精細(xì)有機合成鹵化

優(yōu)選精細(xì)有機合成鹵化現(xiàn)在是1頁\一共有66頁\編輯于星期日第一節(jié)概述鹵化反應(yīng)的定義鹵化反應(yīng)的目的鹵化反應(yīng)的分類鹵化劑鹵化熱力學(xué)現(xiàn)在是2頁\一共有66頁\編輯于星期日一、鹵化反應(yīng)定義氟化氯化溴化碘化

向有機化合物分子中碳原子上引入鹵原子的反應(yīng)叫做鹵化反應(yīng)。現(xiàn)在是3頁\一共有66頁\編輯于星期日二、鹵化反應(yīng)的目的1、賦予最終產(chǎn)品某些性能(1)色光銅酞菁（酞菁藍）高氯代銅酞菁（酞菁綠）現(xiàn)在是4頁\一共有66頁\編輯于星期日七氟菊酯（2）殺蟲、殺菌性敵敵畏現(xiàn)在是5頁\一共有66頁\編輯于星期日（3）阻燃性現(xiàn)在是6頁\一共有66頁\編輯于星期日2、作為中間體使用(“領(lǐng)路”作用,需要什么就可以領(lǐng)什么)－X(－Cl)－NH2,－OH,－F,－OR,－OAr

親核置換δ+

現(xiàn)在是7頁\一共有66頁\編輯于星期日

鹵代烴的轉(zhuǎn)化反應(yīng)

R－X為重要有機中間體（intermediates）現(xiàn)在是8頁\一共有66頁\編輯于星期日3作為溶劑使用

二氯甲烷三氯甲烷四氯化碳四氯乙烯氯苯二氯苯三氯苯現(xiàn)在是9頁\一共有66頁\編輯于星期日三、綠色鹵化對氯的爭論問題的提出綠色和平及其他環(huán)境組織已經(jīng)號召逐漸停止生產(chǎn)氯氣及由其制造的產(chǎn)品。問題的原因具有生物活性的鹵素，其代謝物聚集到不希望他們到達的地方，如地下水、河流和大氣，會對一些生物體帶來嚴(yán)重影響?，F(xiàn)在是10頁\一共有66頁\編輯于星期日含氯化合物的毒性

持久性的多氯代化合物如DDT（二二三，雙對氯苯基三氯乙烷）和多氯聯(lián)苯（PCBs）會引起蛋殼變薄，使其不能繁殖。美國在1973年就禁止使用DDT，但是在美國中西部的水井中仍能檢測到毒性更強的它的代謝物DDE（通過脫鹵化氫形成）。

現(xiàn)在是11頁\一共有66頁\編輯于星期日2，3，7，8-四氯二噁英：1971年在密蘇里，向一小牧場噴灑含33×10-6這種二噁英的廢油后，幾周內(nèi)有65匹馬相繼死去?，F(xiàn)在是12頁\一共有66頁\編輯于星期日紙的漂白傳統(tǒng)的用氯漂白紙的方法生產(chǎn)1t紙漿產(chǎn)生45-90kg的有機廢物，其中4-5kg為與有機物結(jié)合的氯，包括各種氯代呋喃酮、環(huán)戊烯二酮等現(xiàn)在是13頁\一共有66頁\編輯于星期日水的消毒

1908年在新澤西首先用氯對水消毒，可以去除存在于水中微生物，包括能引起霍亂、傷寒、肝炎等的細(xì)菌。但是，由于產(chǎn)生了少量有致癌性的氯仿，使得有116種疾病的爆發(fā)是由于自來水的污染。研究發(fā)現(xiàn)，水中氯的含量超過75μg/L時，流產(chǎn)的幾率就會增加。現(xiàn)在是14頁\一共有66頁\編輯于星期日氯氟烴和臭氧的損耗氯氟烴不可燃、無毒、無腐蝕性，可以用作制冷劑、泡沫絕緣物的起泡劑、清洗電子部件的溶劑。但是，這些化合物會破壞同溫層的臭氧。1998年9月南極的臭氧空洞已達2500×104km2。

