《消除反应》PPT课件.ppt

第 六 章消 除 反 应 可 视 为 加 成 反 应 的 逆 过 程 。 从 消 除 的 原 子 或 基 团 间 的 相 对 位 置 不同 ， 可 分 为 消 除 反 应 (1,1消 除 )、 消 除 反 应 1， 2消除 )、 消 除 反 应 (1， 3消 除 )及 消 除 反 应 (1,4消 除 )等 。6.1.1 消 除 反 应 6.1消 除 反 应 (Elimination Reaction) OH-R CO NH Br R C O N: R N=C=O 异氰酸酯 OH- :CCl 3 :CCl2 + Cl- 二氯卡宾 CHCl3 OH-RCH2CH2X RCH=CH2 + H2O + X-6.1.2 消 除 反 应 OH- RCH=CH2 + H2O+RCH2CH2NMe3OH Me3N6.1.3 消 除 反 应 BrCH2CH2CH2Br Zn CH2H2C CH 2 + ZnBr2 BrCH2CH2CH(CO2Et)2 C(CO2Et)2H2CC H2 + BrOH 6.1.4 消 除 反 应 CH3 CH=CH CH2Br OH CH2=CH-CH=CH2+H2O+Br 上 述 诸 种 消 除 反 应 中 ， 最 普 遍 、 最 重 要 的 是 消 除 反 应 。消 除 反 应 往 往 与 亲 核 取 代 反 应 相 伴 发 生 。 例 如 ： RCH2CH2X+ OH- ESN RCH=CH2+H2O+X-RCH2CH2OH+X- RCH2CH2OH + HX ESN RCH=CH2+H2O+HXRCH2CH2X+H2O RCH2CH2NMe3OH ESN RCH=CH2+Me3N+H2ORCH2CH2OH- + Me3N 选 择 适 当 的 反 应 物 和 适 宜 的 反 应 条 件 ， 可 以 获 得 以 消 除 反 应 为 主 的产 物 具 有 碳 碳 不 饱 和 键 的 化 合 物 ， 因 而 消 除 反 应 在 有 机 合 成 上 有 着重 要 的 意 义 ， 并 成 为 有 机 合 成 化 学 中 基 本 的 单 元 反 应 之 一 。 消 除 反 应 除 生 成 碳 碳 不 饱 和 键 化 合 物 外 ， 按 被 消 除 的 反 应 物 的 不 同还 将 生 成 H2、 H2O、 HX、 X2、 NH3、 胺 等 ， 从 而 相 应 有 脱 氢 、 脱 水 、 脱卤 化 氢 、 脱 卤 、 脱 氨 、 脱 胺 等 反 应 。 羧 酸 及 羧 酸 盐 的 脱 羧 反 应 虽 末 形 成新 的 碳 碳 不 饱 和 键 ， 但 脱 去 CO 2， 一 般 亦 将 其 归 入 消 除 反 应 的 范 畴 。 上 述 消 除反 应 中 ， 脱 氢 已 列 入 氧 化 一 章 ， 其 它 各 种 消 除 将 在 本 章 予 以 阐 述 。 消 除 反 应 需 要 酸 、 碱 催 化 的 离 子 型 消 除 反 应 和 不 需 酸 、 碱 催 化 仅 受热 即 发 生 的 热 消 除 反 应 。 两 者 在 合 成 上 都 有 重 要 的 价 值 。 6.2 消 除 反 应 的 机 理 及 其 规 律 该 类 消 除 反 应 依 共 价 键 断 裂 与 形 成 的 次 序 ,可 有 E1,ElCB和 E2三 种 机 理 。 1.E1： 离 去 基 团 先 从 反 应 物 离 去 生 成 正 碳 离 子 ， 继 而 质 子 接 受体 (溶 剂 )从 正 碳 离 子 接 受 一 个 质 子 并 形 成 烯 键 。 此 两 步 反 应 前 者 速度 较 慢 ， 是 决 定 消 除 反 应 速 度 的 步 骤 ， 后 者 则 速 度 较 快 。6.2.1 离 子 型 消 除 反 应 的 机 理 由 于 在 决 定 反 应 速 度 的 步 骤 中 仅 反 应 物 分 子 参 加 ， 因 而 叫 单 分 子 消 除反 应 （ E1） 。 El的 反 应 速 度 与 反 应 物 的 浓 度 成 正 比 。 RCH2CHRX 慢X RCH2CHR 快B RCH=CHR + HB醇 消 除 反 应 历 程 (CH3)3C-OH+ H2SO4 快 (CH3)3C-OH2+ + HSO4- (CH3)3C-OH2+ (CH3)3C+ + H2O (CH3)2C CH2 H+ + OSO2OH (CH3)2C=CH2 + H2SO4 慢 该 反 应 分 两 步 进 行 ： 首 先 在 碱 催 化 下 ， 碱 与 反 应 物 中 的 H原 子 结合 生 成 共 扼 碱 (Conjugate Base)的 负 碳 离 子 ， 该 负 碳 离 子 中 的 离 去 基团 带 着 一 对 电 子 离 去 并 形 成 键 。 RCH2CHRX B-BH RCHCHRX RCH=CHR+X 2.E1CB(单 分 子 共 轭 碱 消 除 反 应 ) COOR PhH NO2 + CH3O COOR Ph NO2 COOR Ph NO2 ElCB与 El均 为 两 步 反 应 ， 但 中 间 产 物 为 负 碳 离 子 ， 其 反 应 速 度 与反 应 物 的 浓 度 与 碱 的 浓 度 成 正 比 。 