消除反应简介

消除反应 (eimination reaction) 又称脱去反应或消去反应,是一种有机反应,一般为一有机化合物分子和其他物质反应,失去部分原子或官能团(称为离去基)。反应后的分子会产生多键,产物为不饱和有机化合物。常见消除反应分为下列两种:β消除反应:较常见,一般生成烯类。α消除反应:生成卡宾,氮宾类化合物。离去基所接的碳为α碳,其上的氢为α氢,而隔壁相邻接的碳及氢则为β碳及β氢。化合物会失去β氢原子的称为 β消除反应,会失去α氢原子的称为α消除反应。


反应速率

编辑在离子型1,2-消除反应中,带着成键电子对一起从反应物分子的1位或α位碳原子上断裂下来的基团称为离去基团(离去基团),而另一个失去基团往往是连在2位或β碳原子上的氢,称为β氢原子。例如,1-溴丁烷与氢氧化钾在乙醇中共热,溴带着键合电子对断裂下来成为溴离子,β氢原子以质子形式断裂下来与碱中和,同时在1和2位之间形成烯键。

这类消除反应的速率与卤代烷结构有关,在相同条件下以三级卤代烷最快,二级卤代烷次之,一级卤代烷最慢。由于碱都是亲核试剂,以碱为试剂的消除反应常伴有亲核取代反应,同时也可能发生重排反应,三种反应之间的竞争与卤代烷结构、试剂性能和反应条件等因素有关,强碱和高温有利于发生消除反应。


消除规则

霍夫曼消除

霍夫曼消除为四级铵碱加热分解生成烯烃的反应,主要得到双键上取代基最少的取代乙烯。这是A.W.von霍夫曼于1881年提出的规律,称为霍夫曼规则。 


热消除反应

一般在气相进行,是不需要酸或碱催化的单分子反应。反应物通过环状过渡态直接把β氢转移到离去基团上,同时生成π键。羧酸酯加热至约400℃,便发生热消除。黄原酸酯可在约200℃发生热消除;三级胺氧化物加热至150℃左右也发生热消除。 


扎伊采夫消除

二级和三级卤代烷分别有二和三个β碳原子,如其结构不相同,虽有可能得到几个不同的消除产物,但主要得到双键上取代基最多的取代乙烯。这是Α.М.扎伊采夫于1875年总结出的规律,称为扎伊采夫规则醇在酸性条件下加热失水生成烯烃,也以得到扎伊采夫产物为主。
扎伊采夫规则:卤代烷脱卤化氢时,氢原子总是从含氢较少的β碳原子上脱去。也可表述为卤代烷脱卤化氢时,主要生成双键碳原子上含有较多取代基的烯烃。


反应机理

在离子型反应中,按有关价键发生变化的先后顺序不同,可分三种反应机理。


E1消除

单分子消除反应(E1反应物先电离,离去基团断裂下来,同时生成一个碳正离子,然后失去 β氢原子并生成π 键。反应分两步进行,决定速率这一步(决速步)只有反应物分子参加。故E1的速率与反应物的浓度成正比,与碱的浓度无关。 


E1CB消除

共轭碱单分子消除反应(E1CB)  反应物先与碱作用,失去β氢原子,生成反应物的共轭碱碳负离子,然后从这个碳负离子失去离去基团并生成π键。在生成π键的步骤中只有共轭碱碳负离子参加。E1CB也分两步进行,反应速率不仅与反应物浓度成正比,也与碱的浓度有关,其关系较复杂,在多数情况下也成正比。一般说来,只有β碳原子上连有硝基、羰基或氰基等足以稳定碳负离子的强吸电子基团的反应物,才能按E1CB机理进行反应。


E2消除

双分子消除反应(E2 反应一步完成,离去基团的断裂、β氢原子与碱中和、π 键的生成三者协同进行(见协同反应),反应物和碱同时参加反应。E2的速率与反应物浓度和碱浓度都成正比。上述三种机理以E2最普遍,但并非所有E2都完全协同。有些E2中,β氢的断裂稍先于离去基团的离去,情况在一定程度上与E1CB相似,称为“接近E1CBE2”;另一些E2的情况刚好相反,离去基团的离去稍先于β氢的断裂,在一定程度上与E1相似,称为“接近E1E2”。一般的E1、“接近E1E2”和典型的E2等反应都以发生扎伊采夫消除为主,而E1CB和“接近E1CBE2”却以发生霍夫曼消除为主。 


总结

E1CE1CB中,反应均分两步进行,各自的活性中间体碳正离子和碳负离子都具平面结构,一般不存在立体选择性问题。但在E2中,只有离去基团、α和β碳及β氢四者处于共平面的空间位置,才有利于协同反应的进行,而符合这种要求的空间排列有两种:离去基团和β氢在α、β碳同一边时,发生顺式消除;离去基团和β氢在α、β碳的两边时,发生反式消除。在大多数情况下,E2为反式消除,但不排除顺式消除的可能性,甚至有些反应物由于结构的限制,只能发生顺式消除。 

有些反应物在 β碳原子上连有比氢更容易被路易斯碱(见酸碱理论)作用的基团或者根本没有 β氢,它们就有可能发生不涉及失去 β氢的消除。连二卤代烷在碘离子或锌的作用下发生的脱卤反应和 α,α-二烷基β-卤代酸的脱羧反应都属于这种情况。



本文编辑自:

一、高等有机化学课件,谢斌教授。(如涉及版权问题,请联系本号删除)

二、百度百科:https://baike.baidu.com/item/%E4%BA%B2%E7%94%B5%E5%8A%A0%E6%88%90/2189370?fr=aladdin



纳孚服务
  • 化学试剂
  • 提供稀有化学试剂现货

  • 化学试剂定制合成服务
  • 上海纳孚生物科技有限公司提供市场稀缺的化学试剂定制服务

  • 新材料现货
  • 上海纳孚生物科技有限公司代理或自产包含石墨烯产品,类石墨烯产品、碳纳米管、无机纳米材料以及一些高分子聚合物材料

  • 结构设计及定制合成
  • 可以根据客户需求对所需化合物结构进行设计改性,从而定制合成出客户所需分子式结构

  • 联系我们
  • 021-58952328
  • 13125124762
  • info@chemhui.com
  • 关注我们
在线客服
live chat