第七章 消除反应
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
在碱的作用下，C - L 键的断裂与C - H 键的断 裂同时进行，这是一个协同的双分子反应。
υ=k[RX][B:-]
双分子消除历程，二级反应
2. 反应活性（Reaction activity ）
离去基团：RI ＞ RBr ＞ RCl
（与SN2反应相同）
进攻试剂的碱性越强，则反应活性越高。 如：HO﹣ > CH3COO﹣ （与SN2反应有所不同） 反应底物卤代烃的活性： 3º ＞1º ＞2º
1. 羧酸酯的热消除：
在无外加试剂存在下，通过加热，失去β－氢和羧 酸根，生成烯烃。
H O H O C H R R H H O + H O C R
R
H
H O
H C R
R
H
H
H O
反应特点：1) 高温，不需碱作催化剂 2) 环状过渡态机理 3) 通常是顺式消除。
环状化合物（Ⅰ）的热消除，只得化合 物（Ⅱ），为顺式消除。
(I) (II)
L
(2)
L: S(CH3)2 I / II 6.7
底物结构的影响
N(CH3)3 ~50
(CH3)3CCH2C(CH3)2 Br
EtO
(CH3)3CCH2C CH2 CH3
4.立体化学（ Stereochemistry）
消除反应立体化学的确立：
（1）反应物中H和L 的空间关系：H和L可 在C-C键的两侧或同一侧，分别称为反式消 除和顺式消除。 （2）产物中取代基的空间关系：反应产物 是以顺式还是反式异构体为主
第七章 消除反应
Elimination Reaction
定义： 消除反应：是指从有机分子中消除去一个 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。 分类： （1）α-消除（或1,1-消除）反应 H
R C X R
R C R
如： CH2I2+Zn → :CH2
（2）β-消除（或1,2-消除）反应
3º 苄基型 ＞ 3º 烯丙型 ＞ 2º 苄基型 ＞ 2º 烯丙型 ＞3º ＞ 1º 苄基型 ~ 1º 烯丙型 ~ 2º＞ 1º＞ 乙烯型
（与SN1反应相同）
卤代烃： RI ＞ RBr ＞ RCl ＞ RF
（与SN1反应相同）
醇的脱水反应往往在酸性条件下，先质子化 后进行，因此醇的脱水反应以E1反应为主。
-
CH3 Cl
OH ?
CH3
E2 condition
二、影响消除反应的因素
1) 底物
利于C+的 生成
E1机理
Ar
R
稳定C－ 的作用
C L
H C
减弱β-氢 的酸性
R'
除此之外 均按E2 机理
Ar (Y)
EICB机理
增强β-氢 的酸性
2) 碱 碱越强，浓度越大，利于E1CB、E2机理。 反之，利于E1机理。 3) 离去基团
三、其它1,2-消除反应
1、乙烯型卤代烃消除HX的反应
NaNH2
X
Br + Br Zn
H
ZnBr + Br ZnBr2
2、邻二卤代烃消除X2的反应
3、芳香卤代烃消除HX的反应
X H
NaNH2
四. 热解消除反应
定义：只通过加热完成的消除反应 特点： 1）单分子反应 2）不需酸碱催化剂
三类典型反应：羧酸酯的热消除、黄原酸 酯的热消除、叔胺氧化物的热消除
（与SN1反应相同）
3. 区域选择性 （ Regiochemistry ）
一般遵循Saytzeff规则，生成多取代烯烃为主（稳定）。
特殊情况：
EtONa
当离去基团的体积大时，碱不易进攻1位的氢，易进攻2位的氢。
CH3CH2CH2 CH CH3
(1)
CH3CH2CH2CH CH2 + CH3CH2CH CHCH3
过渡态分析
影响E2反应区域选择性的因素：
1)碱的结构（ Base Structure）
