高等有机第五章+消除反应

C C Nu E
C C
+ Nu E
γ-消除： (1,3－消除)
Br
C C C Nu E
Br Zn AcOH
C C
E + Nu C
CH3CHCH 2CHCH 2CH3
饱和碳原子进行亲核取代反应时，常伴随消除反应 的发生： RCH2CH2X + H2O RCH2CH2OH + HX RCH CH2 + H2O + HX
H CH3 :B CH2CH3 CH3 :B
例2：
• (2S,3S)-2-溴-3-苯基丁烷消去得到 (E)-2-苯基-2-丁烯 • 而 (2S,3R)-2-溴-3-苯基丁烷消去得到 (Z)-2-苯基-2-丁烯
Br H3C H3C H C6H5 H C2H5O－ H3C C H C C6H5 CH 3
t-Bu EtONa t-Bu Br K2
Br
K1=500K2
Bu-t H H
顺叔丁基环己醇的对甲苯磺酸酯在强碱存在下容易起E2反 应： OTs
t-Bu H H EtONa 750 t-Bu
而反式异构体在相同条件下，反应速率很慢，有可能通过 E1进行。
t-Bu OTs EtONa t-Bu 750
82
H
Br
82
Br
NaI/EtOH Zn/EtOH
100% 89%
0% 11%
• 在 Zn, Mg, I – 存在下，1,2-二溴化物反式 共平面消除
X C C X X C C X I
-
Zn
XZn C C X C C + ZnX 2
Mg
XMg C C X C C + MgX2
Br C C Br C C
E1
X
+
X=I, Br, Cl
BF3.OEt2
82%
18%
OH
+
95%
5%
原因：
-H +H +
E
在酸性溶液中，烯烃 加质子生成碳正离子， 与碳正离子加质子生 成烯烃是一个平衡反 应。结果生成稳定性 比较高的烯烃。
知识点2：可能有重排产物的生成： Wanger-Meerwein 重排
CH3 H3C C CH2Br CH3
Br H C6H5 C6H5 NaI/MeOH H C H C6H5 C C6H5 H
(±)Br C6H5 H Br H C6H5 NaI/MeOH H
Br
顺
C6H5 C C6H5 C H
meso-
反
原因——反式消除
I I Br Br Br
Br
用82Br标记的1,1,2-三溴环己烷:
82
Br Br + Br
CH2=CCH2CH3 CH2 CH H2C CH2 + CH 3 70% 30% (2%) (98%)
Hofmann规则:主要产物为双键烷基取代基最少的烯烃。
5.2.2 E1反应的区域选择性
——主要是Zaitsev产物
知识点1：醇在酸性条件下脱水生成烯烃， Zaitsev产物的比 例高于卤代烃的E1消除。
C H3O X A Le aving group C onjugate acid pKa X=I -10 HI X = Br -9 HBr X = Cl -7 HC l X=F 3.2 HF + B
A
81% 72% 67% 30%
B 19% 28% 33% 70%
离去基团越容易离去， Zaitsev规则 产物越多。
离去基团的离去性差， -H有先离去生成碳负离子的倾向，机理 可能倾向于E1cB
P556例子
（3）底物结构
共轭烯烃更容易形成
CH3 C H2=C HC H 2C HC HC H 3 Cl CH3 CH2CHCHCH3 Br HO
-
HO -
CH3
CH3
C H2=C HC H=C HC HC3 H + C H2=C HC H 2C H=C C H 3 m in or produ ct m ajor produ ct CH3 CH=CHCHCH3 + m ajor produ ct CH3 CH2CH=CCH3 m in or produ ct
利用这个反应可一制备一些不容易得到的顺式烯烃。
4.5 热解消除反应
热解消除反应： 在无外加试剂存在下，在惰性溶剂中， 或无溶剂情况下，通过加热，失去β－氢和 离去基团，生成烯烃。
H H O H C R R H H O H R R H H H + O H O C R
R
H O
H O C
