第三章 消除反应

霍夫曼产物 19%

（4）难离去的原子团有利于按霍夫曼定则进行；
CH3CH2CH2CH2CHCH3 F t-BuOCH3CH2CH2CH2CH CH2

（5）如果发生消除反应的化合物的分子中已有双键（C=C或 C=O）存在，并且和新形成的双键共轭，此种共轭产物占优势。

3.1.3 消除反应的立体化学
（1） 好的离去基团有利于E1历程，而弱的离去基团和带正
电荷，使反应向E2方向转移。 +-
3、试剂的影响（碱的影响）
（1）在单分子反应里，反应速度与碱的强弱和浓度无关。但 增加碱的浓度或使用更强的碱则使反应向E1-E2-E1cb历程转 变； 正常的E2历程可用下列碱来完成：H-,NR3,OH-,-OCOCH3 RO-,ArO-,NH2-,CO32-,I-,CN-,LiAlH4和有机碱。在有机合成中 重要且常用的碱为OH-、RO-和NH2-，通常用它们的共轭酸 H2O、ROH、NH3作溶剂。 （2）强碱对β氢原子和α碳原子作用都很强； 如伯卤代烷与NaOH/H2O反应，取代和消除同时发生。 弱碱和α碳作用较易，难于或甚至不能进攻β氢原子。
CH3 CH3 H3C 较大酸性 H3C C CH CH2 H 霍夫曼产物 86% CH3 C CH CH3
β β ' α C CH CH3 H S(CH3)2
H3C
较小酸性
查依采夫产物 14%

（2）如果β` 碳原子上连有强有力的吸电子原子团，如COR，-NO2，-SO2R，-CN，-C6H5等，遵从扎依采夫法则；
CH3 O H CH R O CHR 400~600℃ O H CH R CH3 O CHR O CH3C OH2 RCH CHR
H H H COOC2H5 H OCOCH3 435℃ COOC2H5
1、热消除反应遵从Hofmann规则，反应的取向决定于可利用 的β-H原子数，例如
CH3CH2 CHCH3 OCOCH3

例如：1-溴-1，2-二苯丙烷按E2历程进行消除反应时，其中 一对对映体只生成顺式-1，2-二苯丙烯。
B H CH3 Br C6H5 H H C6H5 CH3 H Br C6H5 C6H5 CH3 C6H5 H C6H5
(1R,2R)

又如氯代反丁烯二酸脱氯化氢的反应速度比顺式二酸快48倍， 反式消除作用比顺式消除作用占优势。
δ SN 2
H B +H C C X B C C
δ
X
E2
δ
B
H
C
C
δ
X
δ +B SN1 δ
H
C
C
B
H
C
C
X
- X
H
C
C
+B E1 δ
B
H
C
δ C
（3）在E1反应的过渡态中电荷分散程度比在SN1的过渡态中 大，因此，溶剂极性增大时，E1和SN1均减速，且E1反应减速 更多。因此，总的结果是提高溶剂极性时，所生成烯烃量减少。
3.1 β-消除反应

3.1.1 β -消除反应的历程
β -消除反应既可以在液相中发生，也能在气相中进行 (指热消除反应，后面将要介绍)。在液相中进行的消除反应一 般为离子历程，根据共价键断裂和生成的次序，可分为以下 三种机理。

