第二十三章消除反应(第三版)
更新时间:2023-08-20 02:55:01 阅读量: 高等教育 文档下载
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有机化学
第二十三章 消除反应 消除反应类型消除反应: 是从一个化合物分子中消除 一个化合物分子中消除两个原子 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。 或原子团的反应。 在相邻的两个碳原子上的原子或基团 β-消除 -消除: 被消除,形成双键或叁键。 被消除,形成双键或叁键。
Organic Organic Chemistry Chemistry Xumiaoqing Xumiaoqing
C C Nu Eα-消除: -消除
C C
+ Nu E
从同碳原子上消除两个原子或基团, 从同碳原子上消除两个原子或基团, 形成卡宾: 形成卡宾:
E C Nu
C + Nu E
1,1-消除 -
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Organic Organic Chemistry Chemistry Xumiaoqing Xumiaoqing
O CF3C ONa1,3-消除: , -消除:
△
CF + CO2 + NaFC C
C C C Nu E
+ Nu E C
饱和碳原子进行亲核取代反应时, 饱和碳原子进行亲核取代反应时,常伴随消除反应 的发生: 的发生:RCH2CH2OH + HX RCH2CH2X + H2O RCH CH2 + H2O + HX
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Organic Organic Chemistry Chemistry Xumiaoqing Xumiaoqing
§23.1
E1,E2和E1cB 和
23.1.1 E1,单分子消除(unimolecular elimination) 单分子消除( 单分子消除
C C H L
慢 L
C C H
C
C
+ H
反应活性: 反应活性:
υ =k
C C H L
对于烷基: 对于烷基: 3°> 2°> 1°> CH3 ° ° °
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23.1.2
E1cB (unimolecular elimination from the conjugate base)B
Organic Organic Chemistry Chemistry Xumiaoqing Xumiaoqing
C C L HC L C
C C L
+ HB
慢
C
C
+ L
按E1CB机理进行反应底物结构特征: 机理进行反应底物结构特征: 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:COCH3,、 -氢被吸电子基团活化时, 、 是难离去基团。 NO2、Me3N+等; ② L是难离去基团。 是难离去基团O O OCCH3 CH3O H NO2 H OCCH3 H NO2
NO2
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Organic Organic Chemistry Chemistry Xumiaoqing Xumiaoqing
23.1.3
E2, 双分子消除
H C C LB
H C C Lδ
B
δ
C
C
+ HB + L
υ=k [底物 [:B] = 底物 底物] B- : 中性或带负电荷,如:OR-,OH-,NH2-, 中性或带负电荷, I-,RLi等。 等 L: X-, -,OSO2-, RCOO-,NR3+,NO2-, -, CN-,SR2+等。 反应的底物特征: 按E2反应的底物特征:伯卤代烷、仲卤代烷、一级 反应的底物特征 伯卤代烷、仲卤代烷、 烷基季铵盐等。 烷基季铵盐等。
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Organic Organic Chemistry Chemistry Xumiaoqing Xumiaoqing
23.1.4
同位素效应
E1CB机理证明 机理证明 同位素交换慢
CCl2 CF2 F D
OH
CCl2 CF2 F
Cl2CH2O, 快
CF2
(I)
CHCl2CF3 (II)
当反应进行一半时测定,产物中有 生成 生成, 当反应进行一半时测定,产物中有(II)生成,表明 H与D的交换发生,说明中间体 -的存在。 的交换发生, 与 的交换发生 说明中间体C 的存在。
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23.1.5 E1,E2和 E1cB 之间的关系 和 E2、E1、E1CB的关
