Лекция №33.

Теоретические основы органической
химии
Реакции элиминирования
Лекция 33
(электронно-лекционный курс)
Проф. Бородкин Г.И.
Реакции элиминирования
W
A B
X
A B
b-элиминирование
A B W
X
A B
a-элиминирование
H2
C
H 2C CH 2
W X
g-элиминирование
Механизм Е1
R1
H2
C H
C
R2
H2
C
медленно
R1
X
H
C
R1
H
C
H
C
H
R2
+
R2 растворитель
R 1HC
CHR2
X-
Доказательства механизма Е1
1. Кинетика: первый порядок по субстрату
w = k1 [RX]
2. Отсутствие влияния природы уходящей группы
3. Склонность возникающего карбокатиона
к перегруппировкам
Механизм E1cB
H
C
C
основание
C X
C X
C
C
C X
(1)
C
(2)
Различают три крайних случая:
1. (Е1сВ)R, карбанион превращается в исходное соединение
быстрее, чем в продукт; стадия 1 обратима.
2. (Е1сВ)I, стадия 1 самая медленная; образование продукта
происходит быстрее, чем возврат карбаниона в исходное
состояние. В этом случае стадия 1 по существу необратима.
3.
(Е1)анион, стадия 1 быстрая, карбанион медленно
превращается в продукт. Это характерно для устойчивых
карбанионов.
Доказательства E1cB
1. Природа субстрата: слабый нуклеофуг Z и
наличие кислого атома водорода
2. Природа Z сильно влияет на скорость реакции
Механизм E2
X
C C
B
C
C
+ X- + B-H
H
1. Кинетика втрого порядка
w = k [субстрат] [B-]
2. Кинетический изотопный эффект kH/kD
(3 – 8)
3. Стереоспецифичность реакции
X
X
H
H
А) анти-перипланарная
конформация,
при таком расположении
групп происходит антиэлиминирование, Н и Х
уходят в противоположных
направлениях
Б) син-перипланарная
конформация, при таком
расположении групп
происходит синэлиминирование, Н и Х
уходят в одном и том же
направлении
Для образования p-связи атомы B,H,C=C,X
должны лежать в одной плоскости:
X
C C
B
H
Анти-элиминирование
i-Pr
H
H H
H
H
Me
2
Cl
100%
1
4
2
H
3
5
H
Me
i-Pr
Cl i-Pr
H
3
H
H
25%
H
H
4
Me
H
2
H
H
i-Pr
75%
1
4
2
Cl
4
i-Pr
3
6
Син-элиминирование
H
1.
Ph
(CH3)3COK;
(91%)
Ph
ñèí -ýëèì èí èðî âàí èå
H
(CH3)3COH;
o
OTs 50 C
H
2.
(9%)
Ph H
àí ò è-ýëèì èí èðî âàí èå
X
H
D H
B
+
экзоH
D
3.
+ DB
H
H
эндо-
X
N(CH2)3OHH
H
120o
+
H
N(CH3)3
+
HOD
Соотношение син- и анти-элиминирования
1. Образование агломератов ионных пар
способствует син-элиминированию
H C C
X
C
C
+ ROH + KX
R O .......K
2. Син-элиминирование преимущественно
реализуется в случае электроотрицательных
уходящих групп (F, R3N+ и др.) и при
использовании в качестве основания сильных
оснований (t-BuOK и др.)
Син-, анти-дихотомия
CH3(CH2)3 CH CH2(CH2)3CH3
N+(CH3)3
(CH3)3COK
H
C4 H9
H
C4H9
A
син-элиминирование, C4H9
62%
C4 H9
C4 H9
C4H9
В
H
H
H
C4H9
H
анти-элиминирование,
9%
H
C4 H9
H
C4 H9
(H3C)3+N H*
C4H9
+
(CH3)3COH
H
(H3C)3+N H*
H
H
син-элиминирование,
2%
H
H
C4H9
C4H9 анти-элиминирование,
C4 H9
23%
C4 H9
C4 H9
N+(CH3)3
C4H9
H
H* Б
N+(CH3)3
H
H
H*
Г
Влияние стерических эффектов заместителей
R в исходной конформации
R
R
X
H
H
H
конформация А
B
R
R
H
H
H
R
X
R
H
B
H
конформация Б
H
R
R
H
Природа уходящей группы и основания
CH3(CH2)3CH=CH2 +
CH3(CH2)3CHCH3
X
(1)
H
C3H7
H
(2)
+
CH3
C3H7
CH3
H
(3)
H
(CH3)3СOK, (CH3)3COH
CH3OK, CH3OH, 60oC
(1)
(2)
(3)
X=I
19%
63%
18%
X=Br
27%
56%
X=Cl
33%
X=F
69%
(1)
(2)
(3)
X=I
78%
15%
7%
17%
X=Br
91%
5%
4%
50%
17%
X=Cl
96%
1%
3%
21%
10%
X=F
83%
3%
14%
Спектр механизмов Е1-Е2-Е1сВ
Увеличение карбанионного Увеличение карбокатионного
характера
характера
Е2 – переходные состояния
Влияние структуры субстрата на Е1-Е2-Е1сВ
R
Z
1. R = Alk, Ar
E1
Стабилизация карбокатиона и переходного состояния
E1cB
2. Z = Ar, акцепторы
Стабилизация карбаниона;
увеличение силы основания
Влияние растворителя и температуры
на E1-E2-E1cB и тип реакции
1. Более полярное окружение повышает скорость реакции, которая идет
по механизму, включающему ионные интермедиаты. При наличии
нейтральных уходящих групп ожидается, что реакциям Е1 и Е1сВ будет
способствовать повышение полярности растворителя и его ионной
силы.
2. Влияние растворителя на соотношение элиминирование/
замещение
Увеличение полярности растворителя благоприятствует механизму SN2
и уменьшается «доля Е2». В большинстве полярных растворителей SN1
преобладают над E1.
3. Влияние температуры
При повышении температуры элиминирование преобладает над
замещением. Это связано с тем, что энергия активации реакций
элиминирования обычно выше, чем реакций замещения.
Диаграммы Дженкса-О’Феррола
S
CH3CH2X
CH3CH2X
B
CH3CH2 + X
CH2=CH2 + SH
E1
CH2CH2X+ BH
CH2=CH2 + X
E1cB
Заместитель Z стабилизирует
карбаниооный характер Е1сВ-like TS
Заместитель R стабилизирует
катионный характер E1-like TS
Методы установления механизма (примеры)
CH3O- или
Cl
H3C CH
3
(С2H5)3N
H3C
CH3
E2: исходя из CH и Cl кинетических изотопных эффектов
kH/kD = 7.1 (CH3O-); 8.4 ((С2H5)3N)
k35Cl/k37Cl = 1.0086 (CH3O-); 1.0101 ((С2H5)3N)
H N
CH2CH2 N
buffer
H N
CH=CH2
E1cB: на основании наблюдений обмена между СН и растворителем
и наличие изотопного эффекта растворителя