Реакции элиминирования

Реакции элиминирования заключаются в отщеплении двух заместителей от соседних атомов с образованием пи-связи, чаще всего приводя к образованию алкенов из алкилгалогенидов или спиртов.

Definition

Реакция элиминирования — это процесс, в котором два атома или группы отщепляются от субстрата, как правило, от соседних атомов углерода, с образованием новой пи-связи.

Scope

Эта тема охватывает механизмы E1 и E2, путь E1cb, региоселективность (ориентация по Зайцеву или Гофману), стереоспецифичность в E2 (антиперипланарная геометрия) и постоянную конкуренцию между элиминированием и замещением.

Core questions

• Чем механизмы E1 и E2 отличаются по кинетике и геометрии переходного состояния?
• Что определяет преобладание алкена по Зайцеву (более замещенного) или по Гофману (менее замещенного)?
• Когда субстрат подвергается элиминированию, а не замещению?

Key theories

E2 (бимолекулярное элиминирование)

Согласованное, одностадийное отщепление протона и уходящей группы из антиперипланарных положений; результатом являются кинетика второго порядка и стереоспецифическая геометрия алкена.

E1 (унимолекулярное элиминирование)

Поэтапный путь через карбокатион, образующийся в результате лимитирующей стадии ионизации, с последующей потерей соседнего протона; результатом являются кинетика первого порядка и селективность по Зайцеву.

E1cb (элиминирование через сопряженное основание)

Поэтапный путь, при котором депротонирование предшествует отщеплению уходящей группы, благоприятствуемый, когда протон является кислым, а уходящая группа — плохой.

Mechanisms

E2 требует перипланарного расположения связей C–H и C–LG, чтобы формирующаяся пи-система была правильно ориентирована, что делает ее стереоспецифичной. E1 проходит через карбокатион и, следовательно, теряет стереоспецифичность и может сопровождаться перегруппировкой. Объемные основания смещают селективность в сторону менее замещенного продукта по Гофману.

Clinical relevance

Химия элиминирования имеет центральное значение для промышленного производства алкенов и для синтетических путей получения фармацевтических препаратов; контроль регио- и стереоселективности необходим, когда требуется специфическая геометрия олефина в промежуточном продукте лекарственного средства.

History

Наблюдения Зайцева и Гофмана XIX века относительно ориентации алкенов были рационализированы в XX веке в рамках механистической теории Ингольда, которая связала силу основания, стерические факторы и геометрию переходного состояния с распределением продуктов.

Key figures

• Christopher Kelk Ingold
• Alexander Zaitsev
• August Wilhelm von Hofmann

Seminal works

• careysundberg2007a

Frequently asked questions

Почему E2 требует антиперипланарной геометрии?

Для того чтобы разрывающиеся связи C–H и C–уходящая группа перекрывались с образованием новой пи-связи, они должны находиться в одной плоскости и быть направлены в противоположные стороны; такое антиперипланарное расположение максимизирует орбитальное перекрывание в переходном состоянии.

Что способствует элиминированию вместо замещения?

Сильные, объемные основания, более высокие температуры и более замещенные субстраты — все это смещает равновесие в сторону элиминирования, а не нуклеофильного замещения.