1、单分子消除反应历程（E1）
H C C L - L-, 慢 H C C

3、共轭碱单分子消除反应历程（E1cb）
第一步 H k1，慢 B + 第二步 C C X k2 C C + X C C X k-1 C C X + BH


反应速度＝K[R-L][B-] 和E1历程相似，E1cb也是两步反应，所不同的是后者的中间 体是碳负离子，前者的中间体是碳正离子。 简单的卤代烷和烷基磺酸酯一般不发生E1cb反应，只有在β －碳原子上连有－NO2 、－C=O 、－CN等吸电子基团时， 有利于按E1cb历程进行反应，因为吸电子的原子团位于β－ 碳原子上时，有利于质子转移给碱，并使形成的碳负离子稳 定。
EtOH/NaOEt (CH3)2CHBr EtOH/NaOEt CH3CH2Br CH3CH CH2 78％ H2C CH2 1% 取代产物 22％ CH3CH2OCH2CH3 99%
（6） 对于单分子反应，α碳原子上支链增多时也会增加消 除反应的倾向，这是由于立体效应造成的。
2、离去基团的影响
例如，I-和CH3COO-虽为弱碱，但亲核性能较强，主要发 生SN2反应。在OH-、C6H5O-、CH3COO-和Br-等试剂系列中， E2反应所占比例依次降低，而SN2反应所占比例依次上升。
4、溶剂的影响
（1）在E2和SN2反应中电荷分散程度大于E1和SN1反应，增 加溶剂的极性通常对E1和SN1历程比E2和SN2历程更为有利， 因此极性大的溶剂代替极性小的溶剂，可能使消除反应历程 由E2转向E1。 （2）溶剂的极性增大，SN2和E2均减速，但E2反应的过渡 态中电荷分散比SN2中更大，因此，当溶剂的极性增大时， E2消除反应比SN2取代反应的反应速度减小得更多。
+
-H ,快
+
C
C
反应速度＝K[R-L] 与SN1反应类似，都是分两步进行，中间体都是碳正离子， 因此两者常为竞争反应。碳正离子形成后，如果进攻试剂是 亲核试剂，作用于带正电荷的α-碳原子，反应结果为取代反 应；如果进攻试剂是碱，作用于β-氢原子，则反应结果为消 除反应。所以，较强的碱有利于E1反应。
5、温度的影响
消除反应活化过程需要拉长C-H键，通常比取代反应 所需活化能大，且活化能越大，温度系数也越大，越容易 受温度的影响。无论是E1还是E2历程，升高温度都有利于 消除反应，因此要得到烯烃常在较高温度下进行反应。
3.1.5 热裂消除反应
在没有酸碱催化情况下，仅籍加热而进行消除，以生成 烯类的反应为热裂消除反应。
（4）位于β碳原子上的吸电子基，不仅能增加氢原子的酸性， 又能使碳负离子稳定；但若吸电子基团处于α位则几乎没有 影响，除非与双键共轭。 例如Br、Cl、CF3、CN、OTs、NO2、C＝O、SR等基 团处于β位都会增加E2消除反应的速率， CF3、 NO2的强吸 电子作用甚至可能将反应移向E1cb历程。 （5） 对于双分子反应(SN2和E2)，α碳原子上的支链增多有 利于消除反应；若β碳原子上的烷基多或体积大，因位阻原 因对取代反应(SN2历程)不利，消除反应产物的比例增加。
2、双分子消除反应历程(E2)
H C L C + B
-
H C L C
B C C + BH + L
-
反应速度＝K[R-L][B-] E2和SN2常为竞争反应，两者的区别在于：带孤对电子 的试剂，如作为亲核试剂进攻α-碳原子时发生SN2反应；如 作为碱进攻β-氢原子时，则发生E2反应。 离去基团（L）可为：X = +NR3, +PR3, +SR2, SO2R, Cl, Br, I, OSO2R, OCOR等； 常用的碱（ B- ）有：NR3, CH3COO-, HO-, -OR, -NH2和 CO32-等。
R
H R C
X C R RCH CHR HX
H H

通过β-消除不仅可以形成碳碳双键、碳碳叁键，而且还 可以形成碳氧双键、碳硫双键、碳氮双键、氮氮双键和碳氮 三键。 （3）γ—消除（或1,3-消除）反应
H R
X R
R
R +HX
另外还有1,4-消除和1,5-消除反应等等。 本章重点讨论β-消除反应。
OAc Ph H NO2
OAc
+ CH3O
-
Ph :_ NO2
- CH3COONO2
Ph
3.1.2 消除反应的择向
R R CH R CH X R CH3 R R CH CH CH2 + HX （霍夫曼定则） C CH CH3 + HX （扎依采夫定则）
1、E1历程
决定消除反应的方向，主要是生成的烯类的稳定性，在 此情况下遵从扎依采夫定则，形成在不饱和碳原子上有烃基 最多的烯烃（超共轭来解释）。
消除反应的立体化学，通常指顺位消除或反位消除问题。
1、E2消除反应的立体化学
E2消除反应中，过渡态所涉及五个原子（包括碱）必须 位于同一平面。
B H C C
B H C C L
C
L
C
(I)
(II)
（1）一般情况下反式消除更有利，因为在（I）中为对位交叉 构象，这种过渡态的能量比重叠式构象（II）所需的能量小。
以离子对存在）能影响顺式与反式作用。 （I）弱电离的溶剂促进不带电荷的离去原子团的顺式消除。

