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。[2]

CH₄ + Cl₂ → CH₃Cl + HCl

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。 [3]

一个溴鎓離子的结构

芳香化合物的鹵化是親電子的鹵化反應:[4]

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。

Hunsdiecker反應，是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

Sandmeyer反應是從芳香鹵化物重氮鹽中得到，此化合物是從苯胺中得到。

Hell–Volhard–Zelinsky halogenation是羧酸中的α上碳進行鹵化。

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阴极當作氟的來源，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(用Cl₂)來的好。 [2]

氧氯化是混合氯化氫 (HCl)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。[5]最常用的反應物是以烯:

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CuCl₂會在二氧化矽中做為助催化劑幫助產生KCl, LaCl₃, 或 AlCl₃。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烈解。催化對於碳氫化合物的雙鍵氯化扮演很重要的角色，因為CuCl2是其中提供氯原子雙鍵的化合物之一。反應是如下:

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，其反應是如下:

ClCH₂CH₂Cl → CH₂=CHCl + HCl

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

HCl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。[6]

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。 溴化的一個例子是可以在三氯乙烯中進行有機合成做出麻醉劑halothane: [7]

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。海洋被估計每年會释放1-2百萬噸的溴仿和56,000噸的溴甲烷。[8]

碘是反應最弱的鹵化物，最难和大部分的有機化合物反應。碘与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。