消除反应教学内容.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第15章 消除反应(Elimination Reactions),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。,一.,反应的类型,二.反应机理,1.E1机理,2.单分子共轭碱消除(E1CB),机理,3.E2机理,三.影响反应机理的因素,1.底物,2.碱,3.离去基团,4.溶剂,四.反应的定向,1.一般规则,2.反应机理与定向的关系,五.反应的立体化学,六.其它1,2消除反应,七.热消除反应,反应特点,1.羧酸酯的热消除反应,2.Cope 反应,消除反应类型,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.,消除（1,2-消除）:,消除反应类型,从,同碳原子上消除,两个原子或基团,形成,卡宾,：,2.,消除(1,1-消除):,卡宾为6电子结构,1.,-消去反应,又叫1,1消去反应,得,卡宾(碳烯),或,氮宾(乃春、氮烯),1，3消除：,饱和碳原子进行亲核取代反应时，常伴随消除反应,的发生：,消除最为常见，应用最广。,根据被消除的基团（或原子）又可分为,脱氢、,脱卤化氢、脱水、脱胺、脱卤素、脱氨,等反应。,第一节 反应机理和定位法则,一、反应机理,消除反应是,制备烯烃,的主要反应之一。由于,亲核取代反应的反应条件与其相似。因此，两种反,应相伴发生。,例如：,根据离去基团和,氢从分子中离去,的顺序，分为三种机理：,一、,消除反应,3种消除机制-E1,E1cb,E2,（一）消除反应的历程,1.E1 反应,1.单分子消除反应(E1),机理,反应活性：,对于烷基：,3 2 1 CH,3,一、,消除反应,1、单分子消除反应（E1）历程,v=kRX,只有当,形成的碳正离子比较稳定,时，反应才能优,先按照E1历程进行。在高极性介质中有利于E1历程。,在E1反应中,溶剂分子在反应中起很大作用,，它即,可作,质子的接受体,，也可向,碳正离子作SN亲,核取代,，所以亲核取代和消除常同时发生，并随溶剂,极性和反应温度不同而有不同程度发生。,醇在强酸作用下的脱水反应是按E1消除历程进行:,由于E反应首先生成具有平面构型的碳正离子，,它可以自由转动成最稳定的构象，所以缺乏立体选,择性。,醇在酸的催化下脱水和第三卤代烷在碱的作用下脱卤化氢等属于E1反应。,E1反应常伴有SN1的竞争,和重排产物的生成。,按E1,机理进行反应的实例：,底物不同,产物相同,反应速率不同,经过相同的中间体,(1),(1),按E1,机理进行反应的实例：,(2)重排产物的生成：,Wanger-Meerwein,重排,按E1,机理反应的底物结构特征：,形成稳定正碳离子的体系。,3、E1cB单分子共轭碱消除反应历程:,V=kRX,在碱的进攻下，,H首先离去,，从,生成的碳负离子,(反应物的共轭碱)中离去基团带着一对电子离开，同时,生成键,：,3、E1cB单分子共轭碱消除反应历程:,消除反应究竟按何种机理进行，不仅与反应物的结构有关，还与进攻试剂与介质的性质有关。,共轭酸,共轭碱,一般说来，有利于形成碳正离子者，有利于E1机理进行；而有利于形成,碳负离子者，有利于按E1cB机理进行,；中间的情况为E机制。,按E1CB,机理进行反应底物结构特征：,简单的卤代烷和磺酸烷基酯不起Elcb反应，1）,当离去基团,L,不易离去，即C-L键不易断裂,（如季铵），2）,-H又有较强酸性时，即在-上有硝基、羰基、氰基等强吸电子时，,如：COCH,3,、,NO,2,、Me,3,N+,等,，反应才可能按Elcb历程进行,E1CB,机理证明,同位素交换（在碱的水溶液中消除DF）,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C,的存在。,3.双分子消除反应(E2)机理,试剂进攻-H，使之脱去的同时，离去基团带着一对电子离去，在-碳和-碳原子之间形成键，反应经过一个,中间过渡状态,中性或带负电荷，如：OR,，OH,，NH,2,，,I,，RLi,等。,B,:,L:鎓离子或其它吸电子基X，OSO,2,，RCOO,，NR,3,+,，NO,2,，CN,，SR,2,+,等。,1.动力学测定二级反应k,底物:B,支持E2证据：,2.同位素效应,CD键断裂比CH断裂慢，若CH断裂是决速步骤，那么氘代化合物速度慢,k,H,/k,D,=6.7,立体化学证明,k,反,/,k,顺,100,反式,顺式遵守sayzeff规律，,得热力学稳定的烯烃（带较多烷基的烯烃）,E2反应所形成的过渡态和反应动力学与SN,2,相似，其区别在于亲核试剂在E2反应进攻-H，而SN,2,反应中进攻-C,伯卤代烷、季铵碱等在强碱作用下所发生的消除反应主要按E2历程进行。