CH3 CH3CH-CCH3 CH3 Br Base CH3CH2O (CH3)3CO CH3CH2(CH3)2CO (CH3CH2)3CO + RO CH3 CH3C=CCH3 CH3 More substituted product 79% 27% 19% 8% + CH3 CH3CHC=CH2 CH3 Less substituted product 21% 73% 81% 92%
H
X H
X
E2反应的立体化学特征为反式共平面消除。 —— Stereoselectivity, example 1:
CH3CHCH2CH2CH3 Br X H3CH2C H H X H H H CH2CH3 CH3 :B -X H CH3 :B -X H C C H3 C H ( E ) 41% H C C H 3C CH2CH3 ( Z ) 14% H CH2CH3 - OEt HOEt CH3CH=CHCH2CH3 + CH2=CHCH2CH2CH3 minor product major product
离去基团碱性增加，离去倾向减弱，越容易生成少取 代产物；如氟代烃E2反应中的主产物为少取代烯烃
对以上事实的解释： 卤负离子中，随着碱性增强，离去基团越不容易离
去，到氟离子的碱性达到最强，当碱进攻氢时，氟离 碳负离子的稳定性是 30 < 20 < 10 < CH3 -
子难以离去，反应过渡态具有了似E1cB的负离子特征。
离去基团越易离去，利于E1机理。
4)溶剂效应 极性强，利于E1或E1CB机理； 极性弱，利于E2机理。
小结：
卤代烃的SN1、SN2、E1、E2反应： 直链的一级卤代烷，SN2反应最容易进行， 消除反应很少，只有存在强碱时发生。 二级卤代烃及在β碳上有侧链的一级卤代烃， SN2反应速率较慢，低极性、强碱性溶剂有 利于E2反应。 三级卤代烃SN2反应很慢，存在高浓度强碱 时，有利于E2反应。
碱的体积增大，多取代产物减少
2) 离去基团（Leaving group）
CH3O X A
+
B
pKa -10 -9 -7 3.2
Leaving group Conjugate acid X=I HI X = Br HBr X = Cl HCl X=F HF
A
81% 72% 67% 30%
B 19% 28% 33% 70%
H H COOEt H OAc (I) Me H H OCSSMe H (III) (IV) Me + Me
COOEt
H
(II)
H
(V)
链状羧酸酯热消除主要遵循Hofmann规则，优先 得到少取代烯烃。
CH3 CH3 CH CH CH OCOCH3 3
△
CH3 CH3 + CH3 CH C H2C CH CH CH3 CH3 (20%) (80%)
重点讨论β-消除反应
本章主要内容
一、消除反应历程 二、影响消除反应的因素 三、其它1,2 -消除反应 四、热解消除反应
一、消除反应历程
消除反应的历程 — E1, E2, and E1cB
H
E1
-LG
-H
B:
H
LG
E2
H
LG
E1cB
-H
B:
-LG
LG
E1 Reaction
1. 反应机理
一级反应
υ =k
C C H L
单分子消除反应
E1 历程的特点：
1.易于解离为碳正离子的化合物，消除反应 按E1历程进行。如叔卤代烃 2.E1和SN1为竞争反应。 通常高温和强碱有利于E1反应，但在极性 溶剂及没有强碱存在时， SN1反应快，且 产物稳定。 3.有利于E1反应的因素：使正碳离子稳定的 给电子基团；好的离去基团，电离能力强 的高介电常数极性溶剂。
环状化合物的 E2 反应立体化学
H groups to be eliminated must be in axial positions X
环状化合物进行E2消除的条件：被消除的L 和H必须分别处于直立键。
Example 1
？
思考：
Can you predict the product for the following E2 reaction?
