《高等有機化學(xué)》_第9章 消去反應(yīng)

第九章 消去反應(yīng) 9.1概述 1.a－消去得卡賓或氮賓 1.1－消去 卡賓為6電子結(jié)構(gòu) 1. b－消去反應(yīng) 又叫1,2-消去反應(yīng), 形成不飽和鍵. 歷程分為：離子型消去，自由基消去和周環(huán)歷程 9.2消去反應(yīng)歷程 9.2.1E1,E2,E1cb及Ei歷程 1、 E1歷程 v=k[底物] 與SN1相似一級反應(yīng)，可發(fā)生重排，不同處在快步驟中失去b-H. 2. E1cb歷程 β－H酸性強 一級反應(yīng)，中間體為C-離子，要求β碳上連有強吸電基 3.E2消除 協(xié)同的一步反應(yīng)，無任何中間體，而E1和E1cb均為二步反應(yīng)。多數(shù)情況下E2鍵的斷裂和形成并非協(xié)同的，而且有先有后，為此提出了可變過渡理論。 4.Ei歷程（分子內(nèi)的消去反應(yīng)） 通過環(huán)狀過渡態(tài)如羧酸酯、黃原酸酯和胺氧化物等，不需要酸堿催化。 順式立體消除 6.2.2影響消去反應(yīng)的因素 一、 反應(yīng)底物 1．對E1和E2 底物分子a－碳上支鏈增多，消去反應(yīng)的活性增大。 E1的a－碳上支鏈增多，碳正離子更穩(wěn)定；E2消除β－H機會增大，形成的烯烴更穩(wěn)定；而β－C有弱吸電基時傾向于E1cb。 2. 對E和SN的相互競爭 （1）E2和SN2的競爭 按此順序，親核取代的位阻增大，進攻β－H的機會增大，產(chǎn)物烯烴更加穩(wěn)定。 （2）SN1和E1 a－碳上的支鏈增多，SN1的快步驟眾的位阻增大，有利于消除。 二、進攻試劑 1．對E1和E2的影響 強堿有利于E2,弱堿或無堿的溶劑有利于E1。 2．消除與取代的競爭 （1）強度 強堿有利于消除，弱堿強親核試劑有利于取代反應(yīng)。 100％ 堿性 C2H5O->CH3COO- 21% 79% 強堿的濃度越高，有利于雙分子，特別是E2。低濃度堿或不用堿時，質(zhì)子性溶劑中單分子反應(yīng)占優(yōu)勢，特別是SN1。見P181。 (2)進攻試劑體積 大體積的強堿易發(fā)生E2，而不利于SN2（空阻）。 三、離去基 如果離去基有利于E1和E2,不好的離去基如F-、R4N＋有利于E1cb（強吸電性，使β-H酸性增加）。 四、溶劑 極性大的溶劑對單分子有利，對雙分子不利，對E更不利，極性小的溶劑對雙分子反應(yīng)有利，對單分子反應(yīng)不利，對E2更有利。 定速步驟中，單分子反應(yīng)的電荷產(chǎn)生或集中，強極性溶劑有利于中間體的溶劑化而穩(wěn)定，提高反應(yīng)速率。雙分子反應(yīng)的過渡態(tài)電荷分散，E2比SN2更分散，極性小溶劑有利于電荷分散。 五、反應(yīng)濃度 消去反應(yīng)的過渡態(tài)有C-H拉長和斷裂，活化能更大，升溫有利于消除。 25℃ 9％（SN1） 91％（E1+E2） 55℃ 0% 100%(E1+E2) 9.3消去反應(yīng)的方向 9.3.1Saytzeff規(guī)則 醇、鹵烷、磺酸酯存在此規(guī)則，得熱力學(xué)穩(wěn)定的烯烴 71％ 29％ 9.3.2 Hofmann規(guī)則 季銨堿和锍堿消除形成雙鍵上連較少烷基的烯烴。 