系: 、 、 的关系: 的关系 E1 L首先 首先 离去 似E1 E2 L与H 与 同时离去 似E1CB EICB H+ 首先 离去
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Organic Organic Chemistry Chemistry Xumiaoqing Xumiaoqing
影响反应机理的因素: 影响反应机理的因素:1) 底物 E1机理 机理
利于C 利于 +的 生成
Ar
R稳定C 稳定 - 的作用
C L
H C
减弱β-氢 减弱 氢 的酸性
R'除此之外 均按E2 均按 机理
Ar (Y)
EICB机理 机理
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2) 碱 碱越强,浓度越大,利于 机理。 碱越强,浓度越大,利于E1CB、E2机理。 、 机理 反之,利于E1机理 机理。 反之,利于 机理。 3) 离去基团 离去基团越易离去,利于E1机理。 机理。 离去基团越易离去,利于 机理 4) 溶剂 极性强,利于 或 机理; 极性强,利于E1或E1CB机理; 机理 极性弱,利于E2机理 机理。 极性弱,利于 机理。
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23.1.6 消除反应和取代反应的竞争23.1.6.1 (1)C
化合物的结构CH吸电子基(CF 等 Y 吸电子基 3,,NO2,,SO2Ar,CN,C=O,CO2Et等) 有利消除反应. 有利消除反应
(2) β-C 酸性增强 有利消除反应 酸性增强,有利消除反应 有利消除反应. (3)α-C, β-C上烷基数目多 有利消除反应 上烷基数目多,有利消除反应 上烷基数目多 有利消除反应. 23.1.6.2 碱性试剂
强碱有利于消除;亲核性强的试剂,有利于 强碱有利于消除 亲核性强的试剂 有利于取代反应 有利于消除 亲核性强的试剂 有利于取代反应 23.1.6.3 离去基团 OTs有利于取代反应,带正电荷的基团如:N+M 有利于取代反应,带正电荷的基团如: 有利于取代反应 e3,S+Me2等有利于消除. 等有利于消除 消除.
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23.1.6.4 4
溶剂和温度
Organic Organic Chemistry Chemistry Xumiaoqing Xumiaoqing
极性大的溶剂有利于取代反应,温度高有利于消除反应 极性大的溶剂有利于取代反应 温度高有利于消除反应 的溶剂有利于取代反应 温度高有利于消除反应.
§23.2
β-消除反应的区域选择性 消除反应的区域选择性
23.2.1 Zaitsev规律和 规律和Hofmann规律 规律和 规律
消除反应的定向 (Orientation)Hβ ' Hβ C C C R L
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E1反应: 反应: 反应CH3CH CH(CH3)2 XB
CH3CH CH(CH3)2
-H
CH3CH C(CH3)2
热力学控制产物
遵循Sayzaff规则 规则 遵循
E1CB反应: 反应: 反应CH3 CH2△
N(CH3)3OH CH CH395%
CH3 CH2
N(CH3)3 CH CH2
CH3 CH2 CH CH2
遵循 Hofmann 规则
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Organic Organic Chemistry Chemistry Xumiaoqing Xumiaoqing
E2反应: 反应: 反应 反应, 规则; 似E1的E2反应,遵循 的 反应 遵循Sayzaf规则;多数情况下, 规则 多数情况下, 不带电荷的底物:卤代烃、磺酸酯。 不带电荷的底物:卤代烃、磺酸酯。 反应, 规则
; 似E1CB的E2反应,遵循 的 反应 遵循Hofmann规则;底物 规则 带电荷:季铵碱、锍盐。 带电荷:季铵碱、锍盐。CH 3(CH 2)3CHCH 3 LEtO
CH 3(CH 2)2CH CHCH3 + CH 3(CH 2)3CH CH 2(I) (II)
L F Cl Br I
(I) / (II) 0.43 2.0 2.6 4.2
反应, 当L=F时,为似 时 为似E1CB的E2反应, 的 反应 因为F具有较大电负性 具有较大电负性。 因为 具有较大电负性。 当L=Cl, Br, I时, 反应为 时 反应。 似E1的E2反应。 的 反应
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CH3CH2β
CH3 N CH2CH2CH3 CH3β '
OH
H2C CH2 + CH3CH CH2(98%) (2%)