CH 3 H3C CH 3 CH OH CH3 H 3C
CH3 CH CH3 O C S CH 3 S CH3 H3C
10
20
3)底物的结构(Structure of the Substrates)
CH3 CH2=CHCH2CHCHCH3 Cl CH3 CH2CHCHCH3 Br HO HO CH3 CH3
CH2=CHCH=CHCHCH3 + CH2=CHCH2CH=CCH3 minor product major product CH3 CH=CHCHCH3 + major product CH3 CH2CH=CCH3 minor product
+ CS2
NaOH
RO
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
C
O H S SR O
+
C C HS C SR
RSH + COS
RCH2CH2 O
S C SR' RCH=CH2 + R'SH + S=C=O
黄原酸酯的热消除的优点：不易发生重排，反应在100 －250℃进行，较羧酸酯热消除温度低。
如用普通酸性脱水则主要为重排产物：
CH3 CH3 C CH3 H C OH CH3 H+ H2O (CH3)2C=C(CH3)2
E1 历程
因为先生成碳正离子，顺、反消除均能发生， 同时得到Z和 E烯烃，没有立体选择性。 但是位阻大的基团处于双键的两侧是主产物。
CH3 CH3 CH3 CH3CH2CH C CH2CH3 Cl H3CH2C major H3CH2C E1 CH3 minor
CH3 CH2CH3 CH2CH3 CH3
H CH3CHCH2CH2 CH2
NH2(CH3)2
例如：
2. 氟代烃，因为氟的碱性强，难以离去，发生似 E1cB反应，得到反Zaitsev规则为主的烯烃
3. 区域选择性 （ Regiochemistry ）
一般遵循反Saytzeff规则，生成少取代烯烃为主（稳定）。
E2 Reaction
1.反应机理（Mechanism ）
H R C H X C H R RCH CHR + HX
（3）γ-消除（或1,3-消除）反应
H R X R
O NaOH + Cl CH2 γ CH2 β CH2 α CCH3
R
R +HX
O CCH3 + NaCl + H2O
另外还有1,4-消除和1,5-消除反应等等。这些消 除等可以看作是分子内的取代反应。
2、E1cB 历程
双步反应： 第一步：反应物先与碱作用，失去β氢原子， 生成反应物的共轭碱负碳离子； （速率决定步骤） 第二步：负碳离子失去 L并生成π键
反应速率不仅与反应物浓度成正比，也与碱 的浓度有关。二级反应
E1cB反应：单分子共轭碱消除反应 （碳负离子历程）
容易发生E1cB反应物质具有的特点：
①
b-碳原子上连有强的吸电子基，从而使 b-氢具有较强的酸性，容易离去，且碳 负离子得以稳定；（NO2、CN、羰基等）
离去基团难离去，即C-L键不易断裂
②
例如： 1. 季铵碱的Hofmann消去反应，因为季铵阳离子强烈 的吸电子作用，其b-氢具有较强的酸性，容易离 去，因此也具有似E1cB历程，得到反Zaitsev 规 则为主的烯烃。 OH 这种选择性被称为 Hofmann取向 (Hofmann Orientation)
当可以形成稳定的共轭烯烃， 则以形成共轭烯烃为主要产物。
Summary
E2 消去反应的主要产物一般为多取代烯烃 (即遵循Saytzeff规则)，除非： 1) 碱的体积很大 2) 氟代烃（E1cB) 反Saytzeff规则
3) 可形成共轭烯烃
4.立体化学（ Stereochemistry）
消去 反式共平面消除 －占优 顺式共平面消除
环状化合物的乙酸酯热消除却遵循Zaitsev 规 律，得更稳定的Zaitsev烯烃
CHMe2 H H H Me OCOCH3 35% 65% H Me CHMe2 + Me CHMe2
H
2 黄原酸酯的热消除（楚加耶夫反应）
S S SNa CH3I RO C SCH3
黄原酸酯 的制备:
ROH 。 。 ( 1 , 2 。3 ) ,
（与SN2反应相反）
3.区域选择性（Regiochemistry）
从含氢较少的β -碳上消去得到取代基较多的 烯烃 — Saytzeff Rule
CH3CHCH2CH3 Br CH3CHCH2CH2CH3 Cl CH3 CH3CCH2CH3 Cl - OH - OH - OCH3 CH3CH=CHCH3 + CH2=CHCH2CH3 20% 80% CH3CH=CHCH2CH3 + 67% CH3 CH3C=CHCH3 70% + CH2=CHCH2CH2CH3 33% CH3 CH2=CCH2CH3 30%
υ=k[RX][B:-]
双分子消除历程，二级反应
2. 反应活性（Reaction activity ）
离去基团：RI ＞ RBr ＞ RCl
（与SN2反应相同）
进攻试剂的碱性越强，则反应活性越高。 如：HO﹣ > CH3COO﹣ （与SN2反应有所不同） 反应底物卤代烃的活性： 3º ＞1º ＞2º
1. 羧酸酯的热消除：
在无外加试剂存在下，通过加热，失去β－氢和羧 酸根，生成烯烃。
H O H O C H R R H H O + H O C R
R
H
H O
H C R
R
H
H
H O
反应特点：1) 高温，不需碱作催化剂 2) 环状过渡态机理 3) 通常是顺式消除。
环状化合物（Ⅰ）的热消除，只得化合 物（Ⅱ），为顺式消除。
(I) (II)
L
(2)
L: S(CH3)2 I / II 6.7
底物结构的影响
N(CH3)3 ~50
(CH3)3CCH2C(CH3)2 Br
EtO
(CH3)3CCH2C CH2 CH3
4.立体化学（ Stereochemistry）
消除反应立体化学的确立：
（1）反应物中H和L 的空间关系：H和L可 在C-C键的两侧或同一侧，分别称为反式消 除和顺式消除。 （2）产物中取代基的空间关系：反应产物 是以顺式还是反式异构体为主
第七章 消除反应
Elimination Reaction
定义： 消除反应：是指从有机分子中消除去一个 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。 分类： （1）α-消除（或1,1-消除）反应 H
R C X R
R C R
如： CH2I2+Zn → :CH2
（2）β-消除（或1,2-消除）反应
3º 苄基型 ＞ 3º 烯丙型 ＞ 2º 苄基型 ＞ 2º 烯丙型 ＞3º ＞ 1º 苄基型 ~ 1º 烯丙型 ~ 2º＞ 1º＞ 乙烯型
（与SN1反应相同）
卤代烃： RI ＞ RBr ＞ RCl ＞ RF
（与SN1反应相同）
醇的脱水反应往往在酸性条件下，先质子化 后进行，因此醇的脱水反应以E1反应为主。
-
CH3 Cl
OH ?
CH3
E2 condition
二、影响消除反应的因素
1) 底物
利于C+的 生成
E1机理
Ar
R
稳定C－ 的作用
C L
H C
减弱β-氢 的酸性
R'
除此之外 均按E2 机理
Ar (Y)
EICB机理
增强β-氢 的酸性
2) 碱 碱越强，浓度越大，利于E1CB、E2机理。 反之，利于E1机理。 3) 离去基团
三、其它1,2-消除反应
1、乙烯型卤代烃消除HX的反应
NaNH2
X
Br + Br Zn
H
ZnBr + Br ZnBr2
2、邻二卤代烃消除X2的反应
3、芳香卤代烃消除HX的反应
X H
NaNH2
四. 热解消除反应
定义：只通过加热完成的消除反应 特点： 1）单分子反应 2）不需酸碱催化剂
三类典型反应：羧酸酯的热消除、黄原酸 酯的热消除、叔胺氧化物的热消除
（与SN1反应相同）
3. 区域选择性 （ Regiochemistry ）
一般遵循Saytzeff规则，生成多取代烯烃为主（稳定）。
特殊情况：
EtONa
当离去基团的体积大时，碱不易进攻1位的氢，易进攻2位的氢。
CH3CH2CH2 CH CH3
(1)
CH3CH2CH2CH CH2 + CH3CH2CH CHCH3
过渡态分析
影响E2反应区域选择性的因素：
