芬克尔斯坦反应

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简介

命名反应是有机反应，以相应科学家做出的发现命名。许多命名反应在经济和商业上都非常有用。芬克尔斯坦反应就是这样一种存在于有机化学中的命名反应。芬克尔斯坦反应由德国化学家汉斯·芬克尔斯坦提出。它是一个重要的有机反应，以科学家的名字命名。它也是一个遵循双分子亲核取代反应的平衡反应。它是一种有机交换反应，其中特定化合物中存在的一个卤素原子已与来自不同化合物的另一个卤素原子交换。

什么是芬克尔斯坦反应？

由于芬克尔斯坦反应涉及卤素交换过程，因此卤素交换或 Halex 反应也被赋予了两个名称。卤素原子的取代遵循 SN2 机制。该反应涉及在极性非质子溶剂的存在下，烷基卤化物与金属碘化物反应生成烷基碘化物的过程。只有存在伯卤化物时，反应才会进行。正在进行的反应为：

用于此反应的卤素可以是氯或溴。用于该反应的溶剂是乙酸，它是一种极性非质子溶剂。它是一种共价化合物，因此它可以溶解共价分子。反应进行的驱动力是形成相应的金属的微溶性沉淀或盐。在卤化物中，伯卤化物比仲卤化物更具反应性。

芬克尔斯坦反应的例子

芬克尔斯坦反应有助于许多烷基卤化物的生产或合成。因此，芬克尔斯坦反应有很多例子。该反应的一些例子是：

• 碘化钠与溴甲烷反应生成碘甲烷是芬克尔斯坦反应的一个例子。并且获得溴化钠作为副产物。反应为：

$$\mathrm{Nal\:+\:CH_{3}Br\:\rightarrow\:NaBr}$$

• 碘化钠与氯乙烷反应生成碘乙烷也是芬克尔斯坦反应的一个例子。并且获得氯化钠作为酸性副产物。反应为：

$$\mathrm{CH_{3}CH_{2}Cl\:+\:Nal\:\rightarrow\:CH_{3}CH_{2}l\:+\:NaCl}$$

• 碘化钠与溴乙烷反应生成碘乙烷也是芬克尔斯坦反应的一个例子。并且获得溴化钠作为酸性副产物。反应为：

$$\mathrm{CH_{3}CH_{2}Br\:+\:Nal\:\rightarrow\:CH_{3}CH_{2}l\:+\:NaBr}$$

• 使用该反应将 5-溴戊酸转化为碘化物。此处发生的反应为：

$$\mathrm{Nal\:+\:EtO_{2}C(CH_{2})_{4}Br\:\rightarrow\:EtO_{2}C(CH_{2})_{4}4l\:+\:NaBr}$$

芬克尔斯坦反应机理

用于进行此反应的反应物为：碘化钠，NaI，烷基溴化物或烷基氯化物，以及丙酮，$\mathrm{C_{3}H_{60}}$。它遵循 SN2 机制，因此该反应的反应机理易于理解。因此，存在立体化学的反转。金属卤化物的溶解度差是正向反应的原因。它是一个单步反应，其中碘化钠中存在的亲核试剂对烷基卤化物进行攻击。并且进一步导致形成卤化钠和烷基碘化物。在反应过程中，溴化钠或氯化钠以沉淀物的形式形成，并且不溶于丙酮。在此反应中发生的机理为：

$береста$, 芬克尔斯坦反应机理 V1, CC0 1.0

芳香族芬克尔斯坦反应

通常，芳香族化合物中碘的取代不会如此容易发生。但是，除了芬克尔斯坦反应物外，还可以使用催化剂使该过程变得高效。用于芳香族芬克尔斯坦反应正常运行的催化剂是与二胺配体结合的碘化铜（I）。还可以使用一些其他催化剂，例如三正丁基膦和溴化镍。以下反应显示了在丙酮存在下，苄基氯化物与碘化钠反应生成苄基碘化物。

MegaByte07, 苄基碘化物的合成, CC BY-SA 3.0

在铜催化剂的帮助下，芳香族芬克尔斯坦反应的第一步涉及氧化加成反应。然后发生卤素交换，并且在该反应的最后一步发生还原消除，这将进一步导致相应催化剂的再生。使用与二胺配体结合的碘化铜（I）是芳香族芬克尔斯坦反应中的理想催化剂。芳香族卤化物中发生的铜催化反应如下所示。

芬克尔斯坦反应的用途

该命名反应用途广泛。芬克尔斯坦反应的一些用途为：

• 由于它处理烷基卤化物，因此可用于烷基卤化物的分析。因为通过进行反应，烷基卤化物的量会减少。

• 对于烷基碘化物的工业用途，该反应被广泛用于生产烷基碘化物。

• 它也用于检测一类烷基碘化物。

• 使用该反应合成金鸡纳酸。

• 它用于制备α-碘烷基酯。

结论

芬克尔斯坦反应是一种有机命名反应，它以更好的方式涉及烷基碘化物的生产。烷基碘化物的生产是一个复杂的机制，但借助此反应，它变得很容易。它涉及使用烷基卤化物和金属碘化物，例如碘化钠。在反应中使用有机极性非质子溶剂丙酮。它是一个单步双分子反应，遵循 SN2 机制。反应的第一步是亲核进攻。然后发生相应的卤素取代，并且将形成烷基碘化物。钠盐也以沉淀物的形式沉淀在反应中。该反应还有一些其他应用，特别是在烷基卤化物的分析中。

常见问题

1. 为什么在芬克尔斯坦反应中只使用碘化钠，而不使用氯化钠或溴化钠？

这是因为 Fajans 规则，其中阴离子越大，阳离子越小，相应化合物的共价特性就越强。因此，碘化钠比其他卤化钠具有更强的共价特性，因此使用它而不是其他卤化物。

2. 为什么在芬克尔斯坦反应中使用丙酮？

丙酮是一种重要的有机溶剂，广泛用于多种有机合成中。在芬克尔斯坦反应中，丙酮用作溶剂，因为这样可以帮助此反应中的正向反应进行。并且基于勒夏特列原理。

3. 芬克尔斯坦反应在哪些条件下发生？

芬克尔斯坦反应取决于几个因素才能正常运行。芬克尔斯坦反应中必须遵循的一些必要条件为：

• 碘化钠的亲核性，因为第一次攻击来自该反应物。

• 碳和卤素之间的键必须足够弱才能进行反应。

• 连接到烷基卤化物的基团的性质。

• 如果烷基卤化物的反应性增加，速率也将增加。

4. 芬克尔斯坦反应的优点是什么？

该有机反应的一些优点是：借助该反应，溴化过程变得容易，该反应涉及某些沉淀物的形成，因此它被用作反应完成的驱动力，并且在芳香族反应中使用的催化剂在反应完成后易于再生。

5. 什么是弗兰克兰反应？

它也是一个命名反应，涉及使用与芬克尔斯坦反应中形成的相同反应物烷基碘化物生成二烷基锌。