芳烴側(cè)鏈引進(jìn)鹵原子的化學(xué)反應(yīng)為芳烴的側(cè)鏈鹵化。由于氟的反應(yīng)活性過于劇烈，難以控制其生成高收率的目標(biāo)產(chǎn)物，碘的反應(yīng)活性又太差，難以反應(yīng)，因此具有實(shí)際意義的是芳烴側(cè)鏈的氯化和溴化反應(yīng)。
芳烴側(cè)鏈鹵化的機(jī)理和特點(diǎn)
芳烴側(cè)鏈鹵化反應(yīng)機(jī)理
芳烴的側(cè)鏈鹵化是個連串反應(yīng)過程，例如：
芳烴的側(cè)鏈鹵化是按自由基機(jī)理進(jìn)行的，包括三個階段：
1. 鏈引發(fā)（用光，熱或引發(fā)劑）
鹵素自由基的引發(fā)有三種方法：a. 熱解法，鹵素在高溫下引發(fā)自由基；b. 光解法，鹵素分子受光激活，均裂而產(chǎn)生自由基；c. 加入引發(fā)劑引發(fā)自由基。即
2. 鏈傳遞（也叫鏈增長）
鏈傳遞過程中，每一步都有一個自由基參加反應(yīng)，同時都有一個新的自由基生成，循環(huán)往復(fù)可達(dá)成千上萬次。
3. 鏈終止
自由基的鏈傳遞，實(shí)際上不可能無限循環(huán)下去，總會有些因素使其終止。如：
芳烴側(cè)鏈鹵化反應(yīng)特征
a. 對稱結(jié)構(gòu)光鹵反應(yīng)選擇性一般好于不對稱結(jié)構(gòu)，這是因其極性變小的緣故；
b. 極性基團(tuán)（如羧基、苯酚、苯胺等）容易抑制自由基，并極化氯分子誘導(dǎo)芳環(huán)上的鹵代反應(yīng)。一般將極性基團(tuán)衍生化后再進(jìn)行光氯化。如將氨基衍生成異氰酸酯，將羧基衍生成酰氯；
c. 芳烴上的強(qiáng)吸電基團(tuán)與甲基的超共軛效應(yīng)使光氯化反應(yīng)難以進(jìn)行。如硝基甲苯較難進(jìn)行光氯化反應(yīng)，硝基氯芐才較容易進(jìn)行光氯化反應(yīng)；
d. 氯分子均裂的鍵能高于溴均裂的鍵能，故溴比氯更易發(fā)生側(cè)鏈一取代；
e. 與氯相比，溴不僅在抑制芳環(huán)鹵代上占優(yōu)勢，在抑制側(cè)鏈多鹵代上也占優(yōu)勢。因?yàn)殇宓亩嗳〈枰叩哪芰俊?/p>
優(yōu)化目的
創(chuàng)造自由基產(chǎn)生和傳遞的條件及不利于鏈終止的條件，抑制鹵素的極化。
芳烴側(cè)鏈鹵化的主副反應(yīng)與動力學(xué)分析
芳烴側(cè)鏈鹵化反應(yīng)溫度較高，側(cè)鏈鹵化過程中容易伴生芳烴的環(huán)上鹵化。兩者機(jī)理不同，如：
R為芳環(huán)上原有化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定的取代基。芳環(huán)上的鹵化產(chǎn)物S不僅能從原料合成，氯化反應(yīng)的各個階段也有芳環(huán)上氯化的可能。為方便討論，把側(cè)鏈鹵化產(chǎn)物依鹵素取代個數(shù)取名為P1、P2、P3，即不同的目標(biāo)產(chǎn)物控制在不同的取代階段，將所有環(huán)上取代物簡單歸一為S，則：
In?(C)為所有導(dǎo)致自由基引發(fā)的因素，包括光、引發(fā)劑及熱等；L(D)為所有催化環(huán)上鹵代的因素，包括路易斯酸、質(zhì)子酸、極性等。
芳環(huán)上的鹵代，是按親電取代反應(yīng)機(jī)理進(jìn)行，路易斯酸、質(zhì)子酸、酸性溶劑均可極化鹵素使芳環(huán)上發(fā)生鹵代反應(yīng)。下面以一鹵芐P1為目標(biāo)產(chǎn)物研究芳烴側(cè)鏈鹵化與芳環(huán)上鹵化的競爭。
側(cè)鏈鹵化與芳環(huán)鹵化的動力學(xué)分析
