Đang tải... (xem toàn văn)
Tách E1 được thực hiện qua carbenium trung gian. Cho nên, chúng được gặp trong những chất mà nó dễ bị tách ra thành một ion carbenium. Tách E1 cũng có thể từ các chất nền trong đó acid Brønsted hoặc acid Lewis tạo điều kiện cho sự hình thành các ion carbenium. Nói cách khác: tách E1 có thể với các chất nền và trong các điều kiện theo đó phản ứng SN1 cũng có thể xảy ra (mục 2.5). E1 eliminations take place via carbenium ion intermediates. Consequently, they are encountered in substrates that are prone to undergo heterolyses to a carbenium ion. E1 eliminations are also possible from substrates in which Brønsted or Lewis acids facilitate the formation of carbenium ions. In other words: E1 eliminations are possible with substrates and under conditions under which SN1 reactions can also take place (Section 2.5).
N S O O MeO 2 C NEt 3 HN S O O MeO 2 C NEt 3 HN S O O MeO 2 C O N S O O MeO 2 C+ NEt 3 + HN S O O MeO 2 C HNEt 3 O H O + H OH HNEt 3 + O !"#$% !&'()*+',-! .syn/ 01'#$2 $## #!'.syn3/ O S R F PhPh OR F O S R F PhPh OH O O O S R F PhPh R F OH S Ph O Ph S Ph O Ph H R F O + R F O + + + R F PhC(CF 3 ) 2 4!$ 567877,#9!:;(<-= 041'#$25' !$'2= >?@A@BCD=EDF6G=HR tert ―X VÀ SỰ CẠNH TRANH E1/S @ E.=E$G=$ R TERT ―X#=EGI @ E !/ được gặp trong những chất mà nó dễ bị tách ra thành một ion carbenium. Tách E1 cũng có thể từ các chất nền trong đó acid Brønsted hoặc acid Lewis tạo điều kiện cho sự hình thành các ion carbenium. Nói cách khác: tách E1 có thể với các chất nền và trong các điều kiện theo đó phản ứng S N 1 cũng có thể xảy ra (mục 2.5). ! " # $$#! # $ !%&'(#)&#% % % * &#+ ! & # # # # & , - !.,/01 Kết quả của sự cạnh tranh này chỉ phụ thuộc vào cách các ion carbenium trung gian phản ứng: nếu nó gặp một nucleophile nghèo, nó sẽ bỏ qua và tạo ra sản phẩm E1; nếu nó gặp một nucleophile tốt, nó sẽ phản ứng để tạo thành sản phẩm S N 1. % ! #!# $ & #+%!! #!#!##2%# !&%, - !# Nói chung, nhiệt độ phản ứng cao, ưu tiên các E1 trong sự cạn kiệt phản ứng S N 1. Chỉ trừ có một entropy phản ứng mạnh mẽ tích cực vì một số lượng lớn các dạng được tạo ra đã có sẵn lúc bắt đầu. Do đó, biến thiên entropy ∆ S tăng trong suốt quá trình phản ứng và giới hạn T ∆ S trong ảnh hưởng truyền động ∆ G = ∆ H – T ∆ S càng trở nên thụ động ở nhiệt độ cao và do đó càng đáng chú ý. Theo định đề Hammond, hiệu ứng nhiệt động lực học này chịu ảnh hưởng ở mức độ nào đó trong trạng thái chuyển tiếp của phản ứng tách E1. Thông qua việc hạ thấp ∆G 3 tốc độ tách được tăng lên. * ! %" 4!%, - 5$!" !$%!!## & " !$ ∆ S ##T ∆ S #"% ∆ G= ∆ H–T ∆ S #"!# $ # 6# 7# ! #$ 8 % 4 %&%∆G 3 # 4.5.1 Sơ lược năng lượng và quy luật tỉ lệ cho phản ứng tách E1 (Energy Pro#les and Rate Laws for E1 Eliminations) tert-Butyl bromide bị tách E1 (Hình 4.27) khi nó được đun nóng trong cực trung bình trong sự vắng mặt của một nucleophile tốt, nó dẫn đến isobutene và HBr trong hai bước. Bước đầu tiên, dị ly cho ion carbenium và ion bromide, có tỉ lệ xác định và cơ bản không thể đảo ngược. Bước thứ hai là khử proton của ion carbenium