Войти
Пример механизма реакции E1cB при разложении полуацеталя в основных условиях. Реакция элиминирования E1cB представляет собой тип реакции элиминирования, которая протекает в основных условиях, когда удаляемый водород является относительно кислым, а уходящая группа ( например -OH или -OR) является относительно плохим. Обычно присутствует база от умеренной до сильной. E1cB - это двухэтапный процесс, первый этап которого может быть или не быть обратимым. Во-первых, основание отщепляет относительно кислый протон с образованием стабилизированного аниона. Неподеленная пара электронов на анионе затем перемещается к соседнему атому, вытесняя уходящую группу и образуя двойную или тройную связь. Название механизма - E1cB - означает E лимитирование U нимолекулярное c онъюгат B аз. Элиминация относится к тому факту, что механизмом является реакция элиминирования, при которой будут потеряны два заместителя. Унимолекулярный относится к тому факту, что на стадии, определяющей скорость этой реакции, участвует только одно молекулярное соединение. Наконец, основание конъюгата относится к образованию карбаниона промежуточного соединения, которое является конъюгированным основанием исходного материала.
E1cB следует рассматривать как находящийся на одном конце континуума, который включает механизм E1 на противоположном конце и механизм E2 в середине. Механизм E1 обычно имеет противоположные характеристики: уходящая группа является хорошей (как -OTs или -Br), в то время как водород не является особенно кислым и сильное основание отсутствует. Таким образом, в механизме E1 уходящая группа уходит первой с образованием карбокатиона. Из-за наличия пустой р-орбитали после ухода уходящей группы водород на соседнем атоме углерода становится намного более кислым, что позволяет ему затем удаляться слабым основанием на второй стадии. В реакции E2 присутствие сильного основания и хорошей уходящей группы позволяет отщеплению протона основанием и уходу уходящей группы происходить одновременно, что приводит к согласованному переходному состоянию в одноэтапном процессе.
Назначение α и β в молекуле с уходящей группой, LG. Есть два основных требования, чтобы реакция протекала по механистическому пути E1cB. Соединение должно иметь кислый водород на своем β-углероде и относительно слабую уходящую группу на α-углероде. Первым этапом механизма E1cB является депротонирование β-углерода, приводящее к образованию переходного состояния анионного, такого как карбанион. Чем выше стабильность этого переходного состояния, тем больше механизм будет благоприятствовать механизму E1cB. Это переходное состояние может быть стабилизировано посредством индукции или делокализации от электронов неподеленной пары через резонанс. В целом можно утверждать, что электроноакцепторная группа на подложке, сильное основание, плохо уходящая группа и полярный растворитель запускают механизм E1cB. Пример механизма E1cB, который имеет стабильное переходное состояние, можно увидеть в деградации этиофенкарба - карбамата инсектицида, который имеет относительно короткий период полураспада в атмосфере Земли. После депротонирования амина полученный амид является относительно стабильным, поскольку он конъюгирован с соседним карбонилом. В дополнение к содержанию кислого водорода на β-углероде также необходима относительно плохая уходящая группа. Плохая уходящая группа необходима, потому что хорошая уходящая группа уйдет до ионизации молекулы. В результате соединение, вероятно, будет проходить по пути E2. Некоторыми примерами соединений, которые содержат плохо уходящие группы и могут подвергаться механизму E1cB, являются спирты и фторалканы. Также было высказано предположение, что механизм E1cB более распространен среди алкенов, отщепляющихся до алкинов, чем от алкана до алкена. Одно из возможных объяснений этого заключается в том, что гибридизация sp создает несколько более кислые протоны. Хотя этот механизм не ограничивается удалением углерода. Это наблюдалось с другими гетероатомами, такими как азот, при отщеплении фенольного производного от этиофенкарба.
. Разложение этиофенкарба., иллюстрирующий присутствие стабильного аниона из-за резонанса между функциональной амидной группой и карбонильной группой. Все реакции элиминирования включают удаление двух заместителей из пары атомов в соединении. Образуются алкены, алкины или аналогичные варианты гетероатомов (такие как карбонил и циано ). Механизм E1cB - всего лишь один из трех типов реакции элиминирования. Две другие реакции элиминирования - это реакции E1 и E2. Хотя механизмы схожи, они различаются по времени депротонирования α-углерода и потери уходящей группы. E1 означает мономолекулярное отщепление, а E2 означает бимолекулярное отщепление. В механизме E1 молекула содержит хорошую уходящую группу, которая уходит до депротонирования α-углерода. Это приводит к образованию промежуточного карбокатиона. Затем карбокатион депротонируется, что приводит к образованию новой пи-связи. Участвующая молекула также должна иметь очень хорошую уходящую группу, такую как бром или хлор, и она должна иметь относительно менее кислый α-углерод.
Пример предпочтительного элиминирования фтора в реакции E1cB-элиминирования. В реакции E2-элиминирования депротонирование α-углерода и потеря уходящей группы происходят одновременно в одной согласованной шаг. Молекулы, которые подвергаются механизмам удаления E2, имеют более кислые α-углероды, чем те, которые подвергаются механизмам E1, но их α-атомы углерода не такие кислые, как у молекул, которые подвергаются механизмам E1cB. Ключевое различие между путями E2 и E1cb - это отдельный карбанион промежуточный, а не один согласованный механизм. Исследования показали, что пути различаются за счет использования разных уходящих групп галогена . В одном примере используется хлор как более стабилизирующий галоген для аниона, чем фтор, что делает фтор уходящая группа, хотя хлор - намного лучшая уходящая группа. Это свидетельствует о том, что карбанион образуется из-за невозможности получения продуктов через наиболее стабильный согласованный механизм E2. В следующей таблице приведены основные различия между тремя реакциями элиминирования; однако лучший способ определить, какой механизм играет ключевую роль в конкретной реакции, заключается в применении химической кинетики.
