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烃分子中的氢原子被卤素原子取代后的化合物称为卤代烃(Haloalkane),简称卤烃。卤代烃的通式为:(Ar)R-X,X可看作是卤代烃的官能团,包括F、Cl、Br、I。
物理性质基本上与烃相似。低级的是气体或液体,高级的是固体。它们的沸点随分子中碳原子和卤素原子数目的增加(氟代烃除外)和卤素原子序数的增大而升高。一氟代烃和一氯代烃一般比水轻,溴代烃、碘代烃及多卤代烃比水重。一些卤代烃的沸点和相对密度见表。绝大多数卤代烃不溶于水或在水中溶解度很小,但它们能溶于很多有机溶剂,有些可以直接作为溶剂使用。卤代烃大都具有一种特殊气味,多卤代烃一般都难燃或不燃。
化学性质卤代烃是一类重要的有机合成中间体,是许多有机合成的起始原料,它能发生许多化学反应,如取代反应、消去反应等。卤代烷中的卤素容易被许多亲核试剂(Nu)如─OH、─OR、─CN、NH3或H2NR取代,生成相应的醇、醚、腈、胺等化合物,一般反应式可写为: R─X+:Nu─→R─Nu+:X
碘代烷最容易发生取代反应,溴代烷次之,氯代烷又次之,芳基和乙烯基卤代物由于碳-卤键连接较为牢固,很难发生类似反应。
卤代烃可以发生消去反应,在碱的醇溶液中的作用下脱去卤化氢生成碳-碳双键或碳-碳叁键:
如:溴乙烷在氢氧化钠的醇溶液中发生消去反应,生成乙烯气体和溴化钠和水。
邻二卤化合物除可以进行脱卤化氢的反应外,在锌粉(或镍粉)作用下还可发生脱卤反应生成烯烃。此外,某些卤代烃在强碱的作用下,能够发生 α-消除,从而产生卡宾。例如,氯仿与叔丁醇钾反应,产生二氯卡宾等:
卤代烃能与某些金属作用,生成金属有机化合物,例如与锂、镁等反应,生成有机锂、有机镁化合物,它们都是有机合成中极重要的试剂,其中镁试剂称为格利雅试剂:.
简单的卤代烃,如氯(代)甲烷、二氯甲烷等,多是在高温或光照条件下由烷烃直接卤化制得。结构复杂的卤代烃则多由相应的醇或不饱和烃制得。
对于一卤代烃而言,通常用醇、烃来制取:
(1)由醇制取:是普遍采用的经典方法。常用的试剂有氢卤酸、卤化磷及氯化亚砜(SOCl,或称亚硫酰氯)。
A.醇与氢卤酸作用:
ROH+HX===RX+H2O
这是一个可逆反应。为了使反应完全,设法从反应中不断地移去水,可以提高产率,例如在制备氯代烃时,采用干燥氯化氢气体在无水氯化锌存在下通入醇中;制备溴代烃时,是将溴化钠与浓硫酸的混合物与醇共热;制备碘代烃时,将醇与氢碘酸一起回流。 值得一提的是,这并不是一种合成卤烃的好方法。主要是因为有些醇在反尖过程中会发生重排,生成混合产物。
B.醇与卤化磷作用。醇与卤化磷作用,可以制备氯代烃、溴代烃和碘代烃。制备溴代烃或碘代烃常用三溴化磷或碘化磷。例如:
3C2H5OH+PBr3==3C2H5Br+P(OH)3
3C4H9O+HPI2==3C4H9I+P(OH)3
所用的三卤化磷是用赤磷和溴或碘直接加入醇中反应。
制备氯代烃一般不采用三氯化磷,常因生成亚磷酸酯而使产率只能达到50%左右:
3ROH+PCl3==P(OR)3+3HCl
所以,一般采用五氯化磷与醇反应制取氯代烃。
ROH+PCl5==RCl+POCl3+HCl
C.醇与氯化亚砜(SOCl)作用。这是制备氯代烃最常用的方法之一。
ROH+SOCl2=RCl+SO2+HCl
反应生成的副产物都是气体,容易除去,故产品纯度高,产率可达90%左右。工业生产也多采用此法。
(2)用烃制备
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