cho olefin. Trong hình 4.27 và trong các phương trình động học liên quan (Phương trình 4.4 – 4.6) nó được biểu thị như là một phản ứng đơn phân tử. Các khả năng của bước khử proton hai phân tử, trong đó hoặc là ion bromide hoặc dung môi tham gia như một base, không nên bỏ qua lúc bắt đầu. Ở hình 4.29, tách E1 liên quan trong đó các ion carbenium chắc chắn là không phải chịu một khử proton bimolecular bởi Br, chúng ta có thể kết luận rằng trong trường hợp hiện nay khử proton là đơn phân tử. Nhân tiện, từ quan điểm chuẩn bị, sự tách E1 trong hình 4.27 cũng có thể được sử dụng để có được hydrogen bromide khan. tert9'$ # # .: ;/<1 & # ! # % # !2##7'&!=! $#### $"#!#!% =*:;/<## .;;>;?1& !$%#!!& #"!!## ! :;/@# & #=$ A #!$'&#! #!'$&$%!!"!% "&: ;/< # $#$## Br H + Br + H Br k 1 k 2 Reaction coordinate E J>:;=Etert3K7L % ):M N 0J=Etert3K7L #'!O ,BC#D4EF$GH #" % & % + Công thức 4.6 chứng tỏ đơn phân tử của phản ứng này (tên ''tách E1'' được phát sinh) Equation 4.6 proves the unimolecularity of this reaction (from which the designation ''E1 elimination'' is derived). Các acohol bậc ba, ether bậc ba, hay ester acid carboxylic của alcohol bậc ba có thể trải qua tách E1, nhưng chỉ trong sự có mặt của acid Brønsted hay acid Lewis. Bất cứ ai chuẩn bị một alkoxide bậc ba bởi phản ứng Grignard và xem như hỗn hợp phản ứng thô 2 1 1 1 2 1 d[olefin] k [R ] (4.4) dt d[R ] k [RBr] k [Y ] dt 0becauseof thesteadystateapproximation k [R ] [RBr] (4.5) k Inserting Eq.4.5int oEq.4.4 yeilds d[olefin] k [RBr] (4.6) dt + + − + = = − = ⇒ = = 2 1 1 d[olefin] [R ] (4.4) d d[R ] [RBr] [Y ] d k t k k t + + − = = − IJK"L!M!N4E!4HOBB ⇒ PQ R SI 1 2 k k PQ'S .;01 TUV;0"WUV;; 1 d[olefin] [RBr] d k t = .;?1 với HCl và thu được olefin biết rằng rượu bậc ba có thể được chuyển đổi thành olefin, ngay cả với acid hydrochloric loãng. Tertiary alcohols, tertiary ethers, or carboxylic acid esters of tertiary alcohols can undergo E1 eliminations, but only in the presence of Brønsted or Lewis acids. Anyone who has prepared a tertiary alkoxide by a Grignard reaction and treated the crude reaction mixture with HCl and obtained the olefin knows that tertiary alcohols can be converted into olefins even with dilute hydrochloric acid. XY!ZV[là sự phân cắt của ether tert-butyl hexyl trong CF 3 CO 2 H/CH 2 Cl 2 thành isobutene và hexanol (Hình 4.28). Phản ứng này tiến hành trong ba bước. Trong một phản ứng cân bằng, ether được thêm proton vào ion oxonium. Bước thứ hai là xác định tỷ lệ và cơ bản không thể đảo ngược: đó là một sự phân cắt tự nhiên tạo ra cation tert-butyl, ổn định hơn trong hai ion carbenium hai mà có thể, về nguyên tắc, hình thức. Ngoài ra, 1-hexanol được thoát ra. Trong bước thứ ba, sự tách proton đơn phân tử nhanh chóng và chắc chắn của các ion carbenium để tạo olefin. Tách phân tử ether trong hình 4.28 minh họa làm thế nào có thể tạo ra alcohol bậc một và bậc hai từ ether tert-butyl trong điều kiện êm dịu. A similar E1 elimination is the cleavage of tert-butyl hexyl ether in CF 3 CO 2 H/CH 2 Cl 2 to isobutene and