前位置…第九章…第一节 β-消除反应
 

二、影响消除反应和取代反应比的因素

    消除反应和亲核取代反应经常是同时发生并互相竞争,因此研究影响消除反应和亲核取代相对优势的各种因素,在合成上很重要,它能提供有效地控制产物比例的依据。

(1)结构因素:α-C上支链越多,空阻越大,不利于SN2反应而有利于E2反应。例如卤代烷脱卤化氢时,反应速度3ORX>2 ORX>1 ORX,所以在用RX水解制取醇时,伯RX产率最高,叔RX主要是消除产物。

(2)试剂的碱性:试剂的碱性越强浓度越大越有利于E2反应。例如:

弱碱性试剂如X-,CH3COO-等实际上没有进攻β-H的能力。所以有时为了提高RX水解制备醇的产率,不是用NaOH而是用CH3COONa生成酯后,再水解制取醇。

(3)溶剂的极性:一般地说,增加溶剂的极性有利于亲核取代反应,而不利于消除反应。所以RX在KOH/H2O中主要发生取代反应,而在KOH/EtOH中主要发生消除反应,溶剂对消除反应和亲核取代反应的影响,可从两种反应过渡态的电荷分布情况得到解释:

由于消除反应的过渡态的电荷分散程度比取代反应的过渡态大,因此,溶剂的极性增大时,不利于电荷的分散,消除反应所需的活化能较大,不利消除反应的进行。

(4)温度的影响:由于消除反应的活化过程需要拉长C-H键,而在取代反应不存在这种情况。即消除反应中活化能比取代反应大,因此提高温度可增加消除反应的比例。

综上所述,在应用消除反应制备烯烃时,宜使用高浓度的强碱性试剂和极性小的溶剂,在较高温度下进行。

三、消除反应的取向

由于多数的β-消除反应是消除β-H,反以分子中有几种β-H就有几种可能的消除取向。究竟那种产物为优势产物?从大量的实验事实中札依采夫(Saytzeff)和霍夫曼(Hofmann)总结出两个规则。

 (1)扎依切夫规则:电中性化合物(如卤代烷和醇)进行消除反应时,主要生成双键碳原子上连有较多取代基的烯烃。这可以用产物的稳定性或反应所经历的过渡态的稳定性来说明。

(2)霍夫曼规则:当季铵碱热分解时,β-氢消除的难易顺序是CH3>RCH2>R2CH,通常主要生成双键碳原子上连有较少取代基的烯烃。例如:

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。当β-碳原子连有给电子基时,β-氢的酸性降低,该β-氢就不易被碱性试剂进攻。当β-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:

消除反应的取向规律与其历程有关。典型的E1和E2反应的取向符合扎依切夫规则。E1cb历程的产物符合霍夫曼规则。除与反应历程有关外,在某些情况下还与β-H的空间位阻及E2历程的立体化学要求有关。例如,2-氯-2,4,4-三甲基戊烷按E1历程进行时,其优势产物不是扎依切夫烯烃,而是霍夫曼烯烃:

               主要产物

这是由于β′碳上连有体积大的叔丁基,它对β′-H有较大的空问位阻,碱就优先进攻β-H生成霍天曼烯烃。

四.消除反应的立体化学

E2消除反应,分子中被消除的两个基团有一定的立体化学要求。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。

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