《中级有机化学》章末总结8

第八章介绍消除反应，这章新东西比较少。

第8章 消除反应

消除反应根据两个基团的相对位置分类可以分为α-消除、β-消除、γ-消除等，β-消除是最为常见的反应类型之一，本章着重介绍α-消除和β-消除。

8.1 α-消除

α-消除即两个基团在同一个碳上，发生消除后会生成卡宾等活泼中间体。

卤代烃在碱性条件下失去同碳上的卤化氢得到卡宾，经典的例子是氯仿的α-消除：

三氯乙酸盐在加热条件下发生热解也发生α-消除。

二氯甲烷在强碱作用下发生α-消除得一氯卡宾，这种方式产生的一氯卡宾比二氯卡宾更活泼，可以与苯、吲哚或吡咯的双键发生环丙烷化反应并得到扩环产物。

烯酮、重氮化合物、叠氮化合物的光解或热解，能产生卡宾或乃春，此法在合成中已被广泛应用：

酰基叠氮化合物在光解或热解时，产生酰基乃春，后者发生1,2-重排转化为异氰酸酯。

异氰酸酯是许多重排反应的中间体，比如Hofmann重排、Lossen重排、Curtis重排等等，这些反应都大同小异。

卡宾非常活泼，除了环丙烷化反应外，还会发生C-H键插入等反应，因此环丙烷化往往用其他方法来提高选择性，例如Simmons-Smith反应，该反应使用Zn-Cu合金和二碘甲烷原位生成的有机锌试剂（$IZnCH_2I$）将烯烃专一化地转化为环丙烷衍生物。

Simmons-Smith反应的一个常用试剂为Furukawa试剂，即$Et_2Zn$和$CH_2I_2$原位生成的$EtZnCH_2I$，其优点是反应活性高，操作简便：

N-烃基羟胺的磺酸酯在碱作用下可发生α-消除形成乃春。

过渡金属能和乃春形成较稳定的金属乃春（$N=M$），这一点极大地拓展了乃春在有机合成中的应用。例如在催化量的铑配合物存在下，反应物经铑乃春的中间体生成分子内C-H插入的环化产物。

8.2 β-消除

β-消除可以分为$E1,E2,E{1cB}$和$Ei$四种类型，下面依次介绍。

$E_1$是单分子反应，反应速率只与卤代烃的浓度有关，与碱的浓度无关。反应经历和$S_N1$相同的碳正离子中间体，然后再消除氢得到烯烃。

$E1$反应具有良好的区域选择性，一般生成含有取代基较多的烯烃，即Zaitsev烯烃。因为多取代烯烃的过渡态更加稳定，能垒更低。

$E2$反应是双分子反应，反应速率与底物浓度和碱的浓度都相关，$E2$反应是协同机理，离去基团和氢同时离去。反应根据底物结构，反应试剂，溶剂，反应条件等等不同，会生成Zaitsev烯烃或Hofmann烯烃。

在$E2$反应中，底物中的离去基团和消除的质子处于反式共平面的构象，存在$\sigma(C-H)$和$\sigma*(C-L)$的超共轭作用。由于反式共平面的立体化学要求，因此$E2$反应具有立体专一性，例如：

对于桥环化合物，消除所产生的双键一般不在桥头碳上，这一规律称为Bredt规则。Bredt规则背后的原理是环刚性影响了分子构型的转换，不能发生轨道的重叠。当环足够大时，由于环刚性减弱，这一规则不再生效。

对于某型无法满足反式共平面的特殊情况下，顺式共平面的消除也是可能的。

因为在刚性环中，顺式共平面也有轨道部分重叠的可能，所以可以作为一种特殊情况存在。

（ 这个轨道重叠图太难画了，不画了:ρ ）

季胺盐在碱性条件下的$E2$消除称为广义Hofmann消除。狭义的Hofmann消除指的是胺与过量碘甲烷反应生成季胺盐，后者与$AgOH$作用生成季胺碱，季胺碱热解时发生$E2$消除。

与Zaitsev消除不同，Hofmann消除中的碱优先夺取烷基较少的$\beta-C$上的质子，生成含取代基少的烯烃，即Hofmann烯烃。因为Hofmann消除的区域选择性与Zaitsev消除的区域选择性相反。