双 分 子 的 过 渡 状 态 的 反 应 历 程 ， 碱 夺 去 处 于 离 去 基 团 位 的 氢 原子 与 离 去 基 团 离 去 并 形 成 烯 键 的 过 程 是 协 同 进 行 的 。 RCH2CHRX B RCH=CHR+XC CR R XHB HH E2为 一 步 反 应 且 其 反 应 速 度 与 反 应 物 浓 度 和 试 剂 的 浓 度 成 正 比 。 E2反应 中 试 剂 进 攻 H原 子 ， 还 可 能 进 攻 C原 子 生 成 取 代 产 物 ， 所 以 E2与 SN2常 相 伴 发 生 。 必 须 指 出 El， E1CB和 E2仅 是 离 子 型 消 除 反 应 的 三 种 极 限 的 机 理 ， 它们 并 非 孤 立 的 ， 随 着 反 应 条 件 等 的 差 异 可 相 互 转 化 ， 如 图 41所 示 ； 3. E2（ 双 分 子 消 除 反 应 ） 图 4-1离 子 型 消 除 反 应 的 过 渡 状 态XB H XB H XB H XH XH BE1CB 似E1CB 协同的E2 似E1 E1E2在过渡态中C-X键断裂程度增加的方向在过渡态中C-H键断裂程度增加的方向 消 除 反 应 按 何 种 机 理 进 行 不 仅 与 反 应 物 结 构 (包 括 立 体 形 象 与 离 去 基 团的 性 质 )有 关 ， 还 与 进 攻 试 剂 及 介 质 的 性 质 有 关 。 总 的 说 来 ， 有 利 于 形 成 稳 定 的 正 碳 离 予 的 反 应 物 按 E1机 理 进 行 ； 有 利于 形 成 稳 定 的 负 碳 离 子 的 按 E1CB机 理 进 行 ； 中 间 的 情 况 则 为 E2。因 而 ， 反 应 物 C上 具 有 供 电 基 团 、 离 去 基 团 的 离 去 能 力 强 、 进攻 试 剂 的 碱 性 小 、 介 质 的 极 性 大 等 均 有 利 于 按 E1进 行 反 应 ； 而 当反 应 物 C上 有 强 吸 电 子 基 团 ， 或 虽 该 基 团 的 吸 电 子 能 力 较 弱 ，但 在 强 碱 试 剂 作 用 下 ， 有 利 于 失 去 H形 成 稳 定 的 负 碳 离 子 ， 因而 有 利 于 按 E1CB进 行 反 应 。 适 中 的 情 况 则 按 协 同 的 E2进 行 反 应 ，其 它 则 为 似 El或 似 E1CB。 离 子 型 消 除 反 应 与 取 代 反 应 具 有 类 似 的 机 理 ， 前 者 无 论为 单 分 子 消 除 抑 或 双 分 子 消 除 ， 每 每 与 后 者 相 伴 发 生 。 以 何者 为 主 ， 常 依 反 应 物 的 结 构 、 试 剂 、 介 质 、 温 度 等 诸 因 素 而异 ， 情 况 颇 为 复 杂 。 虽 迄 今 定 量 的 描 述 尚 付 阙 如 ， 唯 仍 可 总结 出 一 些 定 性 的 经 验 规 律 。 1. 双 分 子 反 应 （ E2） ： 一 般 说 来 伯 卤 代 烷 与 亲 核 试 剂 作用 较 易 发 生 SN2， 尤 其 与 强 亲 核 试 剂 作 用 时 这 一 倾 向 更 大 。而 若 其 位 有 活 泼 氢 (如 苯 甲 型 、 烯 丙 型 )， 则 E2的 速 度 增加 。 当 伯 卤 代 烷 与 强 碱 试 剂 作 用 时 将 以 E2为 主 ， 如 由 于 碱性 NaNH2 EtONa,则 ：6.2.2 离 子 型 消 除 反 应 与 取 代 反 应 C上 有 侧 链 的 伯 卤 烷 及 仲 卤 烷 ， 由 于 空 间 位 阻 SN2较 缓 慢 ,消 除反 应 倾 向 增 加 。 尤 其 在 强 碱 试 剂 和 低 极 性 介 质 中 E2将 处 于 优 势 ； 而 强 亲核 试 剂 与 低 极 性 介 质 则 有 利 于 SN2反 应 。 值 得 指 出 ， 试 剂 的 体 积 大 时 ， 不 易 于 与 位 于 中 间 的 碳 原 子 接 近 而 较易 于 接 近 位 上 的 氢 原 子 ， 因 而 有 利 于 E2。EtBr EtONaNaNH2 Et2O + CH2=CH2Et2O+CH2=CH2(主产物) (副产物)(主产物) (副产物) Me(CH2)15CH2CH2BrMe3COH,400CMe3COK Me(CH2)15CH=CH2+Me(CH2)17OCMe385% 12% 一 股 说 叔 卤 代 烷 倾 向 于 发 生 单 分 子 反 应 ， 尤 其 在 无 强 碱 存 在 时 主 要 是 SNl与 E1两 种 反 应 彼 此 竞 争 。 何 者 居 优 势 主 要 取 决 于 烷 基 的 结 构 ， 取 代 基 的空 间 位 阻 愈 大 ， 愈 不 利 SNl， 而 对 E1愈 有 利 。 例 如 ， 2氯 2甲 基 丁烷 、 4氯 -2,2, 4三 甲 基 戊 烷 与 4氯 -2,2,4， 5， 5五 甲 基 庚 烷 进 行溶 剂 解 时 消 除 产 物 将 依 次 增 加 ， 分 别 为 34%、 65%、 l00%。 反 应 条 件 对 叔 卤 代 烷 的 消 除 反 应 和 取 代 反 应 产 生 不 同 的 影 响 。 