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第七章 卤化反应


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
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。
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。
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
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。
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
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
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
(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
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
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。
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:
EtONa 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
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
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
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
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。
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,
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。
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