卤代反应

卤化是一种化工单元过程，是向有机化合物分子中引入卤素原子的过程，最常用的是向烃分子中引入卤素原子，形成“卤烃”，由于卤烃相当活泼，很容易被其他原子或“基”置换，因此常用于有机合成制造中间体的过程。卤化也可以指无机化合物（例如金属）引入卤素原子的过程。卤化的途径和化学剂量和其化学结构的特性、有机化合物的官能基或卤化的卤族元素都有关系。卤素是氟、氯、溴、碘、砹五种元素的总称，因此卤化也分为氟化、氯化、溴化和碘化。碘比氯和溴要贵上很多，因而化工生产中最常用的是氯化法和溴化法。常用的氯化剂是氯气或氯化氢。因为氟气氧化性太强，通常会将反应物直接氧化分解，因而氟化一般用相应的氟化剂。卤化的例子有乙炔被氯化氢氯化，可以生成氯乙烯，成为制造塑料聚氯乙烯的原料；苯被氯化生成六氯苯等。脱卤反应（Dehalogenation）是卤化的逆反应，就是从分子中移除卤族元素，最常见的是脱卤化氢反应。有机化合物卤化有很多反应途径，包括自由基卤化、酮基卤化、亲电子卤化和卤化加成反应。典型的饱和碳氢化合物（烷、环烷）透过自由基卤化，借由卤族元素取代氢原子。卤化烷类在区域化学上常常被决定于相对可使用较弱的C-H键结。这反应倾向二级和三级碳的位置，因愈稳定的结构愈会导致自由基和跃迁能阶产生反应。自由基卤化被使用在工业制造甲烷氯化物。不饱和化合物，特别是烯和炔，行加成卤化:烯类的加成卤化会产生中间产物卤离子。特别地，这个中间产物可以把它分离出来。芳香化合物的卤化是亲电子的卤化反应:此卤化机制受卤族元素的影响，氟和氯比较有亲电的特性以及为比较强的卤化剂，溴跟氟和氯比起来是比较弱的卤化剂，但碘是它们当中反应最弱的。此脱氢卤化的机制遵循反转趋势:碘是最容易从有机物中移除而有机氟化物则有最高稳定度。Hunsdiecker反应，是从羧酸中提出短炼卤化物，其第一个会产生银盐，其之后会和卤族元素氧化:Sandmeyer反应是从芳香卤化物重氮盐中得到，此化合物是从苯胺中得到。Hell–Volhard–Zelinsky halogenation是羧酸中的α上碳进行卤化。氟和饱和或不饱和的有机化合物反应，反应快速，容易爆炸。此反应需要在专业环境下进行。实际应用中，有机化合物常用电化学进行卤化。最近发现可用氟化氢在阴极当作氟的来源，这方法叫作电化学氟化(ECF)。除了用电化学产生氟，还有各种氟化试剂的应用像是二氟化氙和氟化钴。氯化会产生放热反应。所有的饱和或不饱和化合物会和氯直接产生反应。此组成常需要紫外光帮忙裂解氯原子。氯化在工业上常用来制造1,2 - 二氯乙烷(PVC)还有当作溶剂的乙烷。另一种是用氯化氢和氧结合进行氧氯化，此效果必直接氯化(用Cl2)来的好。氧氯化是混合氯化氢 (HCl)和氧 (O2)让碳氢化合物氯化，这个方法工业上很爱用因为氯化氢比氯便宜。最常用的反应物是以烯:此反应一开始由氯化铜 (CuCl2 ，一种从1,2-二氯乙烷产生的催化剂)，有时候CuCl2会在二氧化硅中做为助催化剂帮助产生KCl, LaCl3, 或 AlCl3。除了二氧化硅，也可以用矾土、硅藻土或浮石作为辅助反应。因为这些反应会放出高能量(238 kJ/mol) ，催化温度上得受到控制以免热烈解。催化对于碳氢化合物的双键氯化扮演很重要的角色，因为CuCl2是其中提供氯原子双键的化合物之一。反应是如下:氯化铜依序会由氯化亚铜和氧反应再来和氯化氢反应而产生:氧氯化在制造1,2 - 二氯乙烷方面是很重要的，之后可以做出氯乙烯，其反应是如下:HCl由以上步骤循环反应进行氧氯化，反应物会自己产生也是工业上爱用氧氯化而不是氯化的原因。溴化比氯化还具有选择性因为反应放出的能量比较少，一般的溴化是加成Br2到烯类上面，自然界中比较常有饱和碳氢化合物和芳香化合物的溴化，形成有机溴化化合物。常用的催化剂是溴过氧化物酶，其是利用溴和氧的结合形成氧化剂。 溴化的一个例子是可以在三氯乙烯中进行有机合成做出麻醉剂halothane:有机溴化合物是自然界中最常见的卤化化合物，它的形成是透过溴过氧化物酶进行催化。海洋被估计每年会释放1-2百万吨的溴仿和56,000吨的溴甲烷。碘是反应最弱的卤化物，最难和大部分的有机化合物反应。碘与烯类加成是用一种分析的方法叫作碘质，它是用来测量脂肪的不饱和程度的一种方法。碘仿反应包刮会降解甲基酮。除了氩、氖、氦以外的元素都会直接和氟反应形成氟化物。氯的选择性较强，但仍可以和大部分的金属元素和较重的非金属元素反应。按照趋势，溴的活性较弱，而碘的活性最弱。可能的反应像金的氯化产生氯化金。在工业上金属直接氯化较不重要，因为比较容易金属氧化物和卤化氢反应来进行卤化。像三氯化磷和一氯化硫的生产,是较大规模直接进行无机化合物卤化的例子。