C H RO M X
C
+ ROH + M + X
这是由于在非极性溶剂中碱很可能以离子对的形式存在。 在过渡态中离子对中的负离子作为碱，而正离子帮助离去原子 团的脱离。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ

（II）当离去原子团带正电荷时，游离的碱增加顺势消除的 量
第三章 消除反应
消除反应（Elimination Reaction） 是指从有机分子中排 除去一个小分子或两个原子或基团，生成双键、叁键或环状 结构化合物的反应。
1、消除反应的分类

（1）α-消除（或1,1-消除）反应
H R C R X R C R

（2）β-消除（或1,2-消除）反应
H X C C R RCH CHR + HX
C H O R C NHMe
当离去原子团带正电荷时，游离的碱进攻离去原子团， 并处于有利进攻顺式β氢的位置发生顺式消除，但离子对将 减少这种进攻。

2、 E1消除反应的立体化学
与E2历程相比， E1历程的反应立体选择性较差。
因为在E1反应中，首先生成具有平面构型的碳正离
子，此时反式消除和顺式消除的几率应该一样。但 是，与SN1反应的立体化学类似，假如，离去基团 尚未充分远离，即碳正离子尚未能形成平面构型之 前，而消除反应已经完成，则优先生成反式消除产
H H H Me (I) Cl H H Me H 氯化新萜 Me H H (III) H H H Cl CHMe2 Me (II) H H CHMe2 Cl CHMe2 HH 100% 1 2 3 (IV) 4
氯化萜
Me
CHMe2
25 %
1 2 3 (V)
4
CHMe2

（3）通常反式消除占优势，但碱的状态（即以游离状态或是
Ph β ' CH2 α CH β CH3 Ph CH 主要 CH2 C H CH2 CH CH3
N(CH3)2

（3）被消除的原子或原子团为电中性时，遵从扎依采夫法 则；
CH3 CH3 H3C β ' CH2 C Br β CH3 H3C H3C CH C CH3
查依采夫产物 81% CH3 CH2 C CH2
物。这是由于离去基团尚未充分远离，质子由顺势
位置离去，在能量上是不利的。

3.1.4 影响消除反应的因素
在消除反应中，作用物的结构、离去基团的性质、试剂 的碱性强度、溶剂的极性等对反应活性、反应历程及消除与 取代的比例关系等都有影响。

1、化合物结构的影响
（1）无论是E1还是E2消除反应，当α或β碳原子上连有芳基 Ar、烯基C=C或碳基C=O时，都将使反应速率增加; （2）反应物中的α碳原子上连有烷基及芳基时能使形成的碳 正离子中间体稳定，反应将倾向于按E1历程进行； （3）当β碳原子上连有烷基时，由于它的供电子效应使β氢 原子的酸性减小，故使反应向着E1历程转变；当β碳原子上 连有芳基时使形成的碳负离子稳定，反应历程向着E1cb历 程转变。
Cl C C HO2C H CO2H 碱 CO2H C C + HCl Cl C ； C CO2H CO2H 碱 CO2H C C CO2H + HCl
H CO2H 反式比顺式快48倍
（2）在六员环中相邻的处于反式的原子或原子团可为直立键 或平伏键，离去原子团的反式交叉构象要求这两个消除的原 子或原子团为直立键，即使这种构象具有较高的能量。
不遵从扎依采夫定则的产物是由于空间效应更为稳定。
CH3 Me3CCH2C CH3 Me3CCH2CMe2 Cl Me3CCH2C CH3 Me3C C H C Me (19%) （扎依采夫产物） CH2 (81%)
（霍夫曼产物） Me
2、E2历程
（1）当被消除的原子或原子团带正电荷时（+NR3，+SR2），β 氢原子的相对酸性决定消除反应的方向，遵从霍夫曼法则；
热解得到55％～62％的1-丁烯和38％～45％的2-丁烯，这 个比例接近于可利用的氢原子数比3：2。
2、按热裂消除机理的化合物主要有：黄原酸酯、羧酸酯、硫 代羧酸酯、叔胺的N－氧化物。 习题： 写出反应物
1、
2、