溫度效應(yīng)
側(cè)鏈鹵化反應(yīng)一般比芳環(huán)鹵化活化能高，升高溫度有利于側(cè)鏈上的鹵化反應(yīng)。
濃度效應(yīng)
對比選擇性不隨芳烴與鹵素的濃度改變；
增加自由基引發(fā)因素對側(cè)鏈鹵化有利；
除去路易斯酸、質(zhì)子酸、溶劑的極化因素對側(cè)鏈鹵化有利。
側(cè)鏈鹵化不同階段的動力學(xué)分析
一般在側(cè)鏈三取代都容易進(jìn)行的情況下，連串進(jìn)行的三步鹵代反應(yīng)規(guī)律性較強(qiáng)。為簡單起見，僅將一取代和二取代側(cè)鏈氯化進(jìn)行動力學(xué)比較，而二取代與三取代反應(yīng)的競爭與之類同。
溫度效應(yīng)
a. 溫度不變時，速度常數(shù)比k1/k2或k2/k3總是大于1；
b. 不同階段的鹵代反應(yīng)在不同溫度下進(jìn)行，高溫對多鹵取代有利；
c. 溫度一定時，溴代反應(yīng)的速度常數(shù)比k1/k2或k2/k3總是高于氯代反應(yīng)的速度常數(shù)比；
d. 側(cè)鏈鹵代反應(yīng)的一取代階段，溴代反應(yīng)活化能一般低于氯代反應(yīng)活化能；
e. 側(cè)鏈三鹵代時，溴化反應(yīng)活化能較高，反應(yīng)難以進(jìn)行；氯代反應(yīng)相對容易。
濃度效應(yīng)
芳烴底物濃度高有利于一取代；
鹵素的濃度與鹵化深度無關(guān)；
引發(fā)劑的濃度與鹵化深度無關(guān)；
轉(zhuǎn)化率的增加有利于深度鹵化。
以一鹵芐為目標(biāo)化合物的動力學(xué)分析
溫度效應(yīng)
高溫有利于抑制苯環(huán)上的鹵化反應(yīng)，低溫有利于氯芐的多氯化反應(yīng)。
為平衡兩個副反應(yīng)，溫度控制有一個最佳值，或高或低都不利。
濃度效應(yīng)
芳烴底物濃度高有利于一取代；
自由基引發(fā)因素高有利于一取代；
路易斯酸、質(zhì)子酸、極性等極化因素高不利于一取代；
一鹵代產(chǎn)物濃度高不利于一取代。
若將芳烴底物改為一鹵代產(chǎn)物，同時將一鹵代產(chǎn)物改為二鹵代產(chǎn)物的話，就是側(cè)鏈二鹵化的濃度效應(yīng)。
以三鹵芐為目標(biāo)化合物的動力學(xué)分析
溫度效應(yīng)
高溫即有利于抑制芳環(huán)鹵代，又有利于提高三鹵代的轉(zhuǎn)化率。
濃度效應(yīng)
除了極化鹵素誘導(dǎo)芳環(huán)鹵化的因素（路易斯酸、質(zhì)子酸、極性）外，所有組分高濃度都有利。
芳烴側(cè)鏈鹵化的工藝條件
溶劑的選擇
溶劑作用
稀釋作用
溶劑的加入未對芳烴側(cè)鏈鹵化產(chǎn)生有利因素，從生產(chǎn)能力出發(fā)，溶劑不加為好；
當(dāng)原料有一定極性，它或它的氯化產(chǎn)物所提供的電場會誘導(dǎo)鹵素的極化，引發(fā)芳環(huán)上的鹵代反應(yīng)，不得不采取措施削減極性的影響，這就需要溶劑。
極化作用
非極性溶劑未提供電場，不但有利于鹵素的均裂生成自由基，同時其稀釋作用降低了芳烴本身及鹵化產(chǎn)物的極性而抑制了芳環(huán)上的鹵化，提高芳烴側(cè)鏈鹵化反應(yīng)選擇性。
此外，由于芳環(huán)上電子云密度大的芳烴易于發(fā)生環(huán)上親電取代，當(dāng)以芳香族化合物為溶劑時，芳環(huán)上帶有吸電基團(tuán)更有利。
總之，芳烴側(cè)鏈鹵化反應(yīng)的溶劑應(yīng)以帶有鹵素和三氟甲基的苯類較好。且溶劑對稱性越高，極性越低，對反應(yīng)越有利。當(dāng)存在鹵素與三氟甲基等多個不同取代基時，也應(yīng)考慮對稱性。
