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