96% 4% 9.3.3消去方向與歷程的關(guān)系 一、E1歷程 遵從Saytyeff規(guī)則，形成熱力學(xué)穩(wěn)定的烯烴，如果空阻過大時則遵從Hofmann消除 81％ 19％ 二、E1cb歷程 遵從Hofmannn規(guī)則。首先形成C-,飽和碳上氫的酸性：1°H>2°H>3°H(再加上位阻順序) 三、E2歷程 1．中性底物的E2消除按Saytzeff消除; 2．離去基帶電荷的底物的E2消除按Hofmann消除，這時β－H的酸性不同。 當(dāng)β－C上連有強吸電基時遵從Saytzeff規(guī)則 亞甲基氫酸性大于甲基氫。 離去基越難離去時越有利于按Hofmann消除 離去基 2-己烯 1-己烯 I 81% 19% Cl 67% 33% F 30% 69% 用Me3CO- /Me3COH為堿時： 離去基 2-己烯 1-己烯 I- 22% 78% Cl- 9% 91% F 2% 97% 堿的強度增大，有利于C-形成，反應(yīng)越傾向于E1cb 消除時，不能在橋頭碳原子上形成雙鍵（不能共平面）Bredf規(guī)則 9.4消去反應(yīng)的立體化學(xué)（E2） 9.4.1反式消除（反式共軛消除，反疊消除） 采用交叉構(gòu)象（優(yōu)勢），有利于:（1）過渡態(tài)中變形sp3軌道重疊;（2）堿與離去基位阻排斥最小 (2S,3R) （2R,3R） (2S,3S) 對甲苯璜酸－4－叔丁基環(huán)已酯的順式和反式，分別C2H5ONa/C2H5OH ,70℃，前者順利發(fā)生E2,而后者只能緩慢的反應(yīng)E1。 （優(yōu)勢） （優(yōu)勢） 不能翻轉(zhuǎn)，否則有很大的排斥張力 總之要求消除的原子或基團必須處于反疊共平面的關(guān)系 （1S,2S,6S） (3S) E2消除時，被消除的原子必須均處于a鍵上。 9.4.2順式消除（較少） 不能達到反疊共平面的E2只能按順式消除 這時環(huán)不能扭曲 反式或順式消去產(chǎn)物的比例隨底物的結(jié)構(gòu)和反應(yīng)條件發(fā)生變換 順式氫比反式氫活化時，發(fā)生順式消除。 89％ 10％ Hb與OTs為反疊共平面，但酸性不如Ha Ei(熱消除)一般為順式消除 總之（1）開鏈化合物的消去一般以反式消除為主，也存在順式消除。 （2）六元環(huán)化合物主要為反式消除。 （3）橋環(huán)化合物往往為順式消除。 9.5 b-消除反應(yīng)的應(yīng)用 9.5.1 形成碳碳重鍵 1．鹵代烴脫鹵化氫或鹵素 主要合成含C=C和CºC的化合物。條件：NaOH/EtOH、RONa/ROH、NaNH2/NH3. 鹵代烯烴脫鹵需要使用NaNH2/NH3強堿。 若能形成共軛烯烴時，一般只需要使用NaOH/H2O即可。 鄰二鹵代物可用Zn或NaI/丙酮脫去鹵素形成雙鍵。 2．醇脫水 分為液相催化脫水和氣相催化脫水，液相催化脫水需要酸存在下，容易發(fā)生E1的重排反應(yīng)；而氣相催化脫水不會發(fā)生重排。 3．季銨堿熱消除 按Hofmann消除的烯烴。 利用徹底甲基化反應(yīng)可以測定胺的結(jié)構(gòu)。 4．羧酸酯、黃原酸酯和氧化胺的熱解 羧酸酯的熱解可避免醇酸催化脫水的重排與異構(gòu)化反應(yīng)，發(fā)生Hofmann消除，主要用來合成末端烯烴。最常用乙酸酯進行熱解。 Saytzeff消除 黃原酸酯熱解按Hofmann消除進行。 9.5.2 形成碳氮重鍵 酰胺在脫水劑作用下得腈。