例 如 随着 试 剂 碱 性 的 增 大 和 碱 浓 度 的 提 高 ， 将 使 取 代 反 应 受 到 抑 制 而 消 除 反 应的 倾 向 增 加 且 主 要 增 加 E2反 应 。 总 之 ， 除 了 反 应 物 结 构 的 因 素 之 外 ， 进 攻 试 剂 和 反 应 介 质 将 对 消 除 反应 及 伴 随 其 发 生 的 取 代 反 应 产 生 影 响 。 试 剂 碱 性 的 强 弱 对 两 者 速 度 的 影响 不 同 ； 而 试 剂 浓 度 的 变 化 对 两 者 速 度 的 影 响 却 具 有 平 行 的 关 系 ，2.单 分 子 反 应 （ E1） 虽 在 强 碱 试 剂 作 用 下 ， 试 剂 浓 度 可 改 变 两 者 的 机 理 (单 分 子 或 双 分 子机 理 )， 但 却 未 能 改 变 两 种 反 应 产 物 的 比 值 。 介 质 的 极 性 增 大 时 不 利于 双 分 子 反 应 ， 尤 其 更 不 利 于 E2， 但 总 是 有 利 SNl。 对 E1的 影 响 可出 现 两 种 相 反 的 情 况 ： 当 反 应 物 带 有 电 荷 时 ， 介 质 极 性 增 大 ， 消 除反 应 速 度 较 慢 ， 而 不 带 电 荷 时 速 度 较 快 。 此 外 ， 较 高 的 温 度 有 利 于 增 加 消 除 反 应 的 产 物 ， 此 系 由 于 消 除 反应 往 往 需 要 较 之 取 代 反 应 更 高 的 活 化 能 。 综 上 所 述 ， 如 E1， E1CB与 E2之 间 没 有 不 可 逾 越 的 鸿 沟 一 样 ，消 除 反 应 与 取 代 反 应 之 间 在 适 宜 的 反 应 条 件 下 亦 将 相 互 转 化 。 掌 握上 述 原 理 将 有 助 于 在 合 成 中 对 反 应 进 行 有 效 的 控 制 ， 以 期 达 到 预 期的 目 的 。 当 消 除 反 应 有 两 种 可 能 方 向 时 ， 以 不 饱 和 碳 上 烷 基 最 多 的 烯 烃一 Saytzeff烯 烃 为 主 要 产 物 ； 带 有 电 荷 的 化 合 物 如 季 铵 碱 、 锍 碱 等分 解 时 ， 则 以 不 饱 和 碳 上 烷 基 最 少 的 烯 烃 Hofmann烯 烃 为 主 要产 物 。 消 除 反 应 的 这 些 定 向 规 律 与 其 机 理 有 关 , El反 应 遵 从Saytzeff规 则 ， ElCB反 应 则 遵 从 Hofmann规 则 。 E2反 应 情 况 较 为 复杂 ， 完 全 协 同 进 行 的 E2遵 从 Saytzeff规 则 ， 似 El与 似 E1CB分 别 遵 从Saytzeff规 则 与 Hofmann规 则 。6.2.3 Saytzeff规 则 与 Hofmann规 则 不 需 酸 碱 催 化 的 热 消 除 反 应 为 单 分 子 反 应 ， 它 系 通 过 环 状 过 渡 状态 进 行 的 。 消 除 的 H与 离 去 基 团 处 于 顺 式 共 平 面 时 才 能 形 成 这 种过 渡 状 态 ， 因 而 具 有 顺 式 消 除 的 立 体 化 学 特 征 ， 谓 之 Ei. (1)酯 的 热 分 解 ： 常 用 的 酯 为 醋 酸 酯 ,主 要 产 物 为 Hofmann烯 烃 。 COO MeH2CR2C H 5000C COO MeH2CR2C H CH2CR2 + COO MeH 6.2. 4 热 消 除 反 应 的 机 理 COOR H H OAc COOEt (2)黄 原 酸 酯 的 热 分 解 (Chugaev反 应 ) CSO SMeH2CR2C H 2000C CSO SMeH2CR2C H CH2CR2 + CSO SMeH R2CHCH2OH CS2NaOH CSO S-Na+H2CR2C H MeI C CH3 H3C CH3 CH CH3 OH C CH3 H3C CH3 CH CH3 O C SCH3 S C CH3 H3C CH3 CH=CH2 该 反 应 热 消 除 的 条 件 较 为 缓 和 ； 若 在 DMSO或 THF中 进 行 ， 室 温 下亦 可 发 生 消 除 反 应 。 Cope反 应 的 主 要 产 物 为 Hofmann烯 烃 。 NOMe2CH2RHC H 1500C CH2CR2 +NOMe2CH2RHC H MeOH (3)叔 胺 氧 化 物 的 热 分 解 (Cope消 除 反 应 ) N O Me2CH2 H3CHC H 1500C C C + N O Me2CH2 H3CHC H MeOHH CH3 H H 6.3 脱 水 反 应 (Dehydration) 醇 脱 水 是 制 备 烯 烃 的 一 种 常 用 的 合 成 法 ， 常 用 的 脱 水 试 剂 有 酸(如 硫 酸 、 磷 酸 、 草 酸 )、 酸 性 氧 化 物 (如 P205） 、 碱 (如 KOH)、 盐（ 如 NaHS04、 KHS04)、 碘 等 。 较 新 的 试 剂 有 二 甲 亚 砜 、 异 氰 酸苯 酯 、 N溴 代 丁 二 酰 亚 胺 吡 啶 、 磷 酰 氯 (或 亚 硫 酰 氯 )。 最 常 用 的是 酸 催 化 脱 水 。 