氯磺化反应 (Chlorosulfonation),又称Reed反应 ,是向有机物 分子中引入氯磺酰基 (—SO2 Cl)形成磺酰氯 (R-SO2 Cl)的过程。它是一种取代反应 ,反应物中的一个氢 原子在反应后转变为氯磺酰基。
生成的磺酰氯性质活泼,是制备洗涤剂 (长链烷基磺酸钠 )、药物 (如磺胺类药物 )和甜味剂 的重要中间体。
脂肪族化合物 的氯磺化一般以二氧化硫 和氯气 的混合气体作为氯磺化试剂。
R
−
H
+
S
O
2
/
C
l
2
→
R
−
S
O
2
C
l
+
H
C
l
{\displaystyle {\rm {\ R\!-\!H+SO_{2}/Cl_{2}\rightarrow R\!-\!SO_{2}Cl+HCl}}}
这个反应的机理为:光照下,Cl2 中的 Cl-Cl 键发生均裂 ,生成两个 Cl· 自由基 ,引发自由基链反应 :
C
l
2
+
h
ν
→
2
C
l
⋅
{\displaystyle {\rm {\ Cl_{2}+h\nu \rightarrow 2Cl\cdot }}}
一个 Cl· 自由基与烷烃 (R-H)反应生成烷基 自由基 R· 和 HCl :
R
−
H
+
C
l
⋅
→
R
⋅
+
H
C
l
{\displaystyle {\rm {\ R\!-\!H+Cl\cdot \rightarrow R\cdot +HCl}}}
R· 然后与 SO2 结合为磺酰自由基 RSO2 ·:
R
⋅
+
S
O
2
→
R
−
S
O
2
⋅
{\displaystyle {\rm {\ R\cdot +SO_{2}\rightarrow R\!-\!SO_{2}\cdot }}}
RSO2 · 再与 Cl2 反应,夺取一个氯,并再生 Cl· 自由基,Cl· 自由基可再与另一分子烷烃进行反应,如此往复。这是链反应的增长阶段。
R
−
S
O
2
⋅
+
C
l
2
→
R
−
S
O
2
−
C
l
+
C
l
⋅
{\displaystyle {\rm {\ R\!-\!SO_{2}\cdot +Cl_{2}\rightarrow R\!-\!SO_{2}\!-\!Cl+Cl\cdot }}}
两个 Cl· 或 R· 自由基也有可能结合,生成 Cl2 或 R-R,使自由基链反应终止。
2
C
l
⋅
→
C
l
2
+
{\displaystyle {\rm {\ 2Cl\cdot \rightarrow Cl_{2}+}}}
能量
2
R
⋅
→
R
−
R
+
{\displaystyle {\rm {\ 2R\cdot \rightarrow R\!-\!R+}}}
能量
除了 SO2 /Cl2 混合气体外,液态硫酰氯 (SO2 Cl2 )也可以作为脂肪族化合物的氯磺化试剂。反应温度一般为 40~80°C。
R
−
H
+
S
O
2
C
l
2
+
Δ
T
→
R
−
C
l
+
S
O
2
+
H
C
l
{\displaystyle {\rm {\ R\!-\!H+SO_{2}Cl_{2}+\Delta T\rightarrow R\!-\!Cl+SO_{2}+HCl}}}
芳香族化合物 (Ar-H)的氯磺化一般以氯磺酸 (ClSO3 H)作为氯磺化试剂。反应常会产生对称的二芳基 砜 (Ar-SO2 -Ar)副产物。
A
r
−
H
+
2
C
l
S
O
3
H
→
A
r
−
S
O
2
C
l
+
H
C
l
+
H
2
S
O
4
{\displaystyle {\rm {\ Ar\!-\!H+2ClSO_{3}H\rightarrow Ar\!-\!SO_{2}Cl+HCl+H_{2}SO_{4}}}}
苯 与氯磺酸通过氯磺化反应产生苯磺酰氯 (1)。它是其他多种化合物的合成前体,可以与氢氧化钠 反应生成苯磺酸钠 (2a);与氨 反应生成苯磺酰胺 (2b);以及与醇 反应生成苯磺酸 酯 (2c)。[ 1]
^ Hans Peter Latscha, Uli Kazmaier und Helmut Alfons Klein: Organische Chemie . Springer, Berlin; Auflage: 6., vollständig überarbeitete Auflage 2008; ISBN 3-5407-7106-9 ; S. 172