| E1 | E2 | E1cB |
|---|---|---|
| ступенчатой реакции | согласованной реакции | Поэтапная реакция |
| Промежуточный продукт карбокации | Одновременное удаление протона, образование двойной связи и потеря уходящей группы | Промежуточный карбанион |
| Сильно кислая среда | Нет предпочтений | Сильно щелочная среда |
| Хорошие уходящие группы | Уходящая группа | Плохие уходящие группы |
| Менее кислая BH | Кислая BH | Более кислый BH |
При попытке определить, следует ли реакция по механизму E1cB, важна химическая кинетика. Лучший способ идентифицировать механизм E1cB включает использование законов скорости и кинетического изотопного эффекта. Эти методы также могут помочь в дальнейшем различении реакций элиминации E1cB, E1 и E2.
При попытке экспериментально определить, следует ли реакция по механизму E1cB, важна химическая кинетика. Лучший способ идентифицировать механизм E1cB включает использование законов скорости и кинетического изотопного эффекта.
Закон скорости, регулирующий механизмы E1cB, относительно просто определить. Рассмотрим следующую схему реакции.
Пример механизма элиминации E1cB с общей уходящей группой, LG, и этоксидом в качестве основания. Предполагая, что в механизме существует постоянная концентрация карбаниона, закон скорости для механизма E1cB.
![{\ displaystyle {\ begin {align} {\ frac {\ ce {d [P]}} {{\ ce {d}} t}} = {\ frac {k_ {1} k_ {2} {\ ce {[субстрат] [основание]}}} { k _ {- 1} [{\ ce {сопряженная \ кислота}}] + k_ {2}}} \\ {\ ce {rate}} = k _ {\ ce {obs}} {\ ce {[субстрат] [ base]}} \ end {align}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/9fcaecea886d403f885d43b58cfb946af0778938)
Из этого уравнения ясно, что будет показана кинетика второго порядка. Кинетика механизмов E1cB может незначительно отличаться в зависимости от скорости каждого шага. В результате механизм E1cB можно разделить на три категории:
Обмен дейтерия и кинетический изотоп дейтерия эффект может помочь отличить E1cBrev, E1cBаниони E1 cB irr . Если растворитель является протонным и содержит дейтерий вместо водорода (например, CH 3 OD), то обмен протонами в исходный материал можно контролировать. Если восстановленный исходный материал содержит дейтерий, то реакция, скорее всего, протекает по механизму типа E1cBrev. Напомним, что в этом механизме протонирование карбаниона (либо конъюгированной кислотой, либо растворителем) происходит быстрее, чем потеря уходящей группы. Это означает, что после образования карбаниона он быстро удалит протон из растворителя с образованием исходного материала.. Если реагент содержит дейтерий в положении β, первичный кинетический изотопный эффект указывает на то, что депротонирование определяет скорость. Из трех механизмов E1cB этот результат согласуется только с механизмом E1cBirr, поскольку изотоп уже удален в E1cBанионеа уход уходящей группы определяется скоростью в E1cB rev .
Другой способ, которым кинетический изотопный эффект может помочь различать механизмы E1cB, включает использование F. Фтор является относительно плохой уходящей группой, и он часто используется в механизмах E1cB. Кинетические изотопные эффекты фтора также применяются при маркировке радиофармацевтических препаратов и других соединений в медицинских исследованиях. Этот эксперимент очень полезен для определения того, является ли потеря уходящей группы этапом, определяющим скорость в механизме, и может помочь различить механизмы E1cBirrи E2. C также можно использовать для исследования природы структуры переходного состояния. Использование C можно использовать для изучения образования карбаниона, а также изучения его срока службы, что может не только показать, что реакция является двухступенчатым механизмом E1cB (в отличие от согласованного механизма E2), но также может решить время жизни и стабильность структуры переходного состояния, которая может дополнительно различать три различных типа механизмов E1cB.
Наиболее известной реакцией, которая подвергается элиминированию E1cB, является реакция альдольной конденсации в основных условиях. Это включает депротонирование соединения, содержащего карбонильную группу, что приводит к образованию енолята. Енолят представляет собой очень стабильное основание-конъюгат исходного материала и является одним из промежуточных продуктов в реакции. Этот енолят затем действует как нуклеофил и может атаковать электрофильный альдегид. Затем продукт Aldol депротонируется с образованием другого енолята с последующим удалением воды в реакции дегидратации E1cB . Альдольные реакции - ключевая реакция в органической химии, поскольку они предоставляют средства для образования углерод-углеродных связей, позволяя синтезировать более сложные молекулы.
Реакция альдольной конденсации - один из наиболее распространенных примеров механизма E1cB. Фотохимическая версия E1cB была описана Lukeman et al. В этом отчете фотохимически индуцированная реакция декарбоксилирования приводит к образованию промежуточного карбаниона, который впоследствии удаляет уходящую группу. Эта реакция уникальна от других форм E1cB, поскольку не требует основания для образования карбаниона. Стадия образования карбаниона необратима, и поэтому ее следует классифицировать как E1cB irr .
E1cB-механизм реакции посредством фотоиндуцированного декарбоксилирования. реакция элиминирования E1cB - это важная реакция в биологии. Например, предпоследняя стадия гликолиза включает механизм E1cB. Эта стадия включает превращение 2-фосфоглицерата в фосфоенолпируват, чему способствует фермент енолаза.