醇 脱 水 成 烯 的 反 应 为 叔 仲 伯 的 次 序 ：6.3.1醇 的 脱 水 反 应 MeCH2CH2OH AlPO43000C MeCH=CH2 + H2OMe 2CHOH AlPO42500C MeCH=CH2 + H2OMe 3COH AlPO41500C MeCH=CH2 + H2O 分 于 间 脱 水 成 醚 ， 为 醇 脱 水 成 烯 的 副 反 应 。 此 两 种 倾 向 的 大 小 取决 于 醇 的 结 构 、 脱 水 剂 的 性 质 与 反 应 条 件 。 伯 醇 在 较 低 的 温 度 下 成 醚 ，较 高 的 温 度 下 成 烯 ， 仲 醇 在 适 当 条 件 下 也 能 成 醚 ， 但 比 伯 醇 难 ； 叔 醇则 易 成 烯 而 不 易 成 醚 。 在 用 酸 进 行 催 化 脱 水 时 ， 烯 键 的 位 置 或 碳 骼 结 构 往 往 与 预 期 的 结果 不 符 。 例 如 ： 正 辛 醇 脱 水 ， 反 应 预 期 主 要 产 物 应 为 1辛 烯 ， 实 际 主 要 产 物 为2辛 烯 及 少 量 3辛 烯 ， 而 无 1辛 烯 ； Me(CH2)6CH2OH H3PO4 Me(CH2)4CH=CHCH3+ Me(CH 2)3CH=CHCH2CH3 某 些 醇 类 ， 尤 其 叔 醇 脱 水 时 易 发 生 碳 骼 重 诽 (Wagner重 排 )。 CHMe3C MeOH H+-H2O Me3CCH=CH2 8%CH2=C CHMe2 Me + Me2C=CMe2H +-H 2O 91% 61% OH (COOH)2龙 脑 莰 烯 在 某 种 情 况 下 ， 环 烷 醇 脱 水 时 将 导 致 扩 环 或 缩 环 ， 例 如 ：OH CH 2 CH2OH 一 些 脱 水 试 剂 具 有 选 择 性 的 脱 水 效 果 ， 如 DMFNaOAc即 属 于此 类 ， 它 只 选 择 性 地 使 分 子 中 的 某 一 羟 基 经 脱 水 而 失 去 ， 而 不 影响 其 它 羟 基 。 例 如 ： HO OH OH 芰毒配质 O O HO OH O O 16-脱水芰毒配质 DMF-NaOAc900C 二 甲 亚 砜 则 对 于 叔 羟 基 化 合 物 和 1， 4二 醇 具 有 良 好 的 脱 水 功 能 。例 如 ： H3C OH CH3DMSO CH3OH DMSO CH2CH3 + DMSOCH2OHCH2OH H2CCH 2O155-1660C多 元 醇 中 丁 二 醇 类 、 甘 油 、 片 呐 醇 的 脱 水 反 应 具 有 理 论 与 实 际 的 意 义 。丁 二 醇 脱 水 生 成 1， 3丁 二 烯 ， 甘 油 脱 水 成 丙 烯 醛 ， 而 片 呐 醇 类 脱 水 发生 片 呐 醇 重 排 反 应 。 CH3 CH CH CH3OH OH -2H2O CH2 CH CH CH2CH 2 CH CH2OH OHOH K HSO4 CH2 C CHOHOH H CH2 HC C OOH H H -H2O CH2 HC C OH 思 考 题1.用 C3以 下 的 有 机 物 为 原 料 合 成 CH3CH=C(CH3)2 C CH3 H3C OH CH CH3 HC H3C H3C O + CH3CH2MgX C H3C H3C CHCH3 H2O H+2.用 C2以 下 的 有 机 物 为 原 料 合 成 CH2=CH-CH=CH2 C H H3C OH CH CH3 H CH3C H O + CH3CH2MgX C HH3C CHCH3 H2O H+ KMnO4/OH- C H H3C OH CH CH3 OH Al2O3 C HH2C CH CH2 3.用 C5以 下 的 有 机 物 为 原 料 合 成 H+ O 2 Mg-Hg OH OH O Zn-Hg/HCl HO H+4.用 C3以 下 的 有 机 物 为 原 料 合 成 Al2O3O2 Mg-Hg OH OH +5.用 C4以 下 的 有 机 物 为 原 料 合 成 CH=CH2 H+ + CH=CH2 HCl Cl Mg/Et2O OH 2C CH2 CH2CH2OH 羧 酸 的 脱 水 反 应 可 有 分 子 内 脱 水 与 分 子 间 脱 水 两 种 。 有 的 羧 酸既 能 发 生 分 子 内 脱 水 又 能 发 生 分 子 间 脱 水 ； 不 同 的 羧 酸 脱 水 的 难 易程 度 不 同 。 一 元 羧 酸 中 ， 甲 酸 分 子 内 脱 水 生 成 C0。 乙 酸 分 子 内 脱 水 生 成 乙 烯酮 为 工 业 上 制 备 该 化 合 物 的 方 法 之 一 。 一 元 羧 酸 在 脱 水 剂 作 用 下 分 于 间 脱 水 成 酐 ， 能 生 成 稳 定 五 员 或六 员 环 酸 酐 的 二 元 羧 酸 及 其 同 系 物 等 ， 在 勿 需 脱 水 剂 的 情 况 下 加热 即 可 分 子 内 脱 水 生 成 相 应 的 酸 酐 。 