Hofmann消除的过渡态在动力学上有利，因此Hofmann烯烃是动力学产物。

Hofmann规则也存在例外，当生成的双键能被其他基团稳定时，消除的方向不再符合Hofmann规则。

在碱作用下，$\beta-H$先离去，生成碳负离子中间体（也就是底物的共轭碱），然后离去基团离去，这种消除称为$E1cb$反应。$E1cb$与$E2$的不同在于$E1cb$反应中存在负离子中间体，而$E2$反应是协同完成的。

通过$E1cb$机理进行的反应一般需要$\beta-H$具有足够强的酸性（同时意味着LG能较好地稳定碳负离子）。

下面是另外一个例子，在下面的反应中，$MeO^-$作为离去基团，消除产生的烯烃由于空间位阻的存在，具有较高的势能，通过两步质子转移生成热力学稳定的烯烃。

$E1cb$消除常见于$\beta$-羟基羰基化合物脱水生成$\alpha,\beta$-不饱和羰基化合物的反应中，碳负离子可以因羰基共轭而稳定。

$E1cb$反应的另一个重要实例是Boord烯烃合成法，该反应的最后一步实际上是$E1cb$消除。

分子内消除用$Ei$表示，常见于一些热解反应中，反应经过五、六元环状过渡态，立体化学特征为顺式消除。氮氧化物、亚砜和硒氧化物的热消除，以及酯的裂解等都属于$Ei$消除。

三级胺的氮氧化物消除分子内顺式消除，该反应称为Cope消除。

用mCPBA氧化三级胺，可得到氮氧化物，后者进行Cope消除，该法已经被用于有机合成。例如一种蛋白依赖激酶抑制活性化合物CDK2的合成：

Cope消除是可逆反应，Cope消除的逆反应可看作是烯烃的羟胺化。

氮氧化物一般不稳定，在上面的反应中，氮氧化物被氢键稳定。如果逆Cope消除产生的氮氧化物可以被进一步转化，则逆反应可顺利进行。

亚砜和硒氧化物受热可发生类似的顺式消除，例如通过羰基化合物的$\alpha$-亲电取代得到的$\alpha$-硒基化酮在氧化剂作用下生成硒氧化物，后者发生$Ei$消除：

酯和黄原酸酯的热消除经历了一个六元环状过渡态，属于协同反应。

碱性条件下$CS_2$和醇反应生成$ROCSSNa$，继而用碘甲烷处理，得到黄原酸酯，黄原酸酯的热解得到烯烃，该反应称为Chugaev反应。

来看一个利用Chugaev反应的全合成的例子。

一些$Ei$反应在碱催化下进行，例如Burgess试剂：

8.3 其他消除反应

羧酸和酰胺热解分别生成烯酮和烯酮亚胺，反应需要加热和脱水剂，酰胺相比羧酸需要更强的脱水剂。

酰氯在碱作用下脱去$HCl$生成烯酮，这是有机合成中制备烯酮的常用方法。

环氧化合物在三苯基膦作用下脱氧生成烯烃，反应具有立体专一性，该反应类似Wittig反应经历四元环过渡态顺式消除。

酮和对甲苯磺酰肼缩合得到的对甲苯磺酰腙在当量强碱（如烷基锂）作用下生成氮负离子中间体，后分解得到卡宾，再发生氢迁移得到烯烃，该反应称为Bamford-Steves反应；如果加入过量碱，会得到双负离子，脱去$Ts^-$和$N_2$后，生成烯基负离子中间体，最后被亲电试剂捕获生成烯烃，该反应称为Shapiro反应。

（ 有些书把两个反应都当成Shapiro反应，认为是在不同条件下的不同机理，我觉得也算合理XD ）

Shapiro反应的一个有趣应用是转移螺环酮化合物中羰基位置。

α-氯代-β-羟基酰胺/酯在二碘化钐作用下发生β-消除：

烯烃的构型来自六元环的椅式构象，因此得反式烯烃。

醛和酮若有γ-H，光照条件下能脱除烯烃，历程中经历双自由基中间体，并脱除乙烯。

总结

本章介绍了消除反应，过一遍加深印象。

努力画图…