第二節(jié)　炔鍵的加成鹵化

一、鹵素與炔烴的加成

與烯烴相似，炔烴也能與鹵素發(fā)生親電加成反應(yīng)，但炔烴的親電加成比烯烴困難。炔烴與一摩爾鹵素（氯或溴）反應(yīng)，得到以反式加成為主要產(chǎn)物的鄰二鹵代烯烴。

例如[Kabalka G W and Yang K.Synth Commun，1998，28（20）：3807]：

又如有機(jī)合成中間體（E）-2，3-二溴-2-丁烯酸的合成。

（E）-2，3-二溴-2-丁烯酸[（E）-2，3-Dibromo-2-butenoic acid，（E）-2，3-Dibromobut-2-enoic acid]，C₄H₄Br₂O₂，243.88。無色結(jié)晶。mp 91～93℃。

制法　Ngi S I，AnselmiE，Abarbri M，et al.Org Synth，2008，85：231.

于安有攪拌器、溫度計(jì)、滴液漏斗的反應(yīng)瓶中，加入丁炔酸（2）3.0 g（0.036 mol），甲醇10 mL，氬氣保護(hù)下冰鹽浴冷至-10℃。

于25 min以上滴加溴11.51 g（3.7 mL，0.072 mol），控制滴加速度，反應(yīng)液溫度不能超過-5℃。加完后滴液漏斗用2 mL甲醇沖洗。生成的暗紅色溶液冰鹽浴冷卻下繼續(xù)攪拌反應(yīng)15 min。于5～7 min滴加1.32 mol/L的Na₂S₂O₅溶液30 mL，反應(yīng)放熱，當(dāng)過量的溴反應(yīng)完后反應(yīng)液呈淺黃色。乙醚提取4次，合并乙醚層，飽和鹽水洗滌，無水硫酸鎂干燥。過濾，旋轉(zhuǎn)濃縮，得淺黃色固體7.61 g，收率87％。將其溶于盛有10 mL二氯甲烷的燒杯中，加入10 mL己烷，于通風(fēng)櫥中放置15h，大多數(shù)溶劑揮發(fā)，過濾，石油醚洗滌，真空干燥，得無色結(jié)晶（1）6.69g，mp 91～93℃，收率76％。

在反應(yīng)中可以加入溴化鋰以提高溴負(fù)離子的濃度，減少溶劑引起的副反應(yīng)。例如：

在如下反應(yīng)中，炔丙酸乙酯與溴在四氯化碳溶液中于70℃反應(yīng)，則生成順-2，3-二溴-2-丙烯酸乙酯（Myers A G.Org Synth，1998，Coll Vol 9：117）。

若與兩摩爾鹵素（氯或溴）反應(yīng)，則生成四鹵代烷。

工業(yè)上在由乙炔制備四溴乙烷時(shí)，是將乙炔通入反應(yīng)塔底部，溴由反應(yīng)塔頂部加入，溴化液由底部移出。溴在反應(yīng)液中溶解，快速下沉，在下部反應(yīng)區(qū)吸收反應(yīng)熱，沸騰氣化移出反應(yīng)熱。由于二溴乙烯的溴化速率大于乙炔與溴的反應(yīng)速率，因此，即使溴的用量較少，主要產(chǎn)物也是四溴乙烷。當(dāng)乙炔過量1％～5％時(shí)，除了主要產(chǎn)物四溴乙烷外，還有少量的二溴乙烯、三溴乙烯、三溴乙烷和溴化氫。少量水的存在可以加速反應(yīng)。

碘或氯與炔烴的加成反應(yīng)，很多為光催化的自由基反應(yīng)機(jī)理，主要也是生成反式二鹵代烯烴，但碘加成也可以在催化劑存在下按照親電加成機(jī)理進(jìn)行。

而在如下反應(yīng)中加入LiAlH₄，再與碘反應(yīng)，則生成碘代烯醇（Havranek M，Sauerberg P，Mogensen J P，et al.Bioorg Med Chem Lett，2007，17：4144）：