HOAc (EtO)3PO47000C CH2=C=O + H2O 6.3.2 羧 酸 的 脱 水 反 应 2RCO2H P2O5 (RCO)2O + H2O CH2COOHCH2COOH 3000C CH2 CCH2 C O OO + H2OH 2C CH2CO2HCH2CO2H 3000C CH2 CCH2 C OOO + H2OH2C 3000CCH2 CH2CH 2 CH2 C=OCO 2HOH CH2 CH2CH 2 CH2 C=O + CO2 + H2O 3000CCH2 CH2CH 2 CH2 C=OCO 2HOH CH2 CH2CH 2 CH2 C=O + CO2 + H2OH2C H2C CH OO CHC=OC2CH3CH COOH OH3C CH 3 + 2H2OOH CH3 CH CH CO2HOH H -H2O CH3CH=CHCO2H CH2CH 2 CH2 C O-HOH -H 2O O CH2 CH2 CH2C O O 丁内酯CH 2CH 2 CH2 C O-HOH -H2OO CH2CH 2 CH2 CO OH2C H2C 戊 内 酯 羟 基 和羧 基 间隔 五 个或 五 个以 上 碳原 于 的羟 基 酸 ，受 热 发生多 分 子间 的 脱水 反 应生 成 聚酯 ： mHO(CH2)nCO2H H O(CH2)nCOm OH + (m-1)H2On 5 思 考 题1.用 C4以 下 的 有 机 物 为 原 料 合 成 O H+ + O KMnO4/H+ COOHCOOH 2CH3CH2OH COOC 2H5 COOC2H5 C2H5ONa COOC2H5 OH- O + KMnO4/H + COOH COOH O 2.用 C2以 下 有 机 物 为 原 料 合 成 CH2 CCH2 C O O O H+ CH2COOHCH 2COOH 3000C CH2 C CH2 C O O O +ClCH2CH2Cl NaCN NCCH2CH2CN H2O3.用 C2以 下 的 有 机 物 为 原 料 合 成 CH O O CH C=OCOH3C CH3 H+ CH O O CH C=OCCOOH OH3C CH3 + 2H2OOHCH3CHO+ HCN CH3CH2 2 2 4.用 三 乙 和 必 要 的 试 剂 为 原 料 合 成 CH2 CH2 CH2 C O-H OH -H2O O CH 2 CH2 CH2 COO 丁内酯 H3C C CH2COOC2H5 O EtONa ClCH 2COOC2H5 H3C C CHCOOC2H5 O CH2COOC2H5 OH- H+ CH2 CH2 CH2 COO 酰 胺 的 脱 水 反 应 可 在 P2O5、 POCl3、 SOCl2、 PCl5等 脱 水 剂 存 在 下 进行 脱 水 反 应 生 成 腈 ， 此 为 实 验 室 合 成 腈 的 方 法 之 一 。 将 酰 胺 与 P2O5的 混 合 物 加 热 ， 反 应 毕 将 生 成 的 腈 蒸 出 可 得 到 良 好 的 收率 。 SOCl2最 宜 于 处 理 高 级 的 酰 胺 ， 这 是 由 于 副 产 物 均 为 气 体 ， 易 于 除去 ， 因 而 减 少 精 制 脂 的 困 难 。 R C NH2O R C NOHH H2O R C N 6.3.3 酰 胺 的 脱 水 反 应 6.4.1 烯 类 的 制 备 在 碱 性 试 剂 作 用 下 ， 卤 代 物 若 脱 去 一 分 子 HX即 形 成 烯 类 化 合 物 。不 同 的 卤 代 物 脱 HX的 难 易 程 度 不 同 ， 其 活 性 次 序 为 叔 仲 伯 。 NaOH,KOH、 K2C03、 Ca(OH)2及 吡 啶 等 均 可 作 为 脱 HX的 碱 性 试 剂 。当 用 KOH水 溶 液 处 型 卤 代 物 时 ， 陈 烯 烃 外 ， 同 时 产 生 较 多 量 的 醇 ，烯 的 收 率 随 KOH溶 液 浓 度 的 增 加 而 增 高 ， 因 而 制 备 烯 类 化 合 物 常 用KOH的 醇 溶 液 (这 时 副 产 物 为 醚 )。 当 脱 HX可 能 生 成 烯 烃 异 构 体 时 ， 一 般 遵 从 Saytzeff的 择 向 规 则 ； CH3CH2 CH2 Br K OH - EtOH CH3CH=CH2 + (n-C3H7)2O20% 60% 6.4 脱 卤 化 氢 反 应 (Dehydrohalogenation) 环 己 烷 衍 生 物 脱 HX倾 向 于 反 式 共 平 面 消 除 ：CH3CH2CH CH3Br HBr CH3CH=CHCH3 （主）CH3CH2CH=CH2 （副）CH3CH2CH2CHCH3Br HBr CH3CH2CH=CHCH3 （主）CH3CH2CH2CH=CH2 （副）H C3H7H ClH3CH C3H7HHClHHHCH3 NaOEt H3C C3H7100% H C3H7H ClH3CH NaOEt H3C C3H725% H3C C3H7+ 75% 反 应 物 (I)脱 HX产 物 为 Hofmann烯 烃 ， 并 不 遵 从 Saytzeff规 则 ； 反 应 物 (II)的 主 要 产 物 为 Saytzeff烯 烃 ， 与 Saytzeff规 则 相 符 。 多 数 卤 代 物 难 溶 于 水 ,这 时 消 除 反 应 宜 于 有 机 介 质 如 ROH、 DMF、DMSO等 中 进 行 。 