對稱不僅是位置上的對稱，更重要的是電子云分布的對稱性。
芳烴側(cè)鏈鹵代反應(yīng)的溶劑選擇，對選擇性的影響非常顯著，甚至關(guān)系到反應(yīng)的成敗。
鹵素的選擇
一般，側(cè)鏈鹵化產(chǎn)物是中間體而非最終產(chǎn)物，因而鹵素是可選擇的，以利于整個過程的經(jīng)濟(jì)性。
溴和氯比較，更有利于側(cè)鏈而不利于芳環(huán)鹵化；同時，溴在多鹵代時需要更高的能量，當(dāng)以溴進(jìn)行側(cè)鏈一鹵化時選擇性較高。
制備一鹵芐時一般應(yīng)以溴芐為主，因?yàn)殇迤S有較高的收率；制備三鹵芐時，因?yàn)槿迤S不易生成，需要更高的能量，應(yīng)制取三氯芐。
引發(fā)劑的選擇
低溫下（低于100℃）的芳烴側(cè)鏈鹵代，引發(fā)劑的加入往往是必須的，常用的引發(fā)劑有偶氮二異丁腈、過氧化苯甲酰和三氯化磷等。
反應(yīng)過程中，引發(fā)劑的量會因在反應(yīng)過程中逐漸分解而減少，因此適時地補(bǔ)加引發(fā)劑非常重要。
較高的反應(yīng)溫度下，因引發(fā)劑不穩(wěn)定而一般不用。
紫外光與添加劑
光照引發(fā)自由基時，以300~478.5nm的紫外光照射最佳，因?yàn)檫@個波長范圍光量子能量較強(qiáng)，且能透過玻璃。
若加入微量（0.01%~5%）添加劑DMF或DMA，往往使反應(yīng)大大加速。
反應(yīng)溫度的選擇
目標(biāo)化合物不同，溫度選擇不同。
以三鹵芐為目標(biāo)的側(cè)鏈鹵化反應(yīng)，溫度高些對反應(yīng)有利，除了因主反應(yīng)活化能較高的因素外，高溫也是引發(fā)自由基的有利條件。此時，反應(yīng)溫度宜高不宜低。
以一鹵芐為目標(biāo)的側(cè)鏈鹵化反應(yīng)，溫度有其最佳值。過高容易多鹵代，過低容易發(fā)生環(huán)上鹵化，因此具體的溫度范圍必須實(shí)驗(yàn)確定。
雜質(zhì)的影響
微量的某些雜質(zhì)（比如鐵），即可催化環(huán)上鹵代反應(yīng)，由于環(huán)上取代鹵化的活化能低于側(cè)鏈鹵化的活化能，因此在側(cè)鏈鹵化的條件下，雜質(zhì)的影響是十分顯著的，除去有催化作用的雜質(zhì)是側(cè)鏈鹵化反應(yīng)最重要的步驟之一。
為了除去鐵，一般芳烴和溶劑都采用蒸餾方式，有時采用加入EDTA絡(luò)合方法使其芳環(huán)鹵化的催化活性，而氯氣中的鐵可用活性炭吸附的方法脫除。
除了鐵以外，氧、水等均對自由基反應(yīng)產(chǎn)生不利影響。
加料方式
芳烴、溶劑、引發(fā)劑的一次性加入對間歇側(cè)鏈氯化無害，有時更有利。
氯氣的通入速度對芳烴側(cè)鏈氯化反應(yīng)無影響，在溫度可控的條件下，為提高生產(chǎn)能力，一般選擇快速通入。
推薦的芳烴側(cè)鏈氯化工藝
側(cè)鏈鹵化的常見問題
溶劑的選擇不當(dāng)
芳烴側(cè)鏈鹵化反應(yīng)的芳香族溶劑應(yīng)該是：極性較??；電子云密度較低；沸點(diǎn)較高，以適用于不同的反應(yīng)溫度；便于回收；價格較低。目前一般使用含鹵素和三氟甲基的各種對稱性芳烴。
自由基的引發(fā)不利
對于高溫、強(qiáng)紫外線、引發(fā)劑三種自由基引發(fā)因素的認(rèn)識有待深化，特別是對引發(fā)劑的消耗因素認(rèn)識不足，適時補(bǔ)加引發(fā)劑十分重要。
鹵化劑的選擇不利
制備一鹵芐時單純考慮氯比溴便宜是不夠的，要看到溴化反應(yīng)比氯化反應(yīng)收率更高。同時，將溴芐用于后續(xù)親和取代反應(yīng)往往比用氯芐更好。綜合比較，可看出溴化芐的優(yōu)勢。