从过渡态中的β-氢的活性考虑,失去 - 从过渡态中的 氢的活性考虑,失去β-氢,生成 氢的活性考虑 伯碳负离子,失去β’- 生成仲碳负离子。 伯碳负离子,失去 -氢,生成仲碳负离子。 伯C-稳定性 > 仲C-稳定性,所以乙烯是主要产物。 稳定性,所以乙烯是主要产物。
CH3 OH PhCH CH2 + CH3CH2N(CH3)2 PhCH2CH2 N CH2CH3 β ' β CH3优先失去β- 优先失去 -氢,因为生成稳定的负碳离子。 因为生成稳定的负碳离子。 负碳离子
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空间效应的影响: 空间效应的影响: 1) 离去基团的大小CH3CH2CH2 CH CH3(1) EtONa
CH3CH2CH2CH CH2 + CH3CH2CH CHCH3(I) (II)
L
(2)
L: S(CH3)2 I / II 6.72) 底物结构的影响CH3CH2CHCH3 Br(CH3)3CCH2C(CH3)2 Br
N(CH3)3 ~50EtO-
当离去基团的体积 大时, 大时,碱不易进攻 1位的氢,而易进攻 位的氢, 位的氢 2位的氢。 位的氢。 位的氢
CH3CH2CH CH2(19%)
EtO
(CH3)3CCH2C CH2 CH3
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§23.3
E2反应的立体化学 反应的立体化学
23.3.1 顺式消除和反式消除
E1、E1CB不具有立体选择性。 、 不具有立体选择性。 不具有立体选择性R1 R2 H R2-HL
R2 R1 C C
R1 R2
E2按反式消除 按
L L H
R1-HL
R2 R2
R1 R2-
R1 R1
C C
R1 R2
顺式消除
H H D CH3 L
CH3
EtO
D
反式消除
C C CH3 CH3
H
L: Br, OTs, N(CH3)3
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OTs
OTsE2
H具有反式氢
OTsOTs HE1 (慢) 慢
处于反式的氢在e键上, 处于反式的氢在 键上,与OTs不在一个 键上 不在一个 平面上,反应按E1机理进行 机理进行。 平面上,反应按 机理进行。
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Organic Organic Chemistry Chemistry Xumiaoqing XumiaoqingH H
D N Me3+
H
顺式消除
H
§23.4
1,2-二溴化物和 二溴化物和1,2-二醇的消除反应 二溴化物和 二醇的消除反应
23.4.1 1,2-二溴化物 二溴化物
C C X X
I 或Zn
C CC2H5OH
+ X2H2C C CH2 + ZnCl2(80%)
H2C C CH2 + Zn Cl Cl
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RCH
CHCH2OHBr2
RCH CHCOOHZn
RCH CHCH2OH HNO3 RCHBrCHBrCOOH Br Br23.4.2C OH C OH O C S
1,2-二醇 二醇S Cl C Cl DMAP C C O -(MeO) 3PS,-CO2 P(OMe) 3 C C
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§23.5热解消除反应: 热解消除反应:
热消除反应
在无外加试剂存在下,在惰性溶剂中, 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- 或无溶剂情况下,通过加热,失去 -氢和 离去基团,生成烯烃。 离去基团,生成烯烃。H H O H C R R H H O H O C H R R H H + O H C
R
H O 反应特点: 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。 通常是顺式消除。
O R H 进行热解消除反应的底物: 进行热解消除反应的底物:RCH2CHOCOCH3 S R' RCH2CHOCSCH3 R'
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1. 羧酸酯的热消除: 羧酸酯的热消除:D Ph O PhCHCHOCCH3赤型
CH3 C O O Ph H Ph DCH3 O D Ph Ph C O H H
△
D Ph
Ph H(主) 主
前者是稳定的构象, 前者是稳定的构象, 两个苯基处于对位; 两个苯基处于对位; 后者两个苯基处于 邻位,构象不稳定, 邻位,构象不稳定, 其热消除的产物很 少。
H
△
Ph Ph
H H(痕量) 痕
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