在 脱 HX反 应 中 精 心 选 择 消 除 试 剂 、 溶 剂 和 反 应 条 件 十 分 重要 。 一 般 而 言 ， 增 强 试 剂 的 碱 性 与 浓 度 、 使 用 非 质 子 极 性 溶 剂 以 及 提 高反 应 温 度 均 有 利 于 卤 代 物 脱 HX而 抑 制 取 代 副 反 应 的 进 行 。 试 剂 的 选 择 视卤 代 物 脱 HX的 难 易 而 定 ： 难 以 脱 HX者 宜 选 用 强 碱 试 剂 井 辅 以 较 高 的 反应 温 度 ； 易 于 脱 HX者 则 宜 选 用 弱 碱 试 剂 并 辅 以 较 低 的 反 应 温 度 。 使 用 有机 碱 试 剂 可 抑 制 取 代 反 应 的 进 行 。 思 考 题1.用 C4以 下 的 有 机 物 为 原 料 合 成 + Br2/CCl4 BrBr KOH/EtOH2.用 甲 基 环 乙 烷 为 原 料 合 成 CH3Br CH3OH H3C OHOH CH3BrCH3 Br2/hv CH3Br C 2H5Na/C2H5OH CH3 HBr ROOR(其 它 的 可 以 参 照 此 合 成 ) 1,1或 1,2二 卤 代 物 或 1卤 代 烯 脱 HX时 ,生 成 炔 类 化 合 物 ，此 为 制 备 炔 烃 的 主 要 方 法 之 一 。 6.4.2 炔 类 的 制 备 CH2RRCX2RCHX CHXR -HCl RCX=CHR RC CR-HCl （ 1） RC CH-HClRCH=CHXRCX=CH2 （ 2） 脱 HX制 备 炔 类 化 合 物 常 用 的 碱 性 试 剂 有 KOH(醇 液 、 固 体或 熔 融 )及 NaNH2。 前 者 使 叁 键 从 链 端 向 链 中 间 位 移 ； 后 者 则 使叁 键 从 链 中 间 移 向 链 端 ， 进 行 合 成 时 需 加 注 意 。 必 须 指 出 反 应(1)系 分 两 阶 段 进 行 ， 第 一 阶 段 生 成 卤 素 位 于 双 键 的 碳 原 子 上 的产 物 ， 由 于 共 轭 该 产 物 活 性 甚 低 难 进 一 步 消 除 。 为 此 第 二 阶 段脱 HX需 强 化 反 应 条 件 才 能 实 现 ， 通 常 需 要 高 温 并 使 用 强 碱 试 剂 。显 然 反 应 （ 2） 同 样 需 要 在 强 烈 的 反 应 条 件 下 进 行 。 CH3C CHCH3CH CH2Br Br K OHn-C4H9OH 熔融K OH 2000C PhC CHPhCH=CHBr NaNH2 -NH3 C3H7C CNa HCl -NaCl C3H7C CHC3H7CCl2-CH3 1.NaNH22.HCl C6H13C CHC5H11-CHBr-CHBr-CH3 思 考 题1.从 顺 -2-戊 烯 合 成 反 -2-戊 烯 CH3CH2 C H C CH3 H Br2/CCl4 CH3CH2CH CH CH3 Br Br K OHC 2H5OH CH3CH2 C C CH3 Na/NH3(液) CH3CH2 CH C CH3 H2.从 2-戊 烯 合 成 2-戊 炔 Br2/CCl4 CH 3CH2CH CH CH3 Br Br K OH C2H5OH CH3CH2C C CH3CH3CH2CH=CHCH3 3.从 1-戊 烯 合 成 1-戊 炔 Br2/CCl4CH3CH2CH2CH=CH2 CH3CH2CH2CH CH2 Br Br NaNH2 矿物油 CH3CH2CH2C CH4.以 1-戊 烯 为 原 料 合 成 顺 2-戊 烯 HBr/ROOR CH3CH2CH CHCH3 Br Br K OH C2H5OH CH3CH2C C CH3 CH3CH2 CH C H CH3 CH3CH2CH2CH=CH2 CH3CH2CH2CH CH2 Br H Ch3CH2CH=CHCH3Br2/CCl4 K OHC 2H5OH H2/Pd/PbO CaCO3 邻 二 卤 代 物 和 邻 四 卤 代 物 经 脱 X2可 分 别 形 成 烯 烃 和 炔 烃 。唯 邻 -二 卤 代 物 不 易 获 得 ， 因 而 除 特 殊 情 况 外 ， 用 此 法 制 备 烯 烃无 实 际 价 值 。 但 是 ， 该 法 十 分 适 于 精 制 及 分 离 烯 烃 ， 例 如 ， 将含 杂 质 的 烯 烃 经 溴 代 使 其 先 行 转 变 为 难 溶 的 二 溴 化 物 ， 与 杂 质分 离 后 即 脱 溴 ， 使 可 得 到 纯 粹 的 烯 烃 。 卤 代 物 的 脱 卤 反 应 在 有机 合 成 中 还 用 于 脱 除 原 先 为 保 护 烯 键 的 卤 素 。 常 用 于 脱 卤 素 的 试 剂 为 HI、 Zn H+ SnCl2Na3AsO3剂 )或 金 属 锌 (脱 卤 剂 )。6.5 脱 卤 素 反 应 (Dehalogenation)在 合 成 方 面 的 应 用 CHBr3 Na2AsO3-NaOH CH2Br2 90% CCl3-CCl3 Zn Cl2C=CCl2 2HBr Br Br (2)Br2(1)-HBr Br BrBr Zn/HOAc OAc 喹啉 Zn CH2=CHCH2CN Br2 CH2 CH CH2CNBr Br 水解 CH2 CH CH2COOHBr Br CH2=CHCH2COOH 6.6 季 铵 碱 的 消 除 反 应 RNH2 MeI RNHMe MeI RNMe2 MeI RNMe3Br AgOH RNMe3OH 季 铵 碱 受 热 发 生 分 解 而 脱 去 叔 胺 形 成 烯 烃 ， 是 较 好 的 烯 类 化 合 物 的合 成 法 。 