鹵化

鹵化（Halogenation）是一種化工單元過程，指的是將有機化合物分子中引入鹵素原子，最常用的是向烴分子中引入鹵素原子，形成「鹵烴」，由於鹵烴相當活潑，很容易被其他原子或「基」置換，因此常用於有機合成製造中間體的過程。鹵化也可以指無機化合物（例如金屬）引入鹵素原子的過程。

鹵化的途徑和化學劑量和其化學結構的特性、有機化合物的官能基或鹵化的鹵族元素都有關係。鹵素是氟、氯、溴、碘、砈五種元素的總稱，因此鹵化也分為氟化、氯化、溴化和碘化。碘比氯和溴要貴上很多，因而化工生產中最常用的是氯化法和溴化法。常用的氯化劑是氯氣或氯化氫。因為氟氣氧化性太強，通常會將反應物直接氧化分解，因而氟化一般用相應的氟化劑。

鹵化的例子有乙炔被氯化氫氯化，可以生成氯乙烯，成為製造塑膠聚氯乙烯的原料；苯被氯化生成六氯苯等。

脫鹵反應（Dehalogenation）是鹵化的逆反應，就是從分子中移除鹵族元素，最常見的是脫鹵化氫反應。

有機化合物的鹵化: 各種類的反應

有機化合物鹵化有很多反應途徑，包括自由基鹵化、酮基鹵化、親電子鹵化和鹵化加成反應。

自由基鹵化

典型的飽和碳氫化合物（烷、環烷）透過自由基鹵化，藉由鹵族元素取代氫原子。鹵化烷類在區域化學上常常被決定於相對可使用較弱的C-H鍵結。這反應傾向二級和三級碳的位置，因愈穩定的結構愈會導致自由基和躍遷能階產生反應。自由基鹵化被使用在工業製造甲烷氯化物。

CH₄ + Cl₂ → CH₃Cl + HCl

烯、炔的加成鹵化

不飽和化合物，特別是烯和炔，行加成鹵化：

RCH=CHR'（烯）+ X₂（鹵素）→ RCHX-CHXR'

RC≡CR（炔）+ 2X₂（鹵素） → RCHX-CHXR'

烯類的加成鹵化會產生中間產物鹵離子。特別地，這個中間產物可以把它分離出來。

一個溴鎓離子的結構

芳香化合物的鹵化

芳香化合物的鹵化是親電子的鹵化反應：

RC₆H₅ + X₂ → HX + RC₆H₄X

此鹵化機制受鹵族元素的影響，氟和氯比較有親電的特性以及為比較強的鹵化劑，溴跟氟和氯比起來是比較弱的鹵化劑，但碘是它們當中反應最弱的。此脫氫鹵化的機制遵循反轉趨勢:碘是最容易從有機物中移除而有機氟化物則有最高穩定度。

其他鹵化方法

• 漢斯狄克反應：從羧酸中提出短鍊鹵化物，其第一個會產生銀鹽，其之後會和鹵族元素氧化：

RCO₂Ag + Br₂ → RBr + CO₂ + AgBr

• 桑德邁爾反應：從芳香鹵化物重氮鹽中得到，此化合物是從苯胺中得到。
• 赫爾－烏爾哈－澤林斯基反應：羧酸中的α上碳進行鹵化。

有機化合物的鹵化：依鹵族元素歸類

氟化

氟和飽和或不飽和的有機化合物反應，反應快速，容易爆炸。此反應需要在專業環境下進行。實際應用中，有機化合物常用電化學進行鹵化。最近發現可用氟化氫在陰極當作氟的來源，這方法叫作電化學氟化（ECF）。除了用電化學產生氟，還有各種氟化試劑的應用像是二氟化氙和氟化鈷。

氯化

氯化會產生放熱反應。所有的飽和或不飽和化合物會和氯直接產生反應。此組成常需要紫外光幫忙裂解氯原子。氯化在工業上常用來製造1,2 - 二氯乙烷（PVC）還有當作溶劑的乙烷。另一種是用氯化氫和氧結合進行氧氯化，此效果必直接氯化（利用Cl₂）來的好。

氧氯化

氧氯化是混合氯化氫和氧（O₂）讓碳氫化合物氯化，這個方法工業上很愛用因為氯化氫比氯便宜。烯是最常用的反應物：

CH₂=CH₂ + 2 HCl + ½ O₂ → ClCH₂CH₂Cl + H₂O

此反應一開始由氯化銅（CuCl₂ ，一種從1,2-二氯乙烷產生的催化劑），有時候氯化銅會在二氧化矽中做為助催化劑幫助產生氯化鉀、氯化鑭或氯化鋁。除了二氧化矽，也可以用礬土、矽藻土或浮石作為輔助反應。因為這些反應會放出高能量（238 kJ/mol） ，催化溫度上得受到控制以免熱裂解。催化對於碳氫化合物的雙鍵氯化扮演很重要的角色，因為氯化銅是其中提供氯原子雙鍵的化合物之一。反應式如下：

CH₂=CH₂ + 2 CuCl₂ → 2 CuCl + ClH₂C-CH₂Cl

氯化銅依序會由氯化亞銅和氧反應再來和氯化氫反應而產生：

½ O₂ + 2 CuCl → CuOCuCl₂

2 HCl + CuOCuCl₂ → 2 CuCl₂ + H₂O

氧氯化在製造1,2 - 二氯乙烷方面是很重要的，之後可以做出氯乙烯，其反應式如下：

ClCH₂CH₂Cl → CH₂=CHCl + HCl

2 HCl + CH₂=CH₂ + ½ O₂ → ClCH₂CH₂Cl + H₂O

氯化氫由以上步驟循環反應進行氧氯化，反應物會自己產生也是工業上愛用氧氯化而不是氯化的原因。

溴化

溴化比氯化還具有選擇性因為反應放出的能量比較少，一般的溴化是加成Br₂到烯類上面，自然界中比較常有飽和碳氫化合物和芳香化合物的溴化，形成有機溴化化合物。常用的催化劑是溴過氧化物酶，其是利用溴和氧的結合形成氧化劑。

在三氯乙烯中進行有機合成製造麻醉劑氟烷即為溴化的一個例子：

Halothane synthesis

有機溴化合物是自然界中最常見的鹵化化合物，它的形成是透過溴過氧化物酶進行催化。海洋被估計每年會釋放1-2百萬噸的溴仿和56,000噸的溴甲烷。

碘化

碘是反應最弱的鹵化物，最難和大部分的有機化合物反應。碘與烯類加成是用一種分析的方法叫作碘質，它是用來測量脂肪的不飽和程度的一種方法。碘仿反應包刮會降解甲基酮。

無機化學

除了氬、氖、氦以外的元素都會直接和氟反應形成氟化物。氯的選擇性較強，但仍可以和大部分的金屬元素和較重的非金屬元素反應。按照趨勢，溴的活性較弱，而碘的活性最弱。可能的反應像金的氯化產生氯化金。在工業上金屬直接氯化較不重要，因為比較容易金屬氧化物和鹵化氫反應來進行鹵化。像三氯化磷和一氯化硫的生產，是較大規模直接進行無機化合物鹵化的例子。

另見

• 鹵烷
• 芳香鹵化物
• 自由基鹵化
• 鹵代酮
• 親電取代反應
• 有機鹵化物