對(duì)于雙鍵和叁鍵相隔一個(gè)以上碳原子的烯炔，與一摩爾鹵素（氯或溴）反應(yīng)時(shí)，優(yōu)先發(fā)生在雙鍵上。

炔烴的親電加成不如烯烴活潑，其原因與它們的結(jié)構(gòu)差別有關(guān)。首先叁鍵的鍵長（120 pm）比雙鍵（134 pm）短，炔烴的π–鍵更牢固，不易斷裂；其次sp雜化的叁鍵碳原子比sp²雜化的雙鍵碳原子電負(fù)性大，因此，前者對(duì)π–電子的束縛能力大，相應(yīng)的鍵不易極化和斷裂；第三，叁鍵不易生成鹵離子，生成的碳正離子穩(wěn)定性差，故炔烴的親電加成比烯烴困難。

氯化亞砜可以通過自由基型機(jī)理對(duì)炔烴進(jìn)行鹵素加成反應(yīng)。例如：

三溴化硼可以與炔烴按照硼氫化反應(yīng)機(jī)理進(jìn)行鹵素加成反應(yīng)。例如：

氟也可以與炔進(jìn)行加成反應(yīng)，加成產(chǎn)物隨溶劑不同而不同。1-苯基丙炔在甲醇中與氟反應(yīng)，四氟代物僅占23％。

上述反應(yīng)結(jié)果表明，反應(yīng)中有碳正離子生成。

二、鹵化氫與炔烴的加成

鹵化氫可以與炔烴按照離子型反應(yīng)進(jìn)行親電加成反應(yīng)。加成是分步進(jìn)行的，首先加成一分子鹵化氫，生成鹵乙烯型衍生物，而后再按照馬氏規(guī)則與第二分子鹵化氫進(jìn)行反應(yīng)，生成二鹵烷烴類化合物。由于反應(yīng)屬于離子型機(jī)理，為了減少溶劑參與的副反應(yīng)，在反應(yīng)過程中加入含鹵素負(fù)離子的物質(zhì)，有利于提高加成產(chǎn)物的收率。例如：

炔烴與鹵化氫的親電加成不如烯烴活潑。乙炔及其同系物與氯化氫、溴化氫反應(yīng)時(shí)，以氯化汞、溴化汞（沉淀于硅膠、活性炭上）為催化劑，于120～350℃進(jìn)行氣相反應(yīng)，可以順利地進(jìn)行第一步加成，生成氯乙烯、溴乙烯及其衍生物。

氯乙烯是合成聚氯乙烯的原料，工業(yè)上氯乙烯的一條合成路線如下：

乙烯基乙炔在氯化亞銅、氯化銨催化下與氯化氫于40～45℃反應(yīng)，生成2-氯-1，3-丁二烯，是合成氯丁橡膠的原料。

氟化氫在汞鹽（醋酸鹽、磷酸鹽或硫化物）催化下，也可以與乙炔及其同系物在氣相條件下進(jìn)行加成反應(yīng)。

乙炔與氟化氫在AlF₃存在下于250～260℃反應(yīng)，生成氟乙烯，其為合成聚氟乙烯樹脂的原料。

氟化氫在無水條件下常以六聚體（H₆F₆）的形式存在，可以作為氟化劑、溶劑、催化劑等使用，但有劇毒，沸點(diǎn)較低（19℃），不宜使用。后來發(fā)現(xiàn)了一些氟化氫的配合物，使用起來十分方便。例如1955年Hirschman首先報(bào)道的氟化氫-THF配合物，1960年Olah報(bào)道的氟化氫-吡啶配合物（PPHF，該試劑又稱為Olah試劑）等。Olah試劑是一種高濃度的氟化氫吡啶溶液，其中氟化氫的重量百分比可達(dá)70％，即使在50℃的情況下也不會(huì)放出氟化氫氣體，可用于多種不飽和鍵的氟化反應(yīng)。PPHF常與N-鹵代丁二酰亞胺聯(lián)合使用，對(duì)不飽和鍵進(jìn)行氟鹵化加成。其中烯烴的氟鹵化加成產(chǎn)物直接用氟化銀置換鹵素，可以得到二氟化物。

氟化氫的三乙胺鹽（Et₃N·nHF）也是一種廣泛使用的氟化加成試劑。與NBS聯(lián)合使用可以進(jìn)行烯鍵上的氟溴化反應(yīng)，反應(yīng)按照離子型機(jī)理進(jìn)行。例如：