現(xiàn)在是15頁\一共有66頁\編輯于星期日爭論的繼續(xù)毒理學(xué)會，美國醫(yī)藥學(xué)會，美國化學(xué)會，密歇根環(huán)境科學(xué)委員會以及英國化學(xué)工業(yè)協(xié)會聯(lián)合指出，綠色和平組織的要求是氯恐怖癥的結(jié)果。自然界存在有1500種天然氯化物，包括兩種人類生命所需要的基本物質(zhì)：胃里的鹽酸和甲狀腺素。甲狀腺素現(xiàn)在是16頁\一共有66頁\編輯于星期日氯工業(yè)的現(xiàn)狀社會生活中常用的氯產(chǎn)品氯乙烯聚氯乙烯氯甲烷氯乙烷

乙基纖維素緩釋藥物、墨水二氯乙烯乙二胺造紙用化學(xué)品、油添加劑磁帶食品化妝品容器管道、薄膜氯硅烷半導(dǎo)體甲基纖維素食品增稠劑硅酮電子部件包裹物、化妝品二氯甲烷氯仿四氯化碳藥品、化妝品反應(yīng)溶劑干洗現(xiàn)在是17頁\一共有66頁\編輯于星期日綠色鹵化對氯的爭論并未影響到氯工業(yè)的商業(yè)利益，其產(chǎn)品已經(jīng)有了一系列的變化。綠色和平組織的呼吁引起了人們更多的關(guān)注，使用更綠色更環(huán)保的鹵素產(chǎn)品替代原有的有毒物質(zhì)成為今后的研究重點。現(xiàn)在是18頁\一共有66頁\編輯于星期日幾種常用綠色鹵化物介紹

1-溴-3-氯-5，5-二甲基海因

俗名：溴氯海因

作用：比氯具有更高的殺菌活性，廣泛用于化工、制藥、工業(yè)循環(huán)冷卻水凈化水質(zhì)、殺菌、滅藻等。溴氯海因現(xiàn)在是19頁\一共有66頁\編輯于星期日河北冀衡化學(xué)股份有限公司河北冀衡化學(xué)股份有限公司是中國最大的消毒劑生產(chǎn)廠家，主要產(chǎn)品：三氯異氰尿酸，二氯異氰尿酸鈉等現(xiàn)在是20頁\一共有66頁\編輯于星期日三氯異氰尿酸（強氯精）1、用作消毒殺菌劑2、工業(yè)上用作污水處理和化工原料工藝制備路線現(xiàn)在是21頁\一共有66頁\編輯于星期日二氯異氰尿酸鈉

具有高效、快速的清潔殺菌作用，廣泛用作殺菌消毒脫臭劑、去污洗凈劑、漂白劑、脫色劑、保鮮劑、羊毛防縮劑、養(yǎng)蠶消毒劑等?，F(xiàn)在是22頁\一共有66頁\編輯于星期日二氧化氯可由氯酸鈉與鹽酸作用而制得

NaClO3+2HCl→ClO2+0.5Cl2+NaCl+H2O

二氧化氯是聯(lián)合國世界衛(wèi)生組織確認(rèn)的一種安全、高效、廣譜、強力殺菌劑，其有效氯是氯氣的2.63倍，殺菌能力是氯氣的5倍，是次氯酸鈉的50倍以上

20世紀(jì)中期，隨著制備技術(shù)的提高，二氧化氯的應(yīng)用領(lǐng)域和規(guī)模不斷擴大。我國從20世紀(jì)80年代初期開始研究二氧化氯的制備和應(yīng)用，目前已經(jīng)大量應(yīng)用到食品、醫(yī)療、衛(wèi)生、工業(yè)循環(huán)水等國民經(jīng)濟的許多領(lǐng)域。

