第九章消去反应

第九章消去反应9.1概述1.－消去得卡宾或氮宾1.1－消去CH2NN△或hvCH2＋N2卡宾为6电子结构R2C=C=O＋CO△或hvR2CCHCl3＋NaOHCCl2＋NaCl＋H2ORNOSO2ArH＋B-氮宾（6e）BHRN＋ArSO3-RN＋N2△或hvNN-RN1.－消去反应又叫1,2-消去反应,形成不饱和键.RCH2CH2XOH-βαRCH=CH2＋X-＋H2O历程分为：离子型消去，自由基消去和周环历程9.2消去反应历程9.2.1E1,E2,E1cb及Ei历程1、E1历程RCH2CLR'R''慢RCH2C+R'R''＋L-RCH2C+HR'R''快RCH=CR'R''βH+v=k[底物]与SN1相似一级反应，可发生重排，不同处在快步骤中失去-H.2.E1cb历程O2NCHCHRHLB-慢O2NCHCHRL快O2NCH=CHR＋L-β－H酸性强一级反应，中间体为C-离子，要求β碳上连有强吸电基3.E2消除RCHHCH2LB-(RCHCH2L)HBδ-δ－RCHCH2＋BH＋L-协同的一步反应，无任何中间体，而E1和E1cb均为二步反应。多数情况下E2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理论。CCHBLδ+δ-CHCLδ+δ-CCHBLδ-δ+CCHBLδ+δ-CCHBLδ-δ+过渡态中C-H键断裂程度增加过渡态中C-L键断裂程度增加E1cbE1似E1E2似E1cbE2协同E2E24.Ei历程（分子内的消去反应）通过环状过渡态如羧酸酯、黄原酸酯和胺氧化物等，不需要酸碱催化。CCHOCRO△CCHOOORC=C＋HOCOR顺式立体消除CH2CH2HN+Me2O-PhCH=CH2＋HONCH3CH36.2.2影响消去反应的因素一、反应底物1．对E1和E2底物分子－碳上支链增多，消去反应的活性增大。E1的－碳上支链增多，碳正离子更稳定；E2消除β－H机会增大，形成的烯烃更稳定；而β－C有弱吸电基时倾向于E1cb。2.对E和SN的相互竞争（1）E2和SN2的竞争CXCHαβZSN2亲核试剂碱E21°RX2°RX3°RXE2比例增加，SN2比例降低按此顺序，亲核取代的位阻增大，进攻β－H的机会增大，产物烯烃更加稳定。（2）SN1和E1CCHZSN1E1－碳上的支链增多，SN1的快步骤众的位阻增大，有利于消除。二、进攻试剂1．对E1和E2的影响强碱有利于E2,弱碱或无碱的溶剂有利于E1。2．消除与取代的竞争（1）强度强碱有利于消除，弱碱强亲核试剂有利于取代反应。CH3COO-＋(CH3)2CHBrCH3COOCH(CH3)2＋Br-100％C2H5O-＋(CH3)2CHBrCH3CH2OCH(CH3)2＋CH2=CHCH3碱性C2H5O-CH3COO-21%79%强碱的浓度越高，有利于双分子，特别是E2。低浓度碱或不用碱时，质子性溶剂中单分子反应占优势，特别是SN1。见P181。(2)进攻试剂体积大体积的强碱易发生E2，而不利于SN2（空阻）。CH3(CH2)15CH2CH2Br回流CH3(CH2)15CH=CH2＋CH3(CH2)15CH2CH2ORRO-,ROHCH3O-,CH3OHMe3CO-,Me3COH~1%(E2)99%(SN2)~85%(E2)~15%(SN2)三、离去基如果离去基有利于E1和E2,不好的离去基如F-、R4N＋有利于E1cb（强吸电性，使β-H酸性增加）。四、溶剂极性大的溶剂对单分子有利，对双分子不利，对E更不利，极性小的溶剂对双分子反应有利，对单分子反应不利，对E2更有利。定速步骤中，单分子反应的电荷产生或集中，强极性溶剂有利于中间体的溶剂化而稳定，提高反应速率。双分子反应的过渡态电荷分散，E2比SN2更分散，极性小溶剂有利于电荷分散。BCXδ-δ-δ-δ-CCXHBRX＋NaOH/H2O醇取代RX＋NaOH/EtOH烯消除五、反应浓度消去反应的过渡态有C-H拉长和断裂，活化能更大，升温有利于消除。(CH3)CBr＋C2H5ONaC2H5OHMe3COEt＋CH2=CMe225℃9％（SN1）91％（E1+E2）55℃0%100%(E1+E2)9.3消去反应的方向9.3.1Saytzeff规则醇、卤烷、磺酸酯存在此规则，得热力学稳定的烯烃C2H5ONaCH3CH=CCH3CH3＋CH3CH2C=CH2CH3CH3CH2CCH3BrCH371％29％9.3.2Hofmann规则季铵碱和锍碱消除形成双键上连较少烷基的烯烃。△(CH3CH2CH2)2N(CH2CH3)2OH-CH2=CH2＋CH3CH=CH296%4%△CH2CH3CHCH2＋CH3CHCHCH3CH3CH2CHCH3NMe3OH-(主)9.3.3消去方向与历程的关系一、E1历程遵从Saytyeff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(CH3)3CCH2CCH3ClCH3NaOHH2O(CH3)3CCH2CCH2＋CH3CH3CCH3CH3CH=CMe281％19％二、E1cb历程遵从Hofmannn规则。