1)碱的结构（ Base Structure）
CH3 CH3CH-CCH3 CH3 Br Base CH3CH2O (CH3)3CO CH3CH2(CH3)2CO (CH3CH2)3CO + RO CH3 CH3C=CCH3 CH3 More substituted product 79% 27% 19% 8% + CH3 CH3CHC=CH2 CH3 Less substituted product 21% 73% 81% 92%
H
X H
X
E2反应的立体化学特征为反式共平面消除。 —— Stereoselectivity, example 1:
CH3CHCH2CH2CH3 Br X H3CH2C H H X H H H CH2CH3 CH3 :B -X H CH3 :B -X H C C H3 C H ( E ) 41% H C C H 3C CH2CH3 ( Z ) 14% H CH2CH3 - OEt HOEt CH3CH=CHCH2CH3 + CH2=CHCH2CH2CH3 minor product major product
离去基团碱性增加，离去倾向减弱，越容易生成少取 代产物；如氟代烃E2反应中的主产物为少取代烯烃
对以上事实的解释： 卤负离子中，随着碱性增强，离去基团越不容易离
去，到氟离子的碱性达到最强，当碱进攻氢时，氟离 碳负离子的稳定性是 30 < 20 < 10 < CH3 -
子难以离去，反应过渡态具有了似E1cB的负离子特征。
离去基团越易离去，利于E1机理。
4)溶剂效应 极性强，利于E1或E1CB机理； 极性弱，利于E2机理。
小结：
卤代烃的SN1、SN2、E1、E2反应： 直链的一级卤代烷，SN2反应最容易进行， 消除反应很少，只有存在强碱时发生。 二级卤代烃及在β碳上有侧链的一级卤代烃， SN2反应速率较慢，低极性、强碱性溶剂有 利于E2反应。 三级卤代烃SN2反应很慢，存在高浓度强碱 时，有利于E2反应。
碱的体积增大，多取代产物减少
2) 离去基团（Leaving group）
CH3O X A
+
B
pKa -10 -9 -7 3.2
Leaving group Conjugate acid X=I HI X = Br HBr X = Cl HCl X=F HF
A
81% 72% 67% 30%
B 19% 28% 33% 70%
H H COOEt H OAc (I) Me H H OCSSMe H (III) (IV) Me + Me
COOEt
H
(II)
H
(V)
链状羧酸酯热消除主要遵循Hofmann规则，优先 得到少取代烯烃。
CH3 CH3 CH CH CH OCOCH3 3
△
CH3 CH3 + CH3 CH C H2C CH CH CH3 CH3 (20%) (80%)
重点讨论β-消除反应
本章主要内容
一、消除反应历程 二、影响消除反应的因素 三、其它1,2 -消除反应 四、热解消除反应
一、消除反应历程
消除反应的历程 — E1, E2, and E1cB
H
E1
-LG
-H
B:
H
LG
E2
H
LG
E1cB
-H
B:
-LG
LG
E1 Reaction
1. 反应机理
一级反应
υ =k
C C H L
单分子消除反应
E1 历程的特点：
1.易于解离为碳正离子的化合物，消除反应 按E1历程进行。如叔卤代烃 2.E1和SN1为竞争反应。 通常高温和强碱有利于E1反应，但在极性 溶剂及没有强碱存在时， SN1反应快，且 产物稳定。 3.有利于E1反应的因素：使正碳离子稳定的 给电子基团；好的离去基团，电离能力强 的高介电常数极性溶剂。
环状化合物的 E2 反应立体化学
H groups to be eliminated must be in axial positions X
环状化合物进行E2消除的条件：被消除的L 和H必须分别处于直立键。
Example 1
？
思考：
Can you predict the product for the following E2 reaction?