这 是 由 于 该 法 不 至 于 产 生 如 醇 脱 水 与 卤 代 物 脱 卤 化 氢 那 样 的 双键 移 位 或 碳 胳 重 排 ， 因 而 可 用 于 一 些 特 殊 烯 烃 的 合 成 ， 但 本 反 应 主 要 用于 生 物 碱 结 构 的 测 定 。 季 铵 盐 经 由 季 铵 碱 的 消 除 谓 Hofmann消 除 ： MeI AgOHNH NMe2I NMe2OH -H2O (1)MeIMe2NCH2CH2CH2CH=CH2(2)AgOH HOMe3NCH2CH2CH2CH=CH2 -H2O Me3N + CH2=CHCH2CH=CH2 MeCH=CHCH=CH2季 铵 碱 热 分 解 时 主 要 产 物 为 双 键 上 烷 基 最 少 的 Hofmann烯 烃 ： (MeCH2CH2)2N(CH2Me)2OH CH2=CH2 + MeCH=CH296% (4%) MeCH2CH=CH2 + MeCH=CHMe95% (5%)MeCH2CHMeNMe 3OH + 3 CH3ICH3 CH CH CH3NH2 CH3 CH3 CH CH CH3N(CH3)3ICH3+ + Ag2O , H2O +(CH3)3N+ H2O+ CH3 CH CH CH3N(CH3)3OHCH3 CH2 CH CH CH3CH3 CH3 CH C CH3CH3 主要产物 +CH3CH3 CH2 N CH2CH3OHH 3C CH3 CH 2=CH2+H2OCH3CH2CH2N(CH3)2 + +CH2 CH2 N CH2CH3OHH 3C CH3 CH2=CH2+CH CH294% 6% 当 -C上 有 苯 基 、 乙 烯 基 、 羰 基 等 吸 电 子 基 团 时 ， 消 除 反 应 不 按Hofmann规 则 。 例 如 ： 思 考 题1.以 2-甲 基 四 氢 吡 咯 为 原 料 合 成 1， 4-戊 二 烯 。2.以 3-甲 基 四 氢 吡 咯 为 原 料 合 成 2-甲 基 -1， 3-丁 二 烯 。 （ 合 成 略 ） NH 过量CH3I Ag2OCH 3 N CH2 H3C CH3 过量CH3I Ag2O H2C CH2 N3. Ag2O N CH3I N CH3 Ag2OCH3I N H3C CH3 Ag2O CH3I 6.7.1 羧 酸 酯 的 消 除 反 应 羧 酸 酯 的 消 除 反 应 在 较 高 温 度 下 进 行 。 由 于 醋 酸 酯 易 于 得 到 ，且 生 成 烯 烃 的 过 程 中 伯 醇 的 醋 酸 酯 一 般 很 少 或 不 发 生 异 构 化 ， 因 而制 备 烯 烃 的 羧 酸 酯 多 用 醋 酸 酯 。 羧 酸 酯 的 热 消 除 与 离 子 型 消 除 不 同 ， 系 经 由 环 状 过 渡 状 态 ， 为顺 式 消 除 。 顺 式 消 除 可 经 由 下 列 反 应 得 以 证 实 ， 将 化 合 物 (I)加 热 得到 含 D的 E-1, 2二 苯 乙 烯 (II)， 而 加 热 (I)的 异 构 体 (III)却 得 到 不 含 D的 烯 烃 (IV)： C CH OAcPh HD Ph C CPh HPhD (I) (II) 6.7 酯 与 胺 氧 化 合 物 的 消 除 反 应 C CD OAcPh HH Ph C CPh HPhH (III) (IV)(CH 3)3CCHCH3OAc 4000C (CH3)3CCH=CH2 + HOAc OAc 4500C (CH3)2CCH2CH=CH2 + HOAc(CH3)2CHCH2CHCH3OAc 思 考 题1.完 成 下 列 反 应 H3C OCCH 3 H H D O ( ) H3C H CH2CH3 H3C H OCCH3 O ( )参 考 答 案 H3C H D CH2 H CH2CH3H3C H 6.7.2 黄 原 酸 酯 的 消 除 反 应 RCH2CHCH3O C SR S RCH=CHCH3 + COS + RSH 黄 原 酸 酯 热 消 除 得 到 烯 烃 谓 Chugaev反 应 。 该 反 应 与 上 述 羧 酸 酯 的热 消 除 类 似 ， 但 消 除 反 应 的 温 度 较 低 ， 无 酸 性 消 除 产 物 生 成 ， 适 于 对酸 敏 感 的 烯 类 化 合 物 的 合 成 ， 而 且 不 会 导 致 碳 骼 重 排 ， 因 而 是 较 为 重要 的 合 成 法 。 黄 原 酸 酯 的 制 备 如 下 ： RCH2OH NaOH RCH2ONa CS2 RCH2OC SNaS MeI RCH2OCSMeS 1.NaOH2.CS2 MeI(CH3)3CCHCH3OH (CH3)3CCHCH3OCSSMe (CH3)3CCH=CH2 思 考 题1.