6.18
卤代烷通过E1机理发生的消除反应分为两步,类似于其SN1反应。
这两个反应的第一步均为缓慢的速率决定步骤,该步骤伴随着卤素离去基团的脱离,形成一个碳正离子中间体。
E1反应的第二步涉及弱碱夺取β氢,从而形成烯烃。相比之下,SN1反应则生成取代产物。
支持E1机理的证据来自动力学研究,这些研究表明E1反应为单分子反应,遵循一级动力学。这意味着反应速率仅取决于底物的浓度。
氘同位素研究提供了进一步的证据。对于叔丁基氯的脱卤化氢反应,非氘代与氘代类似物的速率常数之比 kH/kD 为 1.1。
由于速率常数几乎相同,这表明在决速步中并未断裂碳-氢键,而是在第二步中断裂,与所提出的反应机理一致。
影响E1消除反应的因素包括碳正离子的稳定性、离去基团的性质以及溶剂的类型。
在E1反应中,决速步骤涉及碳正离子中间体的形成。给电子的烷基可通过将碳-氢σ电子离域到带正电碳原子的空p轨道中,从而稳定正电荷。
这种称为超共轭的稳定作用随着烷基数量的增加而增强。因此,E1反应在叔卤代烷中进行得最快。
然而,伯碳正离子也可以发生1,2-氢负离子迁移生成仲碳正离子,或发生1,2-烷基迁移,形成更稳定的叔碳正离子。
由于碳-卤素键在决速步中断裂,E1反应还取决于离去基团的优劣。与溴化物和氯化物相比,碘化物是较弱的共轭碱,因此是更好的离去基团。
最后,极性质子溶剂(如乙醇)能够稳定反应速率控制步骤中生成的碳正离子和卤素离子,从而有利于E1反应的进行。
与 E2 反应机理不同,我们在此深入探讨 E1 反应机理的各个方面,它有两个步骤:离去基团的限速损失和弱碱β氢抽取。通常,E1 反应机理的实验证明是通过动力学研究或同位素研究进行的。前者证明了一阶动力学——反应完全依赖于底物浓度,而后者则证明了氢的抽取只发生在第二步。
影响…