卤仿反应在机理上可以分为三步。以碘为例:
1、羰基α-氢的连续卤化:
R-CO-CH3+ 3 I2+ 3 OH-→ R-CO-CI3+ 3 I-+ 3 H2O
2、氢氧根的进攻:
R-CO-CI3+ OH-→RCOOH+ CI3-
3、质子交换,卤仿最终形成:
RCOOH + CI3-→ RCOO-+CHI3
从本质上说,第1步是X对氢的亲电取代;第2步是一个亲核取代。2、3步合起来可以看作三卤甲基酮的水解。
参加反应的卤素是碘时,称为碘仿反应,氯、溴以此类推。氟气不能与甲基酮类化合物进行这种反应,但是形如R-CO-CF3的化合物可以用来制备氟仿(CHF3),这相当于卤仿反应机理的后半部分,是水解反应。
卤仿反应只有在碱性条件下才会产生卤仿,酸性条件下则只会在与羰基相连的甲基带上一个卤素原子。这相当于羰基α-氢的卤化,反应式:
2R—CO—CH3+X2→2R—CO—CH2X(酸性条件)