現(xiàn)在是23頁\一共有66頁\編輯于星期日

四、

鹵化劑（1）氯化劑：Cl2、HCl+氧化劑、HCl+空氣、HCl、硫酰二氯

（2）溴化劑：Br2、HBr+氧化劑、N-溴代酰胺（3）碘化劑：I2、ICl

（4）氟化劑：HF、NaF、KF現(xiàn)在是24頁\一共有66頁\編輯于星期日第二節(jié)、芳環(huán)上的取代鹵化

鹵素與芳香烴的反應(yīng)有取代反應(yīng)和加成反應(yīng)，在有機合成中常見的是苯系芳烴的取代反應(yīng)。取代反應(yīng)又分為芳環(huán)上的鹵化和芳環(huán)側(cè)鏈的鹵化?，F(xiàn)在是25頁\一共有66頁\編輯于星期日

芳環(huán)上的取代氯化是在催化劑存在下，芳環(huán)上的氫原子被氯原子取代的過程。1、路易斯酸：如金屬鹵化物三氯化鐵、三氯化鋁、二氯化錳、二氯化鋅、四氯化錫、四氯化鈦等；2、質(zhì)子酸：濃硫酸或發(fā)煙硫酸；3、碘4、二氯硫酰（SO2Cl2）一、反應(yīng)歷程和催化劑現(xiàn)在是26頁\一共有66頁\編輯于星期日慢快1、反應(yīng)歷程(1)以FeCl3為催化劑

Cl2

＋FeCl3[Cl+

?FeCl4-]Cl+＋FeCl4-

Fe現(xiàn)在是27頁\一共有66頁\編輯于星期日(2)以硫酸或碘為催化劑(3)以二氯硫酰為催化劑(紅棕色液體)氯化鋁，氯化鐵，氯化鋅等金屬鹵化物和硫酸，碘等，均可作為氯化用的催化劑。一種高活性氯化劑，比氯的選擇性好。現(xiàn)在是28頁\一共有66頁\編輯于星期日(5)鹽酸加氧化劑為催化劑在水介質(zhì)中進行氯化時，一般用鹽酸加氧化劑來產(chǎn)生Cl2或Cl+，并利用控制氧化劑的用量來控制Cl2的生成量。(4)不用催化劑的情況：前提：當(dāng)有機物容易被氯化且反應(yīng)可以在水介質(zhì)中進行?，F(xiàn)在是29頁\一共有66頁\編輯于星期日二、反應(yīng)動力學(xué)苯一氯化的連串反應(yīng)動力學(xué)各種連串鹵化反應(yīng)的處理方法現(xiàn)在是30頁\一共有66頁\編輯于星期日1、苯一氯化的連串反應(yīng)動力學(xué)C6H6

＋Cl2C6H5Cl＋HClC6H5Cl＋Cl2C6H4Cl2

＋HClC6H4Cl2

＋Cl2C6H4Cl3

＋HClk1k3k2現(xiàn)在是31頁\一共有66頁\編輯于星期日反應(yīng)類型氯化磺化硝化k1/k28.5103～104105～107表苯在氯化、磺化和硝化反應(yīng)中k1/k2的比較苯環(huán)上取代氯化是個連串反應(yīng)，在苯環(huán)上引入一個氯原子后，苯環(huán)上電子云密度下降，二氯化速率常數(shù)K2是下降為苯一氯化反應(yīng)速率常數(shù)的1/10現(xiàn)在是32頁\一共有66頁\編輯于星期日1.氯化深度每摩爾純苯所消耗的氯氣的量（摩爾）叫做氯化深度三、影響因素方法：不同的氯化液組成有不同的相對密度，可由測出口處氯化液的相對密度來控制氯化深度。現(xiàn)在是33頁\一共有66頁\編輯于星期日2.原料純度

（1）水份：＜0.04％，高了會使氯化鐵水解，催化劑失活（2）氫氣含量：＜4％，高了會引起爆炸（3）苯中含有噻吩：使催化劑中毒；反應(yīng)放出氯化氫腐蝕設(shè)備

（4）循環(huán)使用的苯（苯氯比4:1）中氯苯的影響現(xiàn)在是34頁\一共有66頁\編輯于星期日3.氯化溫度T，℃182530k2/k10.1070.1180.123表苯氯化反應(yīng)溫度與k2/k1的關(guān)系

