Phản ứng loại bỏ (Elimination Reactions)

Phản ứng loại bỏ là quá trình loại bỏ hai nhóm thế từ các nguyên tử liền kề để tạo thành liên kết pi, phổ biến nhất là tạo anken từ dẫn xuất halogen của ankan hoặc ancol.

Definition

Phản ứng loại bỏ là một quá trình trong đó hai nguyên tử hoặc nhóm được loại bỏ khỏi một cơ chất, thường là từ các nguyên tử cacbon liền kề, để tạo ra một liên kết pi mới.

Scope

Chủ đề này bao gồm các cơ chế E1 và E2, con đường E1cb, tính chọn lọc vùng (định hướng Zaitsev so với Hofmann), tính chọn lọc lập thể trong E2 (hình học anti-periplanar), và sự cạnh tranh thường xuyên giữa phản ứng loại bỏ và phản ứng thế.

Core questions

• Cơ chế E1 và E2 khác nhau như thế nào về động học và hình học trạng thái chuyển tiếp?
• Yếu tố nào kiểm soát việc anken Zaitsev (thế nhiều