有机化学：第九章 sp3杂化碳原子的消去反应

1、第九章 sp3杂化碳原子的消去反应 Elimination Reaction at sp3 Hybridized Carbon,本章重点内容,1、 Mechanisms of E1, E2, and E1cB 2、 E2 Reaction 3、 E1 Reaction 4、 Competition of E2/E1, E/S 5、 E1cB Reaction 6、 Other Elimination Reactions,Reactivity Regioselectivity Stereochemistry,2,取代反应与消去反应Substitution Reactions and Elimin

2、ation Reactions,思考：1. Y-的作用? 2. 哪些因素对消去反应有利,竞争问题,回顾,一、消去反应机理,离去基团 LG,消去反应 在一定的条件下，分子中的一个离去基团和相邻碳上（b-C）的氢从分子中离去，从而形成不饱和碳-碳键,一、消去反应机制,消去反应的机理 E1, E2, and E1cB,Mechanism 在碱的作用下，C LG 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,二、E2 Reaction,2. Reaction activity 离去基团越容易离去，则反应活性越高。如：RI RBr RCl 进攻试剂的碱性越强，则反应活性越高。如：HO C

3、H3COO 反应底物卤代烃的活性为： 321,二、E2 Reaction,与SN2反应相同,与SN2反应有所不同,与SN2反应相反,3. Regioselectivity（区域选择性） 从含氢较少的-碳上消去氢得到取代基较多的烯烃 Zaitsevs Rule（一般规律, 但受碱的结构、离去基团和底物结构等因素影响,二、E2 Reaction,二、E2 Reaction,3. Regiochemistry（区域选择性,影响E2反应区域选择性的因素： 1) Base Structure（碱的结构,碱的体积增大，多取代产物减少,2) Leaving group（离去基团,影响E2反应区域选择性的因素

4、,离去基团碱性增加，离去倾向减弱，越容易生成少取代产物；氟代烃E2反应中的主产物为少取代烯烃,2) Leaving group（离去基团,对以上事实的解释： - 卤负离子中，氟离子的碱性最强，因此是一个差的离去基团，当碱进攻氢时，氟离子不易离去，使得反应过渡态具有了似E1cB的负离子特征。 - 碳负离子的稳定性： 30 20 10 - CH3,3) Structure of the Substrates (底物的结构,影响E2反应区域选择性的因素,当可以形成稳定的共轭烯烃时，以形成共轭烯烃为主要产物。可以不遵循 Zaitsevs Rule,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

5、,Summary E2 消去反应的主要产物一般为多取代烯烃 (即遵循Zaitsevs规则)，除非： 1) 碱的体积很大 2) 氟代烃（E1cB) 3) 可形成共轭烯烃,二、E2 Reaction,3. Regiochemistry（区域选择性,反Zaitsevs规则,4. Stereochemistry （立体化学） - E2反应：共平面消去反应（教材p356）。 - 原因：协同反应，s-键断裂和p-键形成同时发生 anti-periplanar elimination (反式共平面消去) syn-periplanar elimination (顺式共平面消去,二、E2 Reaction,2）

6、 E2反应的立体化学（ Stereochemistry） anti-periplanar elimination (反式共平面消去) 占优 syn-periplanar elimination (顺式共平面消去,消去,16,4. Stereochemistry - anti elimination is favored in an E2 reaction - trans-alkene is a major product,example 1,4. Stereochemistry,反式烯烃产物为主的原因： - 立体化学因素（最稳定的构象） - 产物稳定性（反式烯烃 顺式烯烃,例 2,R,S,Mo

7、re stable,4. Stereochemistry,Problem 请解释以下实验事实: (2S,3S)-2-bromo-3-phenylbutane gives (E)-2-phenyl-2-butene but (2S,3R)-2-bromo-3-phenylbutane gives (Z)-2-phenyl-2-butene,2） E2反应的立体化学（ Stereochemistry,Solution,2） E2反应的立体化学（ Stereochemistry,21,5. E2 Elimination from Cyclic Compounds 进行E2反应时的构象异构体的稳定性直

8、接影响反应的速率和区域选择性,二、E2 Reaction,Example 1,5. E2 Elimination from Cyclic Compounds,neomenthyl chloride（新氯代薄荷烷） undergoes an E2 reaction with ethoxide ion about 200 times faster than menthyl chloride（氯代薄荷烷） and the regioselectivity of the product is different from menthyl chloride Why,Example 2,二、E2 Reac