在取代氯化反應(yīng)中，二氯化反應(yīng)的速度，隨著溫度的增加，比一氯化增長更快。在早期的氯苯生產(chǎn)中，為了防止二氯苯生成過多，盡可能控制反應(yīng)在35～40℃下進行?，F(xiàn)在是35頁\一共有66頁\編輯于星期日反應(yīng)溫度高，鹵取代數(shù)目多，還會發(fā)生異構(gòu)化，含吸電子取代基的芳烴，特別是硝基芳烴，溫度高時吸電子取代基易被鹵素原子置換。現(xiàn)在是36頁\一共有66頁\編輯于星期日4.反應(yīng)介質(zhì)

液態(tài)：當(dāng)原料和產(chǎn)物都是液態(tài)時，如苯、甲苯和硝基苯的環(huán)上取代氯化，一般不使用溶劑

固態(tài)：1.水

2.濃硫酸、發(fā)煙硫酸、氯磺酸等

3.有機溶劑所選有機溶劑應(yīng)是更難氯化的物質(zhì)

現(xiàn)在是37頁\一共有66頁\編輯于星期日a.芳環(huán)上的取代鹵化反應(yīng)是一個親電取代反應(yīng)，如果在芳環(huán)上帶有較強的供電子基團（如羥基、氨基），在鹵化時一般可不用催化劑。b.對活潑性較低的芳烴（如甲苯、苯、氯苯）的鹵化，一般要加入金屬鹵化物作催化劑。c.對不活潑的芳烴（或蒽醌等）的直接鹵化，則要求有強烈的鹵化條件和催化劑，一般采用濃硫酸、碘或氯化碘作為催化劑。

5.催化劑現(xiàn)在是38頁\一共有66頁\編輯于星期日以2,6-二氯苯胺為原料四、反應(yīng)實例現(xiàn)在是39頁\一共有66頁\編輯于星期日擬腎上腺素藥克侖特羅(Clenbuterol)中間體（11）的合成：神經(jīng)中樞興奮藥甲氯芬酯（Meclofenoxate）中間體（12）的合成：現(xiàn)在是40頁\一共有66頁\編輯于星期日祛痰藥溴己新（Bromhexine）中間體（13）的合成：現(xiàn)在是41頁\一共有66頁\編輯于星期日萘系和蒽醌環(huán)上取代氯化（1）萘系環(huán)上取代氯化一氯化時可生成1-氯萘和2-氯萘兩種異構(gòu)體。二氯化時最多可得十種異構(gòu)體萘深度氯化所獲得的多氯萘混合物，由于具有高介電常數(shù)，可用作電子工業(yè)中的絕緣材料，也可用作紡織物的表面涂層?，F(xiàn)在是42頁\一共有66頁\編輯于星期日例：1-氯萘工藝概述：以鋅作催化劑，萘氯比為：1：0.84～1.17（摩爾比），催化劑用量為萘質(zhì)量的0.4%～0.5%，通氯時間3～6h，反應(yīng)溫度90～95℃，1-氯萘平均產(chǎn)率82%經(jīng)二次分餾，產(chǎn)品含量96%。反應(yīng)同時生成2-氯萘，約占2%～20%，兩種異構(gòu)體沸點相近，化學(xué)性質(zhì)相似，故難分離?，F(xiàn)在是43頁\一共有66頁\編輯于星期日（二）芳環(huán)側(cè)鏈的鹵化

芳環(huán)側(cè)鏈位上的氫原子較為活潑，在光照、加熱或引發(fā)劑的作用下易發(fā)生取代反應(yīng)，鹵原子取代位上的氫原子。其反應(yīng)機制屬于游離基型取代反應(yīng)?，F(xiàn)在是44頁\一共有66頁\編輯于星期日