完 成 下 列 反 应 ( )(CH3)3CCHCH2CH2CH3 OCSCH3 O CH3CHCH2CH2CH3 OCSCH3 O ( )参 考 答 案 C CH HCH 2CH3 (CH3)3C H2C CHCH2CH2CH3 叔 胺 经 H2O2氧 化 可 生 成 相 应 的 氧 化 物 ， 后 者 可 在 缓 和 的 条 件 下经 热 消 除 生 成 烯 烃 ， 此 谓 Cope消 除 反 应 。 该 反 应 经 由 五 员 环 的 过渡 状 态 ， 同 样 具 有 不 发 生 重 排 的 特 点 ， 为 制 备 烯 烃 的 一 种 有 价 值 的合 成 法 。 R2CHCR2NMe 2 H2O2 R2CHCR2NMe 2O R2C CR2 + Me2NOH CH2N(CH3)2 MeOH CH2N(CH3)2 O CH2H2O2 6.7.3 胺 氧 化 物 的 消 除 反 应 CHCH3NMe 2O CH=CH2 胺 氧 化 物 的 消 除 反 应 主 要 产 物 为 Hofmann烯 烃 。 少 量 生 成 的Saytzeff烯 烃 中 , 由 于 生 成 烯 烃 的 环 状 过 渡 状 态 中 两 个 甲 基 的 距 离Z烯 烃 小 丁 E烯 烃 ， 因 而 前 者 少 于 后 者 ： C CH CH3HH 3CNMe2 O CH3CH2CHCH3 CH3CH2CH=CH2 + 57% 21% C CH3C CH3HH+ 12% C CH CH3H 3C H H N(CH3)2O C CH CH3HH 3C + (CH3)2NOH C CH3C CH3H HH N(CH3)2 O C CH3C CH3HH + (CH3)2NOH 思 考 题1.由 C4以 下 的 有 机 物 为 原 料 合 成 CH2 CH2 CHO+ CHO H2/Ni CH2OH PBr3 CH2Br HN(CH3)2 CH2N(CH3)2 H2O2 CH2N(CH3)2 O 凡 符 合 HO-CO-CH2-X=Y结 构 的 羧 酸 ， 其 间 有 重 键 者 ，均 易 失 去 CO2， 例 如 ， 丙 二 酸 、 丁 酮 酸 、 硝 基 乙 酸 及 氰 乙 酸 等 H O C CH2 X=YOH O C CH 2OH O C CH 2OH O C CH 2O H O C CH2O C=OC=O N=O CN OHCH 3O HOAc MeNO2 CH3CN (CH3)2C=O1000C 1650C 1000C 6.8脱 羧 反 应 (Decarboxylation) 脱 羧 反 应 为 羧 酸 类 化 合 物 的 通 性 。 芳 核 侧 链 上 的 羧 基 容 易 脱 去 CO2(如肉 桂 酸 )， 但 直 接 与 芳 核 相 连 的 羧 基 则 较 困 难 ， 常 需 在 Cu粉 催 化 作 用下 及 在 喹 啉 溶 剂 中 才 能 进 行 ， 具 有 芳 香 性 的 杂 环 上 的 羧 基 亦 为 如 此 (如呋 喃 甲 酸 )。 若 芳 核 上 羧 基 的 邻 、 对 位 上 有 OH、 一 NH2、 NO2者较 易 脱 羧 。 羧 酸 及 羧 酸 盐 的 脱 羧 反 应 的 可 能 机 理 为 ： C OR HO H + C OR O H + R + CO2 RH + CO2 C OR O R: C OO+ H R_H 脱 羧 反 应 为 一 种 降 级 方 法 Degradation)， 在 有 机 合 成 中 常 用 以 合 成 烃 、酮 的 产 物 。 在 著 名 的 丁 酮 酸 酯 合 成 及 丙 二 酸 二 酯 合 成 中 ， 亦 利 用 这 类反 应 ： CH3 CO CH C=OR OH 浓NaOHCO2 CH3 COHCHR CH3 CO CH2 R CH2 COOC2H5COOC2H5 1.C2H5ONa2.RX CH COOC2H5COOC2H5R H2O CH COOHCOOHR -CO2 CH2 COOHR CH2 COOC2H5COOC2H5 1.C2H5ONa2.RX CH COOC2H5COOC2H5R H2O C COOHCOOHR -CO2 CH COOHR 1.C2H5ONa2.RX C COOC2H5COOC2H5RR R R CH3CH2CO2Ag CCl4Br2 CH3CH2Br HCO 2H2 HgO2,Br2CCl4 HBr2 + HgBr2 + 2CO2 + H2O CO2NaNO2 , CaCO3NaClCl-CH2-CO2H O2N-CH2-CO2H CH3NO2 CHONO2 NaO2CH2C+ Ac2O CHNO2C + CO2H 1.H2.NaNO2-HCl CHN2ClC CO2H CuH2SO4 CH C CO2H CO2 思 考 题1.用 丙 二 酸 二 乙 酯 和 C5以 下 的 有 机 物 为 原 料 合 成 COOH COOH COOHCOOH COOC2H5COOC 2H5 CH2(COOC2H5)2 + BrCH2(CH2)3CH2Br2.用 丙 二 酸 二 乙 酯 和 C5以 下 的 有 机 物 为 原 料 合 成 COOHHOOC3.用 三 乙 和 适 宜 的 有 机 物 为 原 料 合 成 CH3CCH O