9、tion,5. E2 Elimination from Cyclic Compounds,faster,新氯代薄荷烷,二、E2 Reaction,5. E2 Elimination from Cyclic Compounds,slower,氯代薄荷烷,200 times faster,区域选择性也不同,27,Example 2,Problem Can you predict the product for the following E2 reaction,二、E2 Reaction,Summary Mechanism：协同反应 Reactivity：离去基团、碱性、底物烃基 Regioche

10、mistry：Zaitsevs 规则及反例 （过渡态稳定性、产物稳定性） Stereochemistry：反式共平面消去 反式烯烃产物为主 （过渡态稳定性、构象稳定性、产物稳定性,二、E2 Reaction,三、E1 Reaction,1. Mechanism,不同类型的RX的相对反应活性与碳正离子稳定性顺序相同： 3苄基型 3烯丙型 2苄基型 2烯丙型 3 1苄基型 1烯丙型 2 1 乙烯型 卤代烃的卤素不同，进行E1反应的活性不同： RI RBr RCl RF 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,三、E1 Reaction,2. E1 reacti

11、on activity,3. Regiochemistry - 与E2相同，一般遵循Zaitsevs rule，生成多取代烯烃为主（产物稳定性,三、E1 Reaction,3. Regiochemistry - 与E2相同，一般遵循Zaitsevs rule，生成多取代烯烃为主（产物稳定性,4. Stereochemistry - 因为先生成碳正离子，顺、反消去均能发生，同时得到 Z 和 E 烯烃，但是位阻大的基团处于双键的两侧是主产物。 （不一定是E型烯烃,E1 Reaction,34,E2和E1反应: 均以反式烯烃产物为主，原因： 1. 构象的稳定性（E2和E1反应有所区别） 2. 反式烯

12、烃稳定性顺式烯烃,消去反应以反式烯烃产物为主的原因,5. E1 reactions from Cyclic Compounds - the two groups that are eliminated do not have to be both in axial positions because the elimination reaction is not concerted,E1 Reaction,36,三、E1 Reaction,6. Rearrangements in E1 Reactions,三、E1 Reaction,6. Rearrangements in E1 Reacti

13、ons,三、E1 Reaction,6. Rearrangements in E1 Reactions,讨论,6. Rearrangements in E1 Reactions,三、E1 Reaction,Summary Mechanism：碳正离子中间体 Reactivity：碳正离子、离去基团 Regiochemistry: Zaitsevs rule （产物稳定性） Stereochemistry: 非反式共平面消去 反式烯烃产物为主 （碳正离子中间体及其构象稳定性） Rearrangment：以形成更稳定的碳正离子,四、E2/E1, S/E竞争问题,1. E2/E1竞争 An E2 r

14、eaction is favored by a high conc. of a strong base and an aprotic polar solvent（非质子性极性溶剂） An E1 reaction is favored by a weak base and a protic polar solvent （质子性极性溶剂） 10 RX - E2 only 20 and 30 RX - both E1 and E2,反应活性: SN2 10 20 30 ；E2 30 20 10 10卤代烃易于取代，较少消去 - 但是如果进攻试剂体积大或卤代烃的碳上取代基多，则E2比率大大增加,浓、强

15、的亲核试剂/强碱/非质子性溶剂条件下,2. SN2/E2竞争,四、E2/E1, S/E竞争问题,2. SN2/E2竞争 - 10 卤代烃,2. SN2/E2竞争 - 20 和 30卤代烃 对于20卤代烃, 两种反应都会发生。 - 一般进攻试剂碱性越强，体积越大，则发生E2的几率越大。 - 反应温度高有利于E2。 30卤代烃以E2为主,四、E2/E1, S/E竞争问题,四、E2/E1, S/E竞争问题,2. SN2/E2竞争 - 20 and 30 卤代烃,3. SN1/E1竞争 卤代烃在SN1和E1反应中的活性顺序是一致的：30 20 10 ; RI RBr RCl 对于20和30卤代烃, 两

16、种反应都会发生。 反应温度高有利于E1 亲核试剂的碱性越弱，亲核性越强，则越有利于SN1反应的发生,稀、弱的亲核试剂 /弱碱/质子性溶剂条件下,Summary,四、E2/E1, S/E竞争问题,五、E1cB Reaction,具有以下特点的物质容易发生E1cB反应： 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，使碳负离子得以稳定； 离去基团难离去,例1 b-羰基醇的E1cB机制,五、E1cB Reaction,例2 氟代烃的似E1cB反应 - 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,五、E1cB Reaction,例3 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。 这种选择性被称为Hofmann取向（HofmannOrientation,季铵碱,51,例3 季铵碱的Hofmann消去反应,六、其它消去反应,1、Cope消去反应（氧化胺的消去反应,分子内E2消去，顺式消去，Hofmann取向,六、其它消去反应,