在鏈的引發(fā)階段是游離基的產(chǎn)生階段，一般來講，這種反應(yīng)是由光照、輻射、熱分解和引發(fā)劑等因素所引起的。在鏈的增長（傳遞）階段，有一步完成或者多步傳遞進行的，其中每一步產(chǎn)生的游離基為下一步反應(yīng)產(chǎn)生一個新的游離基而進行傳遞。在鏈的終止階段，游離基相互結(jié)合被消耗和不在產(chǎn)生，從而結(jié)束反應(yīng)。

現(xiàn)在是45頁\一共有66頁\編輯于星期日1.主要影響因素（1）引發(fā)條件：取代鹵化反應(yīng)的關(guān)鍵是引發(fā)，需在較高的反應(yīng)溫度、光照或者引發(fā)劑的存在下來進行。較高溫度引發(fā)，需根據(jù)不同的反應(yīng)來定，提高溫度有利于反應(yīng)速度的加快，也有利于鹵化試劑均裂成自由基。光照引發(fā)以紫外光照為最好，這是因為紫外光的能量較高，有利于自由基的生成。

常用的自由基引發(fā)劑有過氧化物和對稱偶氮化合物兩大類，如氧化二苯甲酰（引發(fā)劑BPO）、二叔丁基過氧化物（引發(fā)劑A）和偶氮二異丁腈（AIBN）等。現(xiàn)在是46頁\一共有66頁\編輯于星期日（2）催化劑及雜質(zhì)：含有不飽和鍵的原料在進行自由基取代反應(yīng)時，為了避免在不飽和鍵上發(fā)生加成或芳環(huán)上發(fā)生親電鹵化等副反應(yīng)，通常要避免反應(yīng)與金屬有接觸。所以，該類反應(yīng)不能用金屬及金屬鹵化物一類的催化劑，不能用普通的鋼設(shè)備，需用有玻璃、瓷或石墨做內(nèi)襯的容器來做反應(yīng)器，且原料作用物中也不能含有雜質(zhì)鐵。另氧氣、水分等也不利于該類反應(yīng)，在反應(yīng)中也要注意控制。

（3）原料作用物的結(jié)構(gòu)：原料作用物的結(jié)構(gòu)與自由基的形成和穩(wěn)定有關(guān)。在無空間立體因素的影響前提下，被鹵化的作用物中氫原子的活性順序（與自由基穩(wěn)定性規(guī)律相同）為：

芐位氫＞烯烴氫＞叔碳?xì)洌局偬細(xì)洌静細(xì)洮F(xiàn)在是47頁\一共有66頁\編輯于星期日

氯化芐的生產(chǎn)實例現(xiàn)在是48頁\一共有66頁\編輯于星期日如農(nóng)藥中間體2,6-二氯苯甲醛：

醫(yī)藥中間體3-羥基-苯甲醛：實例現(xiàn)在是49頁\一共有66頁\編輯于星期日實例：對氯甲苯→對氯三氯甲苯光照工藝概述：將對氯甲苯投入光氯化反應(yīng)器中，加熱至120～150℃，在日光照射下通氯反應(yīng)。每隔10～15min取微量反應(yīng)液進行氣相色譜分析。當(dāng)對氯三氯苯含量大于90%后停止反應(yīng)。產(chǎn)物減壓蒸餾得對氯三氯苯。收率90%～95%?，F(xiàn)在是50頁\一共有66頁\編輯于星期日舉例：氯化石蠟的制備

氯化石蠟是碳數(shù)為C10～C30不同碳數(shù)的烷烴氯化制得氯含量為13-74%一類氯化衍生物的通稱。氯化石蠟系列產(chǎn)品作為PVC輔助增塑劑、潤滑油抗擠壓抗磨添加劑和添加型阻燃劑廣泛應(yīng)用于化工、煉油、采礦、紡織、交通運輸、建筑和機械等行業(yè)中。氯化石蠟按其含氯量的多少可以分為氯化石蠟-13、氯化石蠟-30、氯化石蠟-42、氯化石蠟-52、氯化石蠟-60、氯化石蠟-70等多種產(chǎn)品?，F(xiàn)在是51頁\一共有66頁\編輯于星期日第三節(jié)羰基α-氫的取代鹵化醛和酮α-碳上的氫原子因受羰基的吸電子誘導(dǎo)效應(yīng)和超共軛效應(yīng)影響而具有較大的活潑性，可被其它原子或基團取代。因此，醛和酮分子中的α-氫原子也容易被鹵素取代，生成α-鹵代醛、酮?，F(xiàn)在是52頁\一共有66頁\編輯于星期日（一）酮的-鹵取代

