消去反应

9.1概述

1.－消去得卡宾或氮宾 1.1－消去

CH2NN卡宾为6电子结构

△或 hvCH2＋N2

R2C=C=O△或 hvR2C＋CO

CHCl3＋NaOHCCl2＋NaCl＋H2O

RNOSO2Ar＋B-HBHRN＋ArSO3-氮宾（6e）

RN1. －消去反应

又叫1,2-消去反应, 形成不饱和键.

NN-△或 hvRN＋N2

αβRCH2CH2XOH-RCH=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

R'RCH2CLR''R'慢RCH2-C+＋LR''

R'RCH2HC+R''快βH+R'RCH=CR''

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

B-H慢O2NCHCHRLO2NCHCHRL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

B-HLδ－BHRCHCH2δ-(RCHCH2L)

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。

过渡态中C-H键断裂程度增加δH+BBHδδC-+δB+HCCLδ-BHδ-CCLCLδCCLδ+HδCCLδ+--过渡态中C-L键断裂程度增加E1cb\"似E1cb\"E2协同E2E2

4.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。

\"似E1\"E2E1

CCHO顺式立体消除

△ORCCHOOORC=C＋HOCR

OCCH3CH2CH2H-ON+Me2PhCH=CH2＋HONCH3

6.2.2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

XαβCCSN2亲核试剂HZ2°RXE2碱

1°RX3°RX

E2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E1

CCSN1HE1Z

－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)2CHBrC2H5O-＋(CH3)2CHBrCH3COOCH(CH3)2＋Br-

100％

CH3CH2OCH(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)15CH2CH2BrCH3O-, CH3OHMe3CO-, Me3COHRO-, ROH回流CH3(CH2)15CH=CH2＋CH3(CH2)15CH2CH2OR~1%(E2)~85%(E2)99%(SN2)~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。

δBδB--HCCXδ-Cδ-X

RX＋NaOH/H2ORX＋NaOH/EtOH醇 取代烯 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。

C2H5OH(CH3)CBr＋C2H5ONaMe3COEt＋CH2=CMe2

25℃ 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

CH3CH3CH2CBrCH3C2H5ONaCH3CH=CCH3CH3＋CH3CH2C=CH2CH3

71％ 29％ 9.3.2 Hofmann规则

季铵碱和锍碱消除形成双键上连较少烷基的烯烃。

(CH3CH2CH2)2N(CH2CH3)2OH-△CH2=CH2＋CH3CH=CH296% 4%

NMe3OH-CH3CH2CHCH3△CH2CH3CHCH2＋CH3CHCHCH3(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(CH3)3CCH2CClCH3NaOHH2OCH3(CH3)3CCH2CCH2＋CH3CCH=CMe2CH3CH3

81％ 19％

二、E1cb历程

遵从Hofmannn规则。首先形成C-,饱和碳上氢的酸性：1°H>2°H>3°H(再加上位阻顺序)

HRCH2CCHXR'R\"HB-RCHCCHXR'RCHR\"

R'CHCHR\"

(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。

β'RCH2βCHCH3酸性βH>β'H 易消除βH

R'3N+OH-O当β－C上连有强吸电基

RCNO2SO2RCNPh时遵从Saytzeff规则

ORCCH2CHCH3NMe3OH-△ORCCHCHCH3共轭稳定 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)3CHCH3X离去基 I Cl F 用Me3CO- /Me3COH为碱时：

CH3O-CH3OHCH3(CH3)2CHCHCH3＋1已烯

2-己烯 81% 67% 30% 1-己烯 19% 33% 69% 离去基 I- Cl- F 2-己烯 22% 9% 2% 1-己烯 78% 91% 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

B-B-R4R3HR4R1LR2L

HR3R2LBH-R4R1R3R2R1R2R4CCR3R1BrHHBr(2S,3R)

PhPhNaOHEtOHPhCCBrPhH

OH-HHBrBr

PhPhBrH2O-HBrPhPhBrHPhBr （2R,3R） (2S,3S)

BrPhH＋PhHBrPhHNaOHPhEtOHBrCCPh

HHPhBrBr(2R,3R)H+PhPhHHPhBrNaOHEtOHPhCHCBrPh

Br(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-BuHaHOTsaHHE2tBuEtO- （优势）

Ht-BuHHHOTse+E1t-BuHtBu

（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

OH-C2H561aH2C2H5CH3NaOHEtOH1CH3eHHH32aXH

（1S,2S,6S） (3S)

HaHaCH3EtOHHXaNaOHHC2H5HCH3＋C2H5HCH3C2H5(1S,2S,6R)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

H

DHNMe3HOH-HH顺式消除无DH

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。

HbHHOTsArHat-BuOKt-BuOHAr＋Ar

％ 10％

Hb与OTs为反叠共平面，但酸性不如Ha Ei(热消除)一般为顺式消除

HHON(CH3)2H△HPh85%HHON(CH3)2HPhH△2%＋Ph15%PhH

＋Ph98%HPh

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.

NaOHClCH2CH2CH(OC2H5)2EtOHCH2CHCH(OC2H5)2H3O+CH2CHCHO

卤代烯烃脱卤需要使用NaNH2/NH3强碱。

CH3(CH2)5C=CH2BrNaNH2液NH3CH3(CH2)5C90%CH2

若能形成共轭烯烃时，一般只需要使用NaOH/H2O即可。

OCOCH3OH羟基维生素ANaHCO3HBrOCOCH3BrOCOCH3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-160 CCH2+CH399%Y 85%利用彻底甲基化反应可以测定胺的结构。

2CH3I湿Ag2O1%

NHCH3NI-CH3CH3CH3CH3-OHCH3CH3NNCH2(1)CH3I(2)湿Ag2ONCH3CH3CH3CH3CH2-CH3OH

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。

CH3CH3CCH2CH3OAcOAcPhCH2CHCH3CH3CH2CH3CCH2CH3+CH3CCHCH376%24%

PhCHCHCH3+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)3CCHCH3OHCHNMe2CH39.5.2 形成碳氮重键

酰胺在脱水剂作用下得腈。

H2O2H+Me2CCMe2重排

O-CHN+Me2CH3+HONMe2

CH3OCH3CH2CH2CHCNH2SOCl2C6H6, 80 CCH3CH3CH2CH2CHCN90%

CHONH2OHCN67%OCH3OCH3