反应特点：1) 不需碱作催化剂 2) 环状过渡态机理 3) 通常是顺式消除。
H C C L
B
H C C L
δ
B
δ
C
C
+ HB + L
υ＝k [底物] [:B]
B: 中性或带负电荷，如：OR－，OH－，NH2－，I－，RLi等。
L: 除X－外，OSO2－， RCOO－，NR3+，NO2－， CN－， SR2+等也会消去。
5.1.4 同位素效应
H C C L H D C C L
易离去，有利于E2；
不易离去，有利于E1cB。 四、溶剂和温度
5.2 β-消除反应的区域选择性
5.2.1 Zaitsev规则和Hofmann规则
-
CH3CHCH2CH3 Br
O CH 3
-
C H3C H=C HC H 3 + C H2=C HC H 2C H3 20% 80%
CH3CHCH2CH2CH3 Cl CH3
β-消除最为常见。
5.1 E1、E2、E1cB
3种消除机理— E1, E2, and E1cB
- LG H - LG
-H
E1
H LG
E2
-H - LG
E1cB
-H LG
5.1.1 单分子消除, E1 1）机理 慢
C C H L
L
C C H
C
C
+ H
υ =k
(CH3)3CCl
80%EtOH －H2O
C H2=C HC H C H3C H=C HC H 2C H2C H3 2C H3 + Zaitsev规则:主要产物为双键烷基取代基最多的烯烃。 67%
-
OH
33%
CH CH3CCH2CH 3 3
Cl2 CH3CH
β
OH
CH3 CH3OH C=CHCH3 +
CH3
N CH2CH2CH3 β ' CH3
C C L H 共轭酸
B
C C L 共轭碱
+ HB
C C L
慢
C
C
+ L
按E1CB机理进行反应底物结构特征： ① 当β－氢被吸电子基团活化时，如β－C连有COCH3, NO2， Me3N+等基团； ② L是难离去基团。
O OCCH3 CH3O H NO2 H
O OCCH3 H NO2
NO2
5.1.3 双分子消除, E2
原因：E2过渡态有一定的双键性质，双键上取代基越多，结 构越稳定，生成的活化能越低。
但是，离去基团的离去倾向、碱的强度和体积大小以及底物 的结构对区域选择性都有影响。
• （1） 碱的结构 • 随着碱的体积增大，Hofmann产物增加。
CH3
+ RO C H3C H-C C H 3
CH3 C H3C =C C H 3 CH3 More substi tute d Zaitsev 产物 product 79% 27% 19% 8% +
B B
H C C L
δ
B
δ
C
δ
C
+ HB + L
kH
H D B C C L
δ
C
C
+D HB + L
kD
在消除反应中，当β-H被D取代后，消去反应速度下降，这 种现象称为同位素效应。 E2： kH/kD=2~8 E1： kH/kD=2~8 E1cB： kH/kD≈1.0
5.1.5 E2、E1、E1cB的关系：
-H
t-Bu
H3C CH3
CH3
H3C
HO
H
HO
H
胆甾醇
胆甾醇
在甾族化合物中，α-型和β-型取代物的性质往往有显著的 差异，以胆甾烷衍生物为例：
H CH3 CH3
NMe3
H H CH3
α-型，由于+NMe3与β-H反 式共平面，可以消去生成烯 烃 β-型，由于+NMe3与β-H无 法共平面，不能消去生成烯 烃
H
α β
L X H
α β
X L syn -pe ripl an ar an ti -plan ar •a 稳定构象是交叉式， H an e cl ipse d con form e r stagge re d con forme r与L反式共平面。
• 所以E2消除的立体化学特点是反式消除
5.3.2 开链化合物的E2反应
EtOH Br
CH3 H3C C CH2 CH3 H3C C CHCH3 CH3H
H3C
H
H3C
C C
CH3 H
P556例子
5.2.3 E2 反应的区域选择性 E2机理：
H C C L
B
H C C L
δ
B
δ
C
C
+ HB + L
过渡态越稳定，越容易生成，反应的活化能越低，反应 速度越快。 一般地， E2反应的区域选择性符合Zaitsev规则
