鹵化

鹵化是一種化工單元過程，是向有機化合物分子中引入鹵素原子的過程，最常用的是向烴分子中引入鹵素原子，形成“鹵烴”，由於鹵烴相當活潑，很容易被其他原子或“基”置換，因此常用於有機合成製造中間體的過程。鹵化也可以指無機化合物（例如金屬）引入鹵素原子的過程。

基本介紹

• 中文名：鹵化
• 外文名：Halogenation
• 性質：專業術語
• 領域：化學

過程

鹵化的途徑和化學劑量和其化學結構的特性、有機化合物的官能基或鹵化的鹵族元素都有關係。鹵素是氟、氯、溴、碘、砹五種元素的總稱，因此鹵化也分為氟化、氯化、溴化和碘化。碘比氯和溴要貴上很多，因而化工生產中最常用的是氯化法和溴化法。常用的氯化劑是氯氣或氯化氫。因為氟氣氧化性太強，通常會將反應物直接氧化分解，因而氟化一般用相應的氟化劑。

鹵化的例子有乙炔被氯化氫氯化，可以生成氯乙烯，成為製造塑膠聚氯乙烯的原料；苯被氯化生成六氯苯等。

脫鹵反應（Dehalogenation）是鹵化的逆反應，就是從分子中移除鹵族元素，最常見的是脫鹵化氫反應。

有機化合物

有機化合物鹵化有很多反應途徑，包括自由基鹵化、酮基鹵化、親電子鹵化和鹵化加成反應。

自由基

典型得飽和碳氫化合物沒有加上鹵族元素但透過自由基鹵化，而是藉由鹵族元素取代氫原子。鹵化完類在區域化學上常常被決定於相對可使用較弱的C-H鍵結。這反應傾向二席和三級碳的位置因為越穩定的結構樂會導致自由基和躍遷能階產生反應。自由基鹵化被使用在工業製造甲烷氯化物。

CH₄+ Cl₂→ CH₃Cl + HCl

烯炔加成

不飽和化合物，特別是烯和炔，加成鹵化。

RCH=CHR' + X₂→ RCHX-CHXR'

烯類的加成鹵化會產生中間產物鹵離子。特別地，這箇中間產物可以把它分離出來。

芳香化合物

芳香化合物的鹵化是親電子的鹵化反應。

RC₆H₅+ X₂→ HX + RC₆H₄X

此鹵化機制受鹵族元素的影響，氟和氯比較有親電的特性以及為比較強的鹵化劑，溴跟氟和氯比起來是比較弱的鹵化劑，但碘是它們當中反應最弱的。此脫氫鹵化的機制遵循反轉趨勢:碘是最容易從有機物中移除而有機氟化物則有最高穩定度。

其他方法

Hunsdiecker反應，是從羧酸中提出短煉鹵化物，其第一個會產生銀鹽，其之後會和鹵族元素氧化。

RCO₂Ag + Br₂→ RBr + CO₂+ AgBr

Sandmeyer反應是從芳香鹵化物重氮鹽中得到，此化合物是從苯胺中得到。

Hell–Volhard–Zelinsky halogenation是縮酸中的α上碳進行鹵化。

依鹵族元素

氟化

氟和飽和或不飽和的有機化合物反應，反應快速，容易爆炸。此反應需要在專業環境下進行。實際套用中，有機化合物常用電化學進行鹵化。最近發現可用氟化氫在陰極當作氟的來源，這方法叫作電化學氟化(ECF)。除了用電化學產生氟，還有各種氟化試劑的套用像是二氟化氙和氟化鈷。

氯化

氯化會產生放熱反應。所有的飽和或不飽和化合物會和氯直接產生反應。此組成常需要紫外光幫忙裂解氯原子。氯化在工業上常用來製造1,2 - 二氯乙烷(PVC)還有當作溶劑的乙烷。另一種是用氯化氫和氧結合進行氧氯化，此效果必直接氯化(用Cl₂)來的好。

氧氯化

氧氯化是混合氯化氫 (HCl)和氧 (O₂)讓碳氫化合物氯化，這個方法工業上很愛用因為氯化氫比氯便宜。最常用的反應物是以烯。

CH₂=CH₂+ 2 HCl + ½ O₂→ ClCH₂CH₂Cl + H₂O

此反應一開始由氯化銅(CuCl₂，一種從1,2-二氯乙烷產生的催化劑)，有時候CuCl₂會在二氧化矽中做為助催化劑幫助產生KCl, LaCl₃, 或 AlCl₃。除了二氧化矽，也可以用礬土、硅藻土或浮石作為輔助反應。因為這些反應會放出高能量(238kJ/mol) ，催化溫度上得受到控制以免熱烈解。催化對於碳氫化合物的雙鍵氯化扮演很重要的角色，因為CuCl₂是其中提供氯原子雙鍵的化合物之一。

CH₂=CH₂+ 2 CuCl₂→ 2 CuCl + ClH₂C-CH₂Cl

氯化銅依序會由氯化亞銅和氧反應再來和氯化氫反應而產生。

ClCH₂CH₂Cl → CH₂=CHCl + HCl

2 HCl + CH₂=CH₂+ ½ O₂→ ClCH₂CH₂Cl + H₂O

HCl由以上步驟循環反應進行氧氯化，反應物會自己產生也是工業上愛用氧氯化而不是氯化的原因。

溴化

溴化比氯化還具有選擇性因為反應放出的能量比較少，一般的溴化是加成Br₂到烯類上面，自然界中比較常有飽和碳氫化合物和芳香化合物的溴化，形成有機溴化化合物。常用的催化劑是溴過氧化物酶，其是利用溴和氧的結合形成氧化劑。 溴化的一個例子是可以在三氯乙烯中進行有機合成做出麻醉劑halothane。

有機溴化合物是自然界中最常見的鹵化化合物，它的形成是透過溴過氧化物酶進行催化。海洋被估計每年會是放1-2百萬噸的溴仿和56,000噸的溴甲烷。

碘化

碘是反應最弱的鹵化物，最難和大部分的有機化合物反應。碘與烯類加成是用一種分析的方法叫作碘質，它是用來測量脂肪的不飽和程度的一種方法。碘仿反應包刮會降解甲基酮。

無機化學

除了氬、氖、氦以外的元素都會直接和氟反應形成氟化物。氯的選擇性較強，但仍可以和大部分的金屬元素和較重的非金屬元素反應。按照趨勢，溴的活性較弱，而碘的活性最弱。可能的反應像金的氯化產生氯化金。在工業上金屬直接氯化較不重要，因為比較容易金屬氧化物和鹵化氫反應來進行鹵化。像三氯化磷和一氯化硫的生產,是較大規模直接進行無機化合物鹵化的例子。