氟化氫的三乙胺鹽也可以對(duì)烯醇進(jìn)行氟溴化加成反應(yīng)，再用堿處理則可以得到α-氟代環(huán)氧乙烷衍生物。例如：

端基炔與溴化氫進(jìn)行自由基型加成反應(yīng)，可以生成1-溴-1-烯。若端基炔與溴化氫進(jìn)行離子型加成反應(yīng)，則應(yīng)當(dāng)?shù)玫?-溴-1-烯，但該方法的收率很低，一般不適用于有機(jī)合成。若將端基炔轉(zhuǎn)化為1-三甲基硅基-1-炔，而后再與溴化氫加成，同時(shí)伴隨著溴化三甲基硅烷的消除，則可以較高收率的得到2-溴-1-烯。該反應(yīng)的第一步是溴化氫與1-三甲基硅基-1-炔的自由基型加成，隨后發(fā)生的是β-消除反應(yīng)。

三鍵上連有吸電子基團(tuán)的炔類化合物在醋酸中與鹵化鋰（鈉、鉀）反應(yīng)，可以生成順式加成產(chǎn)物，特別適用于3-鹵代丙烯酸、3-鹵代丙烯酸酯、3-鹵代丙烯腈、3-鹵代丙烯酰胺等的制備。

例如有機(jī)合成中間體（Z）-3-溴-2-丙烯酸乙酯的合成。

（Z）-3-溴-2-丙烯酸乙酯[Ethyl（Z）-3-bromo-2-propenoate]，C₅H₇BrO₂，179.01。無色液體。bp 92～93℃/5.30 kPa。溶于乙醇、乙醚、氯仿、乙酸乙酯、苯等有機(jī)溶劑，不溶于水。

制法　Ma S M，Lu X Y.Org Synth，1998，Coll Vol 9：415.

于安有攪拌器、通氣導(dǎo)管、回流冷凝器的反應(yīng)瓶中，加入溴化鋰10 g（0.115 mol），乙腈100 mL，冰醋酸7 g（0.116 mol），2-丙炔酸乙酯（2）9 g（0.092 mol），通入氮?dú)?，攪拌下回流反?yīng)24 h。冷至室溫，加入水20 mL，用固體碳酸鉀中和。分出有機(jī)層，水層用乙醚提取三次。合并有機(jī)層，無水硫酸鎂干燥，減壓濃縮后，剩余物減壓蒸餾，收集92～93℃/5.3 kPa的餾分，得化合物（1）14g，收率85％。

又如（Marek I，Meyer C，Normant J F.Org Synth，1998，Coll Vol 9：510）：

反應(yīng)機(jī)理一般認(rèn)為是鹵負(fù)離子對(duì)缺電子碳-碳三鍵的親核加成。鹵負(fù)離子對(duì)三鍵進(jìn)行親核加成時(shí)，可能生成如下兩種過渡態(tài)[1]和[2]：

顯然，過渡態(tài)[1]由于鹵素原子的未共電子對(duì)與另一碳原子空軌道的電子處于雙鍵的同側(cè)，有排斥作用而能量較高。過渡態(tài)[2]則二者處于雙鍵的異側(cè)而較穩(wěn)定，所以反應(yīng)的主要產(chǎn)物是Z-型異構(gòu)體。例如：

三、次鹵酸與炔烴的加成

次氯酸及其酯可以與炔類化合物反應(yīng)，生成α-鹵代酮類化合物。例如：

當(dāng)炔與用高碘酸-亞硫酸氫鈉原位生成的次碘酸反應(yīng)時(shí)，生成不含鹵素的酮，例如苯乙炔反應(yīng)后生成苯乙酮。苯乙酮是升壓藥依替福林（Etilefrine）、去氧腎上腺素（Phenylephrine）等的中間體。

苯乙酮（Acetophenone），C₈H₈O，120.15。無色液體。

制法　Masuda H，Ishii Y，et al.J Org Chem，1994，59（19）：5550.