hexanol (Figure 4.28). This reaction proceeds in three steps. In an equilibrium reaction, the ether is protonated to give the oxonium ion. The second step is rate-determining and essentially irreversible: it is a regioselective heterolysis to the tert-butyl cation, the more stable of the two carbenium ions that might, in principle, form. In addition, 1-hexanol is released. In the third step, a fast and probably bimolecular deprotonation of the carbenium ion to the olefin takes place. The ether cleavage in Figure 4.28 exemplifies how one can release primary or secondary alcohols from their tert-butyl ethers under mild conditions. Hex O + CF 3 CO 2 H O Hex H H OH Hex O Hex H + + K eq k 1 k 2 + CF 3 CO 2 + CF 3 CO 2 + CF 3 CO 2 H Reaction coordinate E Hình 4.28. Phản ứng tách E1 acid xúc tác của ester tert-butyl hexyl cho isobutene và hexanol và lược khảo năng lượng của nó. K eq là hằng số cân bằng của phản ứng acid/base Fig. 4.28. The acidcatalyzed E1 elimination of tert-butyl hexyl ether to isobutene and hexanol and its energy profile. K eq refers to the equilibrium constant of the acid/base reaction. Phân tích động lực của phản ứng tách E1 của hình 4.28 có thể được thực hiện như sau: 2 3 2 1 2 2 3 2 d[olefin] k [R ][F CCO ] (4.7) dt d[R ] k [R OH] K [R ][F CCO ] dt + − + + + − = = − IJK"L!M!N4E!4HOBB ⇒ PQ R SI 1 2 k k 3 2 [R OH] [F CCO ] + − .;\1 'K"L4OWY!ZV]^ _YF`^"a_Y]^+ P 2 R + 57SIb PQ / 5SP: c 5 / 7S .;@1 TUV;\"W;@"WUV;< d[olefin] dt = k 1 • b PQ / 5SP: c 5 / 7S .;J1 Ud I• PQ / 5S The kinetic analysis of the E1 elimination of Figure 4.28 can be carried out as follows: Các quy luật tỷ lệ của phản ứng E1 này ở dạng phương trình 4.11 cho thấy tính đơn phân tử một lần nữa. Tuy nhiên, nó ẩn giấu nhiều chi tiết hình thức hơn về phương trình 4.10 tiết lộ: cụ thể là, tăng tỷ lệ tách với việc tăng nồng độ CF 3 CO 2 H, điều đó có nghĩa là phản ứng tách E1 hai phân tử (bimolecular). Từ phương trình 4.10 chúng ta cũng có thể thấy rằng tốc độ tăng E1 ở một nồng độ nhất định của axít khi một acid có tính axit hơn được sử dụng. The rate law of this E1 reaction in the form of Equation 4.11 reveals unimolecularity once more. However, it hides what the more detailed form of Equation 4.10 discloses: namely, that the elimination rate increases with increasing CF 3 CO 2 H concentration, which means that this is a bimolecular E1 elimination. From Equation 4.10 we can also see that the E1 rate increases at a given concentration of the acid when a more acidic acid is used. 2 3 2 1 2 2 3 2 d[olefin] k [R ][F CCO ] (4.7) dt d[R ] k [R OH] K [R ][F CCO ] dt + − + + + − = = − IJ%#$!!4 ⇒ PQ R SI 1 2 k k 3 2 [R OH] [F CCO ] + − .;\1 '4%% + P 2 R + 57SIb PQ / 5SP: c 5 / 7S .;@1 # *;\#;@;<$# d[olefin] dt = k 1 • b PQ / 5SP: c 5 / 7S .;J1 4.5.2 Chọn lọc vị trí của phản ứng tách E1 (The Regioselectivity of E1 Eliminations) Khi các ion carbenium trung gian của phản ứng tách E1 có thể bị tách proton tạo ra hỗn hợp hai đồng phân olefin, nói chung cả hai đều được tạo ra. Nếu các đồng phân olefin này là những