芬克爾斯坦反應

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簡介

命名反應是有機反應，以相應科學家做出的發現命名。許多命名反應在經濟和商業上都非常有用。芬克爾斯坦反應就是這樣一種存在於有機化學中的命名反應。芬克爾斯坦反應由德國化學家漢斯·芬克爾斯坦提出。它是一個重要的有機反應，以科學家的名字命名。它也是一個遵循雙分子親核取代反應的平衡反應。它是一種有機交換反應，其中特定化合物中存在的一個鹵素原子已與來自不同化合物的另一個鹵素原子交換。

什麼是芬克爾斯坦反應？

由於芬克爾斯坦反應涉及鹵素交換過程，因此鹵素交換或 Halex 反應也被賦予了兩個名稱。鹵素原子的取代遵循 SN2 機制。該反應涉及在極性非質子溶劑的存在下，烷基鹵化物與金屬碘化物反應生成烷基碘化物的過程。只有存在伯鹵化物時，反應才會進行。正在進行的反應為：

用於此反應的鹵素可以是氯或溴。用於該反應的溶劑是乙酸，它是一種極性非質子溶劑。它是一種共價化合物，因此它可以溶解共價分子。反應進行的驅動力是形成相應的金屬的微溶性沉澱或鹽。在鹵化物中，伯鹵化物比仲鹵化物更具反應性。

芬克爾斯坦反應的例子

芬克爾斯坦反應有助於許多烷基鹵化物的生產或合成。因此，芬克爾斯坦反應有很多例子。該反應的一些例子是：

• 碘化鈉與溴甲烷反應生成碘甲烷是芬克爾斯坦反應的一個例子。並且獲得溴化鈉作為副產物。反應為：

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

• 碘化鈉與氯乙烷反應生成碘乙烷也是芬克爾斯坦反應的一個例子。並且獲得氯化鈉作為酸性副產物。反應為：

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

• 碘化鈉與溴乙烷反應生成碘乙烷也是芬克爾斯坦反應的一個例子。並且獲得溴化鈉作為酸性副產物。反應為：

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

• 使用該反應將 5-溴戊酸轉化為碘化物。此處發生的反應為：

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

芬克爾斯坦反應機理

用於進行此反應的反應物為：碘化鈉，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 機制，因此該反應的反應機理易於理解。因此，存在立體化學的反轉。金屬鹵化物的溶解度差是正向反應的原因。它是一個單步反應，其中碘化鈉中存在的親核試劑對烷基鹵化物進行攻擊。並且進一步導致形成鹵化鈉和烷基碘化物。在反應過程中，溴化鈉或氯化鈉以沉澱物的形式形成，並且不溶於丙酮。在此反應中發生的機理為：

$береста$, 芬克爾斯坦反應機理 V1, CC0 1.0

芳香族芬克爾斯坦反應

通常，芳香族化合物中碘的取代不會如此容易發生。但是，除了芬克爾斯坦反應物外，還可以使用催化劑使該過程變得高效。用於芳香族芬克爾斯坦反應正常執行的催化劑是與二胺配體結合的碘化銅（I）。還可以使用一些其他催化劑，例如三正丁基膦和溴化鎳。以下反應顯示了在丙酮存在下，苄基氯化物與碘化鈉反應生成苄基碘化物。

MegaByte07, 苄基碘化物的合成, CC BY-SA 3.0

在銅催化劑的幫助下，芳香族芬克爾斯坦反應的第一步涉及氧化加成反應。然後發生鹵素交換，並且在該反應的最後一步發生還原消除，這將進一步導致相應催化劑的再生。使用與二胺配體結合的碘化銅（I）是芳香族芬克爾斯坦反應中的理想催化劑。芳香族鹵化物中發生的銅催化反應如下所示。

芬克爾斯坦反應的用途

該命名反應用途廣泛。芬克爾斯坦反應的一些用途為：

• 由於它處理烷基鹵化物，因此可用於烷基鹵化物的分析。因為透過進行反應，烷基鹵化物的量會減少。

• 對於烷基碘化物的工業用途，該反應被廣泛用於生產烷基碘化物。

• 它也用於檢測一類烷基碘化物。

• 使用該反應合成金雞納酸。

• 它用於製備α-碘烷基酯。

結論

芬克爾斯坦反應是一種有機命名反應，它以更好的方式涉及烷基碘化物的生產。烷基碘化物的生產是一個複雜的機制，但藉助此反應，它變得很容易。它涉及使用烷基鹵化物和金屬碘化物，例如碘化鈉。在反應中使用有機極性非質子溶劑丙酮。它是一個單步雙分子反應，遵循 SN2 機制。反應的第一步是親核進攻。然後發生相應的鹵素取代，並且將形成烷基碘化物。鈉鹽也以沉澱物的形式沉澱在反應中。該反應還有一些其他應用，特別是在烷基鹵化物的分析中。

常見問題

1. 為什麼在芬克爾斯坦反應中只使用碘化鈉，而不使用氯化鈉或溴化鈉？

這是因為 Fajans 規則，其中陰離子越大，陽離子越小，相應化合物的共價特性就越強。因此，碘化鈉比其他鹵化鈉具有更強的共價特性，因此使用它而不是其他鹵化物。

2. 為什麼在芬克爾斯坦反應中使用丙酮？

丙酮是一種重要的有機溶劑，廣泛用於多種有機合成中。在芬克爾斯坦反應中，丙酮用作溶劑，因為這樣可以幫助此反應中的正向反應進行。並且基於勒夏特列原理。

3. 芬克爾斯坦反應在哪些條件下發生？

芬克爾斯坦反應取決於幾個因素才能正常執行。芬克爾斯坦反應中必須遵循的一些必要條件為：

• 碘化鈉的親核性，因為第一次攻擊來自該反應物。

• 碳和鹵素之間的鍵必須足夠弱才能進行反應。

• 連線到烷基鹵化物的基團的性質。

• 如果烷基鹵化物的反應性增加，速率也將增加。

4. 芬克爾斯坦反應的優點是什麼？

該有機反應的一些優點是：藉助該反應，溴化過程變得容易，該反應涉及某些沉澱物的形成，因此它被用作反應完成的驅動力，並且在芳香族反應中使用的催化劑在反應完成後易於再生。

5. 什麼是弗蘭克蘭反應？

它也是一個命名反應，涉及使用與芬克爾斯坦反應中形成的相同反應物烷基碘化物生成二烷基鋅。