,按E2,反应的底物特征：伯卤代烷、仲卤代烷、一级,烷基季铵盐等。,多数情况下E2历程中键的断裂和形成并非协同的，而且有先有后，为此提出了,可变过渡态理论,E2、E1、E1CB,的关系：,L首先,离去,L,与H,同时离去,H,+,首先,离去,影响反应机理的因素：,1)底物,E1机理,EICB,机理,利于C,+,的,生成,减弱-,氢,的酸性,稳定C,的作用,除此之外,均按E2,机理,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,离去基团越易离去，利于E1,机理。,4)溶剂,极性强，利于E1,或E1CB机理；,极性弱，利于E2机理。,15.3 消除反应的取向,1.,消除反应的取向规律,札依采夫规律,：,优先生成双键,C,上连有较多 烷基的烯烃。,霍夫曼规律：,优先生成双键,C,上连有较少烷基的烯烃。,对卤代烃和,磺酸酯、,醇的消除反应,多数遵守,sayzeff,规律，,得热力学稳定的烯烃（带较多烷基的烯烃）,热力学控制产物,遵循Sayzaff规则,E1反应：,E2反应：,15.3.1 Saytzeff规则,15.3.2 Hofmann规则,季铵碱和锍碱消除形成双键上连较少烷基的烯烃。,15.4.影响消除取向的因素,(1,),E2,反应中，增大离去基团的体积，减小碱性基团体积，减小,H,空间阻力，对,sayzeff,有利。,(2)E1,反应中,多数,遵循,sayzeff,规则，优势产物是双键上连取代基较多的烯烃，但也有,E1,反应中不遵循,sayzeff,规则。,优先失去,氢，因为生成稳定的负碳离子。,15.4.1 反应物结构的影响,1.对反应活性的影响,无论E1还是E2，当,-,氢,连有芳基、苯基或者羰基时，反应速率加快，形成稳定地共轭化合物,当-碳原子连有,给电子基时,，-氢的酸性降低，该-氢就不易被碱性试剂进攻。当-碳原子连有,苯基、羰基等吸电子基时,，季铵碱热分解则不服从霍夫曼规则,从过渡态中的-,氢的活性考虑，失去氢，生成,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。,15.4.1 反应物结构的影响,当-碳原子连有,给电子基时,，-氢的酸性降低，该-氢就不易被碱性试剂进攻，而且-碳原子位阻越大，反应从位阻比较小的一侧进攻。,一、E1历程,遵从Saytzeff规则，形成热力学稳定的烯烃，如果空阻过大时则遵从Hofmann消除,二、E1cb历程,遵从Hofmann规则。首先形成C,-,饱和烷基碳上氢的酸性：,1H2H3H,(,位阻顺序与此相同,),对历程的影响,E1CB,反应：,遵循,Hofmann,规则,当季铵碱热分解时，-氢消除的难易顺序是CH,3,RCH,2,R,2,CH，通常主要生成双键碳原子上连有较少取代基的烯烃,季铵碱热分解为E2反应，但由于氮原子上正电荷的影响，其过渡态类似E1cb历程,三、E2历程,1中性底物的E2消除按Saytzeff消除;,2,离去基带电荷的底物的E2消除按Hofmann消除，这时-H的酸性不同,。,H,酸性大于,H,共轭稳定,当-C上连有强吸电基,则遵从Saytzeff规则，,E2反应速率增加,15.4.2 碱的影响,用Me,3,CO,-,/Me,3,COH为碱时：,离去基,2-己烯,1-己烯,I,-,22%,78%,Cl,-,9%,91%,F,2%,97%,CH,3,O-,离去基,2-己烯,1-己烯,I,81%,19%,Cl,67%,33%,F,30%,69%,碱的强度增大，有利于C,-,形成，反应越倾向于E1cb,碱的体积大小对取向也有影响，,(,CH,3,),3,C-O,-,比,CH,3,O,-,体积大,，所以它,夺取末端的伯氢较夺取中间的仲氢为易,（空间位阻小）。,Bredt规则：,消除时，不能在桥头碳原子上形成双键（,不能共平面,）,15.4.3 离去基团的影响,离去基,2-己烯,1-己烯,I,81%,19%,Cl,67%,33%,F,30%,69%,离去基越难离去时越有利于按Hofmann消除,E2,反应：,当L=F,时，为似E1CB的E2反应，,因为F具有较大电负性。,当L=Cl,Br,I,时，反应为,似E1的E2反应。,离去基越难离去时越有利于按Hofmann消除,离去基团的大小,当离去基团的体积大时，碱不易进攻,1位的氢（位阻大的氢），而易进攻2位的氢（位阻小的氢）得到,Hofmann消除,。,结论：,(,1),离去基的体积增大，碱对的体积减小，,-H,空阻小,对,sayzeff,取向有利。否则对,Hoffman,有利。,(2),无论反应按何种历程进行，若发生消除反应的化合物中已有双键，且能与新形成的双键共轭，则共轭产物为优势产物。