C C H L
80%EtOH)3COH
(CH3)3CS(CH3)3
k = 89.7× 105 mol.L-1 s-1
(CH3)3C
底物不同 反应速率不同
k = 11.8× 105 mol.L-1 s-1
产物相同 经过相同的中间体
5.1.2 共轭碱单分子消除, E1cB
Ar (CH3)3COK
(89.2%)
Ha OTs
Ar +
(10.8%)
Ar
Ha与芳环同碳相连，其活泼性比Hb高，故发生顺式消除。
4.4 1,2-二溴化物和1,2-二醇的消除反应
4.4.1 1,2-二溴化物 (±)-1,2二溴-1,2-二苯基乙烷在I-的作用下，生 成顺-1,2-二苯乙烯，而meso-异构体在同样条件下 生成反-1,2-二苯乙烯。
H
Me3N
不生成烯烃
H
在以下两种情况下，顺式消除也可能发生： ①空间条件不 允许反式消除
Br (CH ) CO 3 3 D HH
氢化原菠烷基溴
(94%)
H
由于环的刚性，Br－Cα－Cβ－H不能同处一个平面，但Br－ Cα－Cβ－D共平面。是顺叠构象，所以进行顺式消除。 ②顺式β－H更活泼
Hb H
H
E1 似E1 E2 似E1CB EICB
L首先 离去
L与H 同时离去
H+ 首先 离去
一、化合物的结构 能使碳正离子稳定的因素有利于E1； 能使碳负离子稳定的因素有利于E1cB；
二、碱性试剂
E1中溶剂起碱的作用；
加碱使消除机理移向E2，极性质子溶剂有利于E2； 浓的强碱使机理移向E1cB； 三、离去基团 特易离去，有利于E1；
2S,3S－
C6H5 H3C H Br CH3 H
E－
C2H5O－ H3C C C H CH3 C6H5
2S,3R－
Z－
5.3.3 环状化合物的E2β-消除反应 H
X
Br t-Bu H H EtONa K1
H与 X必须都处在直立键上， groups to be e liminate d 才能反式共平面发生消去。处 must be in axial positions 于平伏键上不能共平面。
反式消除——例1：
-
CH3CHCH2CH2CH3 Br X H3CH2C H H X H H H
O Et
HO Et
C H3C H=C HC H 2=C HC H 2C H2C H3 2C H3 + C H m in or produ ct m ajor product -X H C C H3C CH2CH3 H ( E ) 41% H C C -X H3C CH2CH3 ( Z ) 14% H
4.4.2 1,2-二醇
1,2-二醇先转变成硫代碳酸酯，再与亚磷酸酯一起加 热，即生成烯烃。
S HO H PhH2C C C CH2Ph H OH S
ClCCl DMAP
C
O H PhH2C C C O H CH2Ph
P(OMe)3
---CO2
H C C PhH2C
H CH2Ph
---(MeO)3PS
一般地： 卤代烃和醇地消除反应主要符合Zaitsev规则； 季铵碱热消除主要符合Hofmann规则。
5.3 E2反应的立体化学
5.3.1 顺式消除和反式消除
L
H
B
H
α β C C
B
δ
C C
L
δ
E2过渡态有一定的烯烃性质 要求Cα-L键与Cβ-H的键轴处于同一平面 Cα-L键与Cβ-H的键轴处于同一平面的情况只有两种：
第五章 消除反应
一、消除反应类型
消除反应： 是从一个化合物分子中消除两个原子 或原子团的反应。它包括： α－消除: 从同碳原子上消除两个原子或基团，形成卡宾：
(1,1-消除)
E C Nu O CF3C ONa
β－消除: (1,2-消除)
C + Nu E
△
CF + CO2 + NaF
2
在相邻的两个碳原子上的原子或基团 被消除，形成双键或叁键。1，2－消除
CH3 C H3C HC =C H 2 CH3 Le ss substi tute d Hofmann 产物 product 21% 73% 81% 92%
CH3 Br Base C H3C H2O (C H3)3C O C H3C H2(C H3)2C O (C H3C H2)3C O -
（2) 离去基团