首先形成C-,饱和碳上氢的酸性：1°H2°H3°H(再加上位阻顺序)CH2CCHHXRR'RB-CHCCHHXRR'RCHCHCHRR'R(主要)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β－H的酸性不同。RCH2CHCH3N+OH-R'3酸性βHβ'H易消除βHβ'β当β－C上连有强吸电基RCOPhCNNO2SO2R时遵从Saytzeff规则△RCCHCHCH3O共轭稳定RCCH2CHCH3ONMe3OH-亚甲基氢酸性大于甲基氢。离去基越难离去时越有利于按Hofmann消除CH3(CH2)3CHCH3XCH3O-CH3(CH3)2CHCHCH3＋1已烯CH3OH用Me3CO-/Me3COH为碱时：离去基2-己烯1-己烯I81%19%Cl67%33%F30%69%离去基2-己烯1-己烯I-22%78%Cl-9%91%F2%97%碱的强度增大，有利于C-形成，反应越倾向于E1cb消除时，不能在桥头碳原子上形成双键（不能共平面）Bredf规则OHH+△H+△9.4消去反应的立体化学（E2）9.4.1反式消除（反式共轭消除，反叠消除）采用交叉构象（优势），有利于:（1）过渡态中变形sp3轨道重叠;（2）碱与离去基位阻排斥最小HB-L-BHR3R4R2R1R3R1R4R2LR3R4LHR2R1B-CCR4R3R1R2HPhHPhBrBrNaOHEtOHCCPhBrPhH(2S,3R)Br-H2OPhHPhBrPhHBrHPhBrOH-NaOHEtOHCCPhHBrPhHPhPhHBrBrPhHHPhBrBr＋（2R,3R）(2S,3S)NaOHEtOHCCPhHBrPhHBrPhHBrPhHPhBrPhBrH+(2R,3R)(2S,3S)对甲苯璜酸－4－叔丁基环已酯的顺式和反式，分别C2H5ONa/C2H5OH,70℃，前者顺利发生E2,而后者只能缓慢的反应E1。t-BuHOTsHHHE2tBuaaEtO-（优势）t-BuHOTsHHHtBueE1t-BuH+（优势）不能翻转，否则有很大的排斥张力总之要求消除的原子或基团必须处于反叠共平面的关系6C2H5HHCH3XH12aaOH-eNaOHEtOHC2H5HHCH3321（1S,2S,6S）(3S)(1S,2S,6R)C2H5HCH3XHHaaNaOHEtOHaC2H5HCH3HC2H5HHCH3＋E2消除时，被消除的原子必须均处于a键上。9.4.2顺式消除（较少）不能达到反叠共平面的E2只能按顺式消除DHHH顺式消除无DHNMe3HOH-这时环不能扭曲反式或顺式消去产物的比例随底物的结构和反应条件发生变换CH3CHCHCH3DNMe3t-BuOKDMSOCH3CD顺式氢比反式氢活化时，发生顺式消除。ArArHbHArHaHOTs＋t-BuOKt-BuOH89％10％Hb与OTs为反叠共平面，但酸性不如HaEi(热消除)一般为顺式消除HN(CH3)2HHPhHOPhPhH△＋85%15%HN(CH3)2PhHHHOPhHPh△＋2%98%总之（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）六元环化合物主要为反式消除。（3）桥环化合物往往为顺式消除。9.5-消除反应的应用9.5.1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、NaNH2/NH3.ClCH2CH2CH(OC2H5)2NaOHEtOHCH2CHCH(OC2H5)2H3O+CH2CHCHO卤代烯烃脱卤需要使用NaNH2/NH3强碱。CH3(CH2)5C=CH2BrNaNH2液NH3CH3(CH2)5CCH290%若能形成共轭烯烃时，一般只需要使用NaOH/H2O即可。OCOCH3OHHBrOCOCH3BrNaHCO3OCOCH3维生素A羟基维生素A邻二卤代物可用Zn或NaI/丙酮脱去卤素形成双键。2．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。3．季铵碱热消除按Hofmann消除的烯烃。CH3N+(CH3)3OH-160CCH2+CH399%1%Y85%利用彻底甲基化反应可以测定胺的结构。NHCH32CH3INCH3CH3CH3I-NCH3CH3CH3OH-湿Ag2ONCH3CH2CH3(1)CH3I(2)湿Ag2ONCH3CH2CH3CH3OH-4．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。最常用乙酸酯进行热解。CH3CCH2OAcCH3CH3CH2CCH2CH3CH3CH3CCHCH3CH3+76%24%PhCH2CHCH3OAcPhCHCHCH3+PhCH2CHCH275%25%Saytzeff消除黄原酸酯热解按Hofmann消除进行。(CH3)3CCHCH3OH(1)NaOH,CS2(2)CH3I(CH3)3CCHCH3OCSCH3S(CH3)3CCH=CH271%(CH3)3CCHCH3OHH+Me2CCMe2重排CHNMe2CH3H2O2CHN+Me2O-CH3+HONMe29.5.2形成碳氮重键酰胺在脱水剂作用下得腈。CH3CH2CH2CHCH3CONH2SOCl2C6H6,80CCH3CH2CH2CHCH3CN90%CHOOCH3NH2OHOCH3CN67%