鹵烷

有机化合物

鹵烷(英語:haloalkanes 或 alkyl halides),又稱鹵代烷鹵代烷烴,是指烷烴分子中的一個或多個氫原子被鹵素原子(取代有機化合物,屬於鹵烴

鹵烷、鹵烯和鹵代芳族的結構,藍色X表示鹵素原子。

簡介

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天然存在的鹵烴種類不多,大多數鹵烴屬於合成產物。鹵烴一般用RX表示(X=F、Cl、Br、I),鹵原子是鹵烴的官能基。鹵烴容易發生碳鹵鍵異裂、鹵素被取代的反應。可以作為滅火劑製冷劑氣霧劑乾洗劑溶劑等,用途廣泛。某些鹵烷如氟氯碳化合物氟利昂)也是大氣污染的主要來源之一, 能導致臭氧層的破壞,增加地表面的紫外線輻射強度。

分類

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從結構的角度來看,鹵烷可以分成一級鹵烷、二級鹵烷、三級鹵烷。一個連有鹵素的碳原子與幾個碳原子直接相連(又叫一級碳二級碳三級碳),就是幾級鹵烷。例如,氯乙烷(CH3CH2Cl)是一級鹵烷。 從官能基的種類來看,鹵烷可以分成氟代烷氯代烷溴代烷碘代烷。它們的分子中有對應的碳鹵鍵。當然,有的分子中含有多種碳鹵鍵。常常使用以下名稱:氯氟烴(ClFCs)、氫氯氟烴(HClFCs)、氫氟烴(HFCs)。這些名稱常用於對鹵烷的環境影響問題的探討中。

名稱

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IUPAC命名法(系統命名法)

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將鹵素原子視為官能基而作為前綴,並標明其位置。例如,C2H5Br稱為溴乙烷(也可稱1-溴乙烷),CCl4稱為四氯甲烷(又名四氯化碳)。

俗名

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許多鹵烷常用俗名命名,如三鹵甲烷通稱鹵仿,它們已經被IUPAC認可。例如,CHCl3稱為氯仿(三氯甲烷俗稱哥羅芳)。同時,又可以把烷基當作取代基,鹵原子當作主體來命名,如甲基溴,三級丁基氯等。

為了不引起歧義,本文均使用系統命名法。

製備

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鹵烴可由烴類和鹵素或含鹵化合物反應得到。醇和一些含鹵化合物反應也能得到鹵烴。如:

 

反應

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鹵烷具有極性,很容易與親核試劑反應。其原因是鹵烷分子中,鹵素原子由於電負性較大,帶有部分負電荷,而與鹵素相連的碳原子帶有部分正電荷,導致其具有親電性

鹵烷的取代反應通常是鹵素成為離子離去,並生成鹵化物。鹵烷的烴基部分形成碳正離子(R+),並與進攻試劑反應。一個很典型的例子是水解反應,通常使用氫氧化鈉作為反應物。來自NaOH(aq)的OH-帶一個負電荷,是親核試劑。於是,具有孤對電子的氫氧根與碳成鍵,而碳鹵鍵發生異裂生成鹵素負離子,得到的產物為和鹵化鈉。假如所用親核試劑為,可以得到。用一級胺或二級胺也分別可以得到二級胺和三級胺。

氯代烷和溴代烷和碘化物(通常用碘化鈉)的反應(即芬克爾斯坦反應)生成的碘代烷反應性很好。

鹵烷也可以與許多負離子反應(如CN-SCN-N3-),鹵原子分別被這些基團所取代。這些反應在合成中很有用,且成本較低。例如,生成的可以被水解為羧酸。而若想得到胺類,可以通過以下反應:

鹵烷與鹼反應,可以得到包括醇、胺、硫醇硫醚等的一系列化合物。也可以與格氏試劑反應,得到鎂鹽,並增長碳鏈。

應用

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鹵烷在有機合成中被廣泛地用於形成碳正離子,在合成中起重大作用。

短鏈鹵烷(如二氯甲烷、三氯甲烷)常在工業上被用作非水溶劑。然而,由於其巨大的毒性和對環境的危害,鹵烷的使用受到限制較大[1]

因為氯氟烴相對毒性較小且蒸發熱大,故常被用作製冷劑推進劑。1985年聯合國有關臭氧層保護的國際公約(保護臭氧層維也納公約)簽訂後,氯氟烴的使用也受限制,取而代之的是氫氟烴的應用[2]

危害

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作為一類烷基化試劑,鹵烷都是潛在的致癌物。這一大類化合物中反應性更強的成員通常會帶來更大的風險,例如四氯甲烷[3]

參見

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引用

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  1. ^ 建筑灭火器配置设计规范(GB50140--2005). [2014-04-27]. (原始內容存檔於2014-04-27). 
  2. ^ 保护臭氧层维也纳公约. [2014-04-27]. (原始內容存檔於2014-04-27). 
  3. ^ Weber, Lutz W. D.; Boll, Meinrad; Stampfl, Andreas. Hepatotoxicity and Mechanism of Action of Haloalkanes: Carbon Tetrachloride as a Toxicological Model. Critical Reviews in Toxicology. 2003, 33 (2): 105–136. PMID 12708612. S2CID 435416. doi:10.1080/713611034.