的异构体最多可达10种。

②卤化试剂。直接用氟与芳烃作用制取氟代芳烃，因反应十分激烈，需在氩气或氮气稀释下于-78℃进行，故无实用意义。

合成其他卤代芳烃用的卤化试剂有卤素（SOCl2）等。若用碘进行碘代反应，因生成的烃，所以需同时加氧化剂，或加碱，或加入能与除去，方可使碘代反应顺利进行。若采用强碘、N-溴（氯）代丁二酰亚胺（NBS）、次氯酸、硫酰氯碘化氢具有还原性，可使碘代芳烃还原成原料芳碘化氢形成难溶于水的碘化物的金属氧化物将其化剂ICl进行芳烃的碘代，则可获得良好的效果。

③介质。常用的介质有水、盐酸、硫酸、醋酸、氯仿及其他卤代烃类化合物。反应介质的选取是根据被卤化物的性质而定的。对于卤化反应容易进行的芳烃，可用稀盐酸或稀硫酸作介质，不需加其他催化剂；对于卤代反应较难进行的芳烃，可用浓硫酸作介质，并加入适量的催化剂。

另外，反应若需用有机溶剂，则该溶剂必须在反应条件下显示惰性。溶剂的更换常常影响到卤代反应的速度，甚至影响到产物的结构及异构体的比例。一般来讲，采用极性溶剂的反应速度要比用非极性溶剂快。

④反应温度。一般情况下，反应温度越高，则反应速度越快，也容易发生多卤代及其他副反应。故选择适宜的反应温度亦是成功的关键。对于取代卤化反应而言，反应温度还影响卤索取代的定位和数目。1

类型1．取代卤化

（1）芳环上的取代卤化

芳环上的取代卤化，可制取许多有用的芳烃卤化衍生物，如氯苯、溴苯、碘苯、邻或对氯甲苯、邻氯对硝基苯胺、2，4一二氯苯酚、四溴双酚A、四氯蒽醌等。反应通式为：

Ar-H +X2—→Ar-X +HX

式中，Ar-H为芳香烃及其衍生物；Ar-X为芳香烃及其衍生物的卤化产物；X2为卤素；HX为卤化物。

（2）脂肪烃的取代卤代

烷烃取代卤化常以卤素为卤化剂，在高温或紫外光照射下，进行气相卤化。卤素活泼性越高，反应越激烈，反应选择性越低。

卤素活泼性的次序为：F>Cl>Br>I

氟化反应难以控制、难以获得期望的产物；碘的活性太低，脂肪烃取代卤化，应用最多是烷烃取代氯化和溴化。

烷烃取代氯化，取代氢的位置与C-H键断裂能量有关，其能量顺序为：

CH2═CH—H》1°C—H》2°C—H>3°C—H》H—CH2—CH═CH2

被取代氢的活泼顺序，则与此相反。

烷烃取代卤化属自由基反应，包括链引发、链增长和链终止阶段。卤分子一旦被激发，产生一定量的卤自由基后，反应就会迅速进行。3

2．加成卤化
（1）卤素与烯烃的加成

氟是卤素中最活泼的元素，它与烯烃的加成反应非常剧烈，并有取代、聚合等副反应伴随发生，易发生爆炸，故在有机合成上无实用意义。

碘的化学性质不活泼，与烯烃加成相当困难，且生成的碘化物热稳定性、光稳定性都比较差，反应是可逆的，所以应用亦很少。

氯、溴与烯烃的加成在有机合成上应用广泛。

烯烃的π键具有供电性，卤素分子受兀键影响发生极化，其正电部分作为亲电试剂，对烯烃的双键进行亲电进攻，生成三元环卤翁离子。然后，卤负离子从环的背面向缺电子的碳正离子做亲核进攻，结果生成反式加成产物。

（2）卤化氢与烯烃的加成

氟化氢、氯化氢、碘化氢与烯烃的加成，以及在隔绝氧气和避光的条件下，溴化氢与烯烃的加成，均属于离子型亲电加成反应。反应结果生成相应的卤代饱和烃，加成定位方向遵守马氏规则。卤化氢的反应活性顺序为：

HI> HBr> HCI> HF1

3．置换卤化

卤原子能够置换有机物分子中与碳原子相连的羟基、磺酸基及其他卤原子等多种官能团，这些卤置换反应已成为卤代烃的重要合成方法。

（1）醇羟基的卤置换

醇羟基的卤置换反应通式为

ROH +HX—→RX+H2O（X=Cl、Br、I）

醇与氢卤酸的反应是可逆的。若使醇或氢卤酸过量，并不断地将产物或生成的水从平衡混合物中移走，可使反应加速，产率提高。去水剂有硫酸、磷酸、无水氯化锌、氯化钙等，亦可采用恒沸带水剂。

（2）酚羟基的卤置换

酚羟基的活性较小，由酚制备氯代芳烃，一般需用强卤化试剂在较剧烈的条件下反应。由于五氯化磷受热易离解成三氯化磷和氯，温度越高，离解度越大，置换能力也随之而下降；且因氯的存在可能产生芳核上的卤代或烯键加成等副反应，故用五氯化磷进行卤置换反应时，温度不宜过高。

（3）卤代烃的卤置换反应

卤代烃分子中的氯或溴原子，与无机卤化物的氟原子进行交换，这是合成用一般方法难以得到的氟代烃的重要方法。常用的氟化剂有氟化钾、三氟化锑、五氟化锑、氟化汞等，其中以氟化汞的反应性最强。三氟化锑、五氟化锑均能选择性地作用于同一碳原子上的多卤原子，而不与单卤原子发生交换。

CCl3CH2CH2Cl —→CF3CH2CH2Cl

制取氟代烃必须选用耐腐蚀材料做反应器，例如，不锈钢、镍、聚乙烯等。操作中要注意环境的通风，并加强防毒、防腐蚀措施。3

卤化试剂及示例常用的卤化试剂有氯气、溴气，有时也常用盐酸加氧化剂（如NaCIO、COCl2）在反应中获得活性氯。在染料合成中通过已有的—Cl、—Br取代基置换可引入—F取代基。

苯和蒽醌中料的卤化反应大都是在FeCl3和MgBr2催化作用下直接与氯气或溴素反应。萘系中料为防止副产物过多一般不常用直接卤化，萘环上的卤代基主要通过桑德迈尔（Sandmeyer）或希曼（Schiemann）反应获得。

染料生产中采用较多的氟化方法是经过侧链氯化，制成三氯甲基的衍生物。再由它来制备相应的三氟甲烷衍生物。2

本词条内容贡献者为:

程鹏 - 副教授 - 西南大学