于安有攪拌器、溫度計(jì)、滴液漏斗的反應(yīng)瓶中，加入HIO₄·2H₂O 12 mmol，苯乙炔（2）10 mmol，乙腈20 mL，水6 mL，攪拌溶解，室溫?cái)嚢柘侣渭? mol/L的亞硫酸氫鈉24 mL，約1 h加完。加完后繼續(xù)室溫?cái)嚢璺磻?yīng)2 h。乙醚提取3次，合并乙醚層，無水硫酸鎂干燥。過濾，蒸出乙醚，得粗品（1）。過硅膠柱純化，得油狀化合物（1），收率45％。

而與用溴酸鈉-亞硫酸氫鈉原位生成的次溴酸反應(yīng)時(shí)，則主要產(chǎn)物時(shí)α，α-二溴代酮。

例如1，1-二溴-2-辛酮的合成[Masuda H，Ishii Y，et al.J Org Chem，1994，59（19）：5550]：

四、炔烴的硼氫化-鹵化反應(yīng)

和烯烴的硼氫化-鹵化反應(yīng)相似，炔烴也可以發(fā)生硼氫化-鹵化反應(yīng)。端基炔與二-（1，2-二甲基丙基）硼烷（Sia₂BH）進(jìn)行單硼氫化，而后與溴進(jìn)行反式加成（溴離子）。加成產(chǎn)物有兩種分解方式：加成產(chǎn)物進(jìn)行水解（反式消除），則生成順式溴代乙烯衍生物；加成產(chǎn)物進(jìn)行熱解（順式消除），則生成反式溴代乙烯衍生物。該方法是順、反異構(gòu)鹵代乙烯的一種簡(jiǎn)便的立體選擇合成法。

芳基直接連在炔鍵的端基炔進(jìn)行上述反應(yīng)時(shí)，立體定向性恰恰相反。加成產(chǎn)物水解生成反式溴代物，而加熱時(shí)則生成順式溴代物。這可能是由于溴原子順式加成之故（芳環(huán)和硼試劑體積均較大，不利于溴的反式加成而更有利于順式加成）。

端基炔與鄰苯二氧硼烷進(jìn)行硼氫化反應(yīng)，繼而水解生成反1-烯基硼酸。在0℃、氫氧化鈉乙醚溶液中，與碘反應(yīng)生成反式乙烯基碘，與ICl反應(yīng)同樣得到乙烯基碘。這是實(shí)現(xiàn)碘化氫反馬氏加成到端基三鍵的一種間接方法。

生成反式乙烯基鹵化物的可能的機(jī)理如下：

值得指出的是，該反應(yīng)不能用于由非端基炔制備的乙烯基硼酸。然而，無論是由端基炔還是非端基炔制備的烯基硼酸，與溴（必須是2 mol）反應(yīng)繼而用堿處理，都可以得到相應(yīng)的烯基溴，但生成的烯基溴是順式烯基溴，而不是反式。

烯基硼酸用溫和的氧化劑及NaBr或NaI處理，可以分別得到乙烯基溴和乙烯基碘。用氯處理由端基炔制得的烯基硼酸，可以生成構(gòu)型改變的乙烯基氯[Kunda S A，Smith T L，Hylarides M D and Kabalka G W.Tetrahedron Lett，1985，25（3）：279]。

五、炔烴的酰基化反應(yīng)

在三氯化鋁等Lewis酸催化下，酰氯與炔類化合物可以反應(yīng)，生成?；吐葘?duì)三鍵的加成產(chǎn)物。反應(yīng)屬于三鍵上的親電加成。例如前列腺素類新藥中間體（E）-3-氯-1-苯基丙-2-烯-1-酮的合成如下。

（E）-3-氯-1-苯基丙-2-烯-1-酮[（E）-3-Chloro-1-phenylprop-2-en-1-one]，C₉H₇ClO，166.61。黃色液體。

制法　馬養(yǎng)民，傅建熙，張作省.西北林業(yè)科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2003，31（1）：142.

于安有攪拌器、溫度計(jì)、通氣導(dǎo)管、滴液漏斗的反應(yīng)瓶中，加入二氯甲烷300 mL，于10℃左右通入乙炔氣體至飽和，加入無水三氯化鋁31 g，攪拌下滴加苯甲酰氯（2）25 mL（0.215 mol），溫度逐漸升高，控制反應(yīng)液溫度在20～25℃，約20 min加完。此時(shí)三氯化鋁基本溶解，反應(yīng)液呈紫紅色。保持20～25℃繼續(xù)通入乙炔6 h，至不再吸收乙炔為止。將反應(yīng)液倒入500 g冰和鹽中，分出有機(jī)層，水層用乙醚提取3次。合并有機(jī)層，飽和鹽水洗滌2次，無水硫酸鈉干燥。過濾，濃縮，得黃色液體（1）28.6 g，收率79.8％。