CH 3 H3C CH 3 CH OH CH3 H 3C
CH3 CH CH3 O C S CH 3 S CH3 H3C
10
20
3)底物的结构(Structure of the Substrates)
CH3 CH2=CHCH2CHCHCH3 Cl CH3 CH2CHCHCH3 Br HO HO CH3 CH3
CH2=CHCH=CHCHCH3 + CH2=CHCH2CH=CCH3 minor product major product CH3 CH=CHCHCH3 + major product CH3 CH2CH=CCH3 minor product
+ CS2
NaOH
RO
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
C
O H S SR O
+
C C HS C SR
RSH + COS
RCH2CH2 O
S C SR' RCH=CH2 + R'SH + S=C=O
黄原酸酯的热消除的优点：不易发生重排，反应在100 －250℃进行，较羧酸酯热消除温度低。
如用普通酸性脱水则主要为重排产物：
CH3 CH3 C CH3 H C OH CH3 H+ H2O (CH3)2C=C(CH3)2
E1 历程
因为先生成碳正离子，顺、反消除均能发生， 同时得到Z和 E烯烃，没有立体选择性。 但是位阻大的基团处于双键的两侧是主产物。
CH3 CH3 CH3 CH3CH2CH C CH2CH3 Cl H3CH2C major H3CH2C E1 CH3 minor
CH3 CH2CH3 CH2CH3 CH3
H CH3CHCH2CH2 CH2
NH2(CH3)2
例如：
2. 氟代烃，因为氟的碱性强，难以离去，发生似 E1cB反应，得到反Zaitsev规则为主的烯烃
3. 区域选择性 （ Regiochemistry ）
一般遵循反Saytzeff规则，生成少取代烯烃为主（稳定）。
E2 Reaction
1.反应机理（Mechanism ）
H R C H X C H R RCH CHR + HX
（3）γ-消除（或1,3-消除）反应
H R X R
O NaOH + Cl CH2 γ CH2 β CH2 α CCH3
R
R +HX
O CCH3 + NaCl + H2O
另外还有1,4-消除和1,5-消除反应等等。这些消 除等可以看作是分子内的取代反应。
2、E1cB 历程
双步反应： 第一步：反应物先与碱作用，失去β氢原子， 生成反应物的共轭碱负碳离子； （速率决定步骤） 第二步：负碳离子失去 L并生成π键
反应速率不仅与反应物浓度成正比，也与碱 的浓度有关。二级反应
E1cB反应：单分子共轭碱消除反应 （碳负离子历程）
容易发生E1cB反应物质具有的特点：
①
b-碳原子上连有强的吸电子基，从而使 b-氢具有较强的酸性，容易离去，且碳 负离子得以稳定；（NO2、CN、羰基等）
离去基团难离去，即C-L键不易断裂
②
例如： 1. 季铵碱的Hofmann消去反应，因为季铵阳离子强烈 的吸电子作用，其b-氢具有较强的酸性，容易离 去，因此也具有似E1cB历程，得到反Zaitsev 规 则为主的烯烃。 OH 这种选择性被称为 Hofmann取向 (Hofmann Orientation)
当可以形成稳定的共轭烯烃， 则以形成共轭烯烃为主要产物。
Summary
E2 消去反应的主要产物一般为多取代烯烃 (即遵循Saytzeff规则)，除非： 1) 碱的体积很大 2) 氟代烃（E1cB) 反Saytzeff规则
3) 可形成共轭烯烃
4.立体化学（ Stereochemistry）
消去 反式共平面消除 －占优 顺式共平面消除
环状化合物的乙酸酯热消除却遵循Zaitsev 规 律，得更稳定的Zaitsev烯烃
CHMe2 H H H Me OCOCH3 35% 65% H Me CHMe2 + Me CHMe2
H
2 黄原酸酯的热消除（楚加耶夫反应）
S S SNa CH3I RO C SCH3
黄原酸酯 的制备:
ROH 。 。 ( 1 , 2 。3 ) ,
（与SN2反应相反）
3.区域选择性（Regiochemistry）
从含氢较少的β -碳上消去得到取代基较多的 烯烃 — Saytzeff Rule
CH3CHCH2CH3 Br CH3CHCH2CH2CH3 Cl CH3 CH3CCH2CH3 Cl - OH - OH - OCH3 CH3CH=CHCH3 + CH2=CHCH2CH3 20% 80% CH3CH=CHCH2CH3 + 67% CH3 CH3C=CHCH3 70% + CH2=CHCH2CH2CH3 33% CH3 CH2=CCH2CH3 30%