sản phẩm Saytzeff và Hofmann, bước đầu được tạo ra ưu tiên vì sự điều khiển phát triển sản phẩm. Điều này được minh họa trong hình 4.29 bởi phản ứng tách E1 từ tert-amyl iodide, bromide, và cloride. Các halide khác nhau tạo thành cation tert-amyl và olefin, ở tỷ lệ khác nhau. Tuy nhiên, trong mỗi phản ứng trong cùng tỷ lệ 82:18 của Saytzeff đến Hofmann sản phẩm thu được. Điều này có thể được giải thích đơn giản nhất nếu việc khử proton của các cation tert-amyl xảy ra đơn phân tử (unimoleculary) trong mọi trường hợp, đó là, không có sự tham gia của các ion halide như một base. When the carbenium ion intermediate of an E1 elimination can be deprotonated to give two regioisomeric olefins, generally both of them are produced. If these olefin isomers are Saytzeff and Hofmann products, the first one is produced preferentially because of product-development control. This is illustrated in Figure 4.29 by the E1 elimination from tert-amyl iodide, bromide, and chloride. The different halides form the tert-amyl cation and consequently the olefin, too, at different rates. Still, in each reaction the same 82:18 ratio of Saytzeff to Hofmann product is obtained. This can be explained most simply if the deprotonation of the tert-amyl cation occurs unimolecularly in all cases, that is, without participation of the halide ion as a base. [...]... vị là phản ứng tách E1 từ alcohol bậc ba thực hiện trong môi trường acid cho nhiều sản phẩm theo quy tắc Saytzeff hơn phản ứng tách E1 từ alkyl halide bậc ba tương ứng Ví dụ, so sánh phản ứng tách E1 trong hình 4.30 (alkyl hoá alcohol tert-amyl) với hình 4.29 (tert-amyl halide) Phản ứng tách E1 qua cation alkyl hóa tert-amyl từ hình 4.30 cho tỉ lệ 95:5 sản phẩm theo quy tắc Saytzeff và Hofmann Từ (không... 4.6 PHẢN ỨNG TÁCH E1cb (E1cb ELIMINATIONS) 4.6.1 Phản ứng tách E1cb đơn phân tử: sơ lược năng lượng và quy luật tỷ lệ (Unimolecular E1cb Eliminations: Energy Profile and Rate Law) Phản ứng Knoevenagel (xem cơ chế mục 10.4.2) kết thúc với việc tách H2O khỏi alcohol ban đầu được hình thành trong môi trường base Việc tách diễn ra thông qua một cơ chế E1cb, được thể hiện trong hình 4.33 thông qua ví dụ của. .. in Figure 4.31 4.5.3 Tách E1 trong bảo vệ nhóm hóa học (E1 Eliminations in Protecting Group Chemistry) Cách xử lý tính acid của ether tert-butyl trong alcohol bậc một và bậc hai tạo ra alcohol bằng phản ứng tách E1 Chúng ta thấy điều này trong việc thảo luận về hình 4.28 Trong một cách tương tự và theo các điều kiện acid tương tự, ester tert-butyl và carbamate O-tert-butyl được tách ra Theo đó, ester... Saytzeff đặc biệt cao của việc tách E1 từ alcohol tert-amyl và dẫn xuất của nó Fig 4.30 Explanation for the particularly high Saytzeff selectivity of the E1 elimination from tert-amyl alcohol and its derivatives Việc tách như hình 4.31 cung cấp bằng chứng rằng các olefin đã bước đầu hình thành từ alcohol bậc ba dưới điều kiện E1 có thể được nhận proton Các sản phẩm theo quy tắc Saytzeff và Hofmann hiển thị... [NaOEt] dt (4.17) Hình 4.34 Phản ứng tách