在酸或堿的催化作用下，羰基α位碳原子上的氫原子可被鹵素取代，但酸或堿的催化反應(yīng)機制有所不同。

酸催化機制：

作為催化劑使用的酸通常是質(zhì)子酸和酸，整個合成反應(yīng)的速率取決于上述機制中的第二步，即烯醇化的速度。這個過程中也需要適當(dāng)?shù)膲A（B：）的參與，目的是使α位的氫脫去。為了提高反應(yīng)速率，常在反應(yīng)開始時加入少量鹵化氫進行“誘導(dǎo)”，隨著反應(yīng)的繼續(xù)，生成的鹵化氫可不斷的促使反應(yīng)加快速度?，F(xiàn)在是53頁\一共有66頁\編輯于星期日

在酸作催化劑時，不對稱酮的α-鹵代主要是發(fā)生在與供電子基相連的α位碳原子上，因其有利于烯醇化過程。反之，若連有吸電子基時，α-碳上的氫原子活性降低，反應(yīng)受阻，在接著引入第二個鹵原子時相對困難。但利用這種情況用來制備單鹵代產(chǎn)物反而容易，如制備氯霉素（Chloramphenicol）中間體（21）：現(xiàn)在是54頁\一共有66頁\編輯于星期日堿催化機制：

堿催化常用的催化劑有氫氧化鈉、氫氧化鈣等無機堿和醋酸鈉等,無機堿使用得多些。在堿催化的鹵取代中，與酸催化相反的是，α-鹵代易發(fā)生在與吸電子基相連的α位碳原子上。這是因α位碳原子上有吸電子基時，更有利于α-氫質(zhì)子離去而促使反應(yīng)順利進行。如果有過量的鹵化劑存在，α位上的氫原子還會繼續(xù)被鹵代，得到二鹵或三鹵取代物.現(xiàn)在是55頁\一共有66頁\編輯于星期日（二）醛的α-Ｈ鹵代反應(yīng)

在羰基化合物的鹵取代中，醛的α-鹵取代要復(fù)雜一些為了制得預(yù)期的鹵代醛，最常見的方法是先將醛轉(zhuǎn)化為烯醇酯，然后再與鹵素發(fā)生反應(yīng)。現(xiàn)在是56頁\一共有66頁\編輯于星期日

對于無α-氫的芳醛，可以用鹵素直接取代醛基碳原子上的氫原子，生成相應(yīng)的芳酰鹵?，F(xiàn)在是57頁\一共有66頁\編輯于星期日第四節(jié)、鹵化氫與醇的置換反應(yīng)用鹵化氫與醇進行置換反應(yīng)，使鹵素原子置換醇羥基，其反應(yīng)機制屬于親核置換，是一個可逆平衡反應(yīng)，可用下列反應(yīng)通式表示：現(xiàn)在是58頁\一共有66頁\編輯于星期日

該反應(yīng)屬于親核取代反應(yīng)，其難易程度取決于反應(yīng)的平衡移動方向及其醇和鹵化氫的活性。根據(jù)化學(xué)平衡移動原理，增加ROH和HX的濃度，并且不斷地移去RX和H2O，可有利于的產(chǎn)率和加快反應(yīng)的速率。

醇的活性順序為：芐醇、烯丙醇＞叔醇＞仲醇＞伯醇

鹵化氫的活性為：

HI>HBr>HCl

在置換反應(yīng)中，活性較大的芐醇、烯丙醇和叔醇傾向于按SN1

機制進行，而其它醇在大多以SN2機制為主?，F(xiàn)在是59頁\一共有66頁\編輯于星期日

（一）氯置換

在醇