,15.5,消除反应的立体化学,E1,消除因中间体是平面构型的碳正离子，所以,E1,的立体化学不强,，,生成的碳正离子比较稳定，又被很好的溶剂化，消除反应是没有立体选择性,主要讨论E2反应立体化学,15.5.1反式消除（反式共轭消除，反叠消除）,采用交叉式的优势构象，有利于:（1）过渡态中变形sp,3,轨道的重叠;（2）碱与离去基位阻排斥最小,分别与L和H成键的碳原子的sp3轨道逐渐演变成p轨道并重叠成,键,;,在可能的情况下，两个被消除基团，需处在反式共平面的位置，过渡态的能量是有利的。这样进行的消除反应称为反式消除。在大多数情况下，E2反应是反式消除,反式消除活化能低,所以一般情况下，反式消除有利。,在大多数情况下，E2反应是反式消除,（1R，2R）1，2-二苯基-1-溴丙烷的E2反应只生成顺式烯烃,（1R，2R）-1，2-二苯基-1-溴丙烷 顺-1，2-二苯基丙烯,(2),对于异构体（,1S,，,2R,）或（,1R,，,2S,）来说，则给出反式烯烃产物。,(1,)对于异构体(,1R,，,2R,)或它的对映体(,1S,，,2S,)来说，给出顺式烯烃。,（1R，2R）1，2-二苯基-1-溴丙烷的E2反应只生成顺式烯烃,（1R，2R）-1，2-二苯基-1-溴丙烷 顺-1，2-二苯基丙烯,用纽曼投影式表示反式消除过程：,(2S,3R),顺交叉式,对甲苯磺酸-4-叔丁基环已基酯的顺式和反式，分别在C,2,H,5,ONa/C,2,H,5,OH,70的条件下，前者顺利发生E2,而后者只能缓慢的发生E1。,环状化合物,优势构象,a,a,反式共平面氢,OTs与氢分别处于直立键，它们CC,键处于共平面,优势构象,环不能翻转，否则有很大的排斥张力，反应速度缓慢,处于反式的氢在e,键上，与OTs不在一个,平面上，反应按E1机理进行。,总之要求消除的原子或基团必须处于反叠共平面的关系,在环上发生E2消除时，被消除的两个原子或基团必须均处于a键上。,顺式消除（较少）,不能达到反叠共平面的E2只能按顺式消除,由于环的刚性，Me,3,NC,C,H,不能,同处一个平面，但Me,3,N C,C,D,共,平面。是顺叠构象，所以进行顺式消除。,H,b,与OTs为反叠共平面，但酸性不如H,a,Ei(热消除)一般为顺式消除,顺式氢比反式氢活化时，发生顺式消除。,（1）开链化合物的消去一般以反式消除为主，也存在顺式消除。,（2）六元环化合物主要发生反式消除。,（3）桥环化合物往往为顺式消除。,15.6.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,氢和,离去基团，生成烯烃。,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。,进行热解消除反应的底物：,1.羧酸酯的热消除：,前者是稳定的构象，,两个苯基处于对位；,后者两个苯基处于,邻位，构象不稳定，,其热消除的产物很,少。,热消除遵循Hofmann,规则，优先得到取代程度较低,的烯烃。,2.Cope,反应,15.7,-,消除反应的应用,15.7.1,醇脱水,分为液相催化脱水和气相催化脱水，,液相催化脱水需要酸存在下，容易发生E1的重排反应；而气相催化脱水不会发生重排。,15.7,-,消除反应的应用,15.7.2 形成碳碳重键,1卤代烃脱卤化氢或卤素,主要合成含C=C和C,C,的化合物。,条件：NaOH/EtOH、RONa/ROH、NaNH,2,/液NH,3,卤代烯烃脱卤需要使用NaNH,2,/液NH,3,强碱,若能形成共轭烯烃时，一般只需要使用NaOH/H,2,O即可,烯丙位重排,邻二卤代物可用Zn或NaI/丙酮脱去卤素形成双键,3羧酸酯、黄原酸酯和氧化胺的热解,羧酸酯的热解可避免醇酸催化脱水的重排与异构化反应，发生Hofmann消除，主要用来合成末端烯烃。一般用乙酸酯进行热解。,共轭稳定,黄原酸酯热解按Hofmann消除进行,重排,4季铵碱热消除,按Hofmann消除得烯烃。,利用彻底甲基化反应可以测定胺的结构,9.5.2 形成碳氮重键,酰胺在脱水剂作用下得腈。,下列化合物在浓KOH醇溶液中脱卤化氢，反应速率大小的顺序是（）,CH,3,CH,2,CH,2,CH,2,Br CH,3,CH,2,CHBrCH,3,CH,3,CH,2,CBr(CH,3,),2,a b c,cba,新戊基溴与乙醇作用，主要生成2-甲基-2-丁烯，试用反应历程表示主要产物的生成过程。,2-甲基-2-丁烯是消除HBr反应的产物，其碳骨架与新戊基不同,说明反应中发生了重排，表明该反应是E1反应。反应历程如下：,在醇溶液中下列试剂与三级卤代烷反应，消除/取代比率的大小（）,cab,指出下列反应的反应类型。反应历程中如果有活性中间体，请写出活性中间体的结构。,E1cb反应，活性中间体为碳负离子。,