hai phân tử E1cb và lược khảo năng lượng của nó; Keq tùy thuộc vào sự cân bằng acid/base Fig 4.34 A bimolecular E1cb elimination and its energy profile; Keq refers to the constant of the acid/base equilibrium Như vậy, việc tách này diễn ra bimolecularly Do đó, việc chọn E1cb cho cơ chế này là hợp lý chỉ khi cho rằng ''unimolecularity'' của bước xác định tốc độ... O H O N H OH H N O O a carbamic acid + 3 H - CO2, - 3 Hình 4.32 Ba phản ứng tách E1 trong việc tách bảo vệ của một tripeptide được bảo vệ Vì mục tiêu ngắn gọn, một ''singleformula'' ở hàng thứ hai của sơ đồ cho thấy làm thế nào ba liên kết tert-Bu-O ''heterolyze''; tất nhiên, chúng được kích hoạt và bị phá vỡ sau đó Trong tách bảo vệ của chuỗi tert-butylated lysine, nhóm xuất là một acid carbamic Axit... products! Hình 4.31 Phản ứng khử E1 với sự di chuyển C=C tiếp theo Fig 4.31 E1 elimination with subsequent C=C migration Như đã thảo luận, các sản phẩm chủ yếu của sự khử trong hình 4.31 được tạo ra hiển nhiên dưới sự kiểm soát nhiệt động lực học Trong trường hợp này thật ngạc nhiên khi nó có chứa một liên kết đôi C=C có ba nhóm thế, trong khi các sản phẩm nhỏ có bốn nhóm thế Sự ổn định của liên kết đôi... hằng số và không là một biến số― và do đó đề cập đến một quá trình "unimolecular" Việc tách này vì vậy được gọi là E1cb This rate law contains only one concentration variable—the term [nitroalcohol]0 is, of course, a constant and not a variable—and thus refers to a "unimolecular" process This elimination is therefore designated E1cb 4.6.2 Phản ứng tách ''nonunimolecular'' E1: lược khảo năng lượng và quy... coordinate Hình 4.29 Sự ưu tiên quy tắc Saytzeff của phản ứng tách E1 từ halide tert-amyl và sơ lược năng lượng Saytzeff: số lượng ưu tiên Hofmann là 82:18 bất kể là ion halogen đi kèm với các ion carbenium Quan sát này được giải thích đơn giản nhất bằng giả định rằng ion halogen là không tham gia vào các bước khử proton tạo thành liên kết đôi C=C Fig 4.29 Saytzeff preference of E1 eliminations from... R O OH Reaction coordinate Hình 4.33 Phản ứng tách đơn phân tử E1cb và lược khảo năng lượng của nó Fig 4.33 A unimolecular E1cb elimination and its energy profile Các dẫn xuất sau đây cung cấp quy luật tỷ lệ cho việc tách như là phương trình 4.14 [nitroalcohol]0 dùng để chỉ nồng độ ban đầu cho nitroalcohol này d[olefin] = k2 [nitronate] dt (4.12) Bởi vì k1 ? k2 và theo phép tính hệ số tỷ lượng, ta . là phản ứng tách E1 từ alcohol bậc ba thực hiện trong môi trường acid cho nhiều sản phẩm theo quy tắc Saytzeff hơn phản ứng tách E1 từ alkyl halide bậc ba tương ứng. Ví dụ, so sánh phản ứng tách. b PQ / 5SP: c 5 / 7S .;J1 4.5.2 Chọn lọc vị trí của phản ứng tách E1 (The Regioselectivity of E1 Eliminations) Khi các ion carbenium trung gian của phản ứng tách E1 có thể bị tách proton tạo ra hỗn hợp hai đồng. CF 3 CO 2 H Reaction coordinate E Hình 4.28. Phản ứng tách E1 acid xúc tác của ester tert-butyl hexyl cho isobutene và hexanol và lược khảo năng lượng của nó. K eq là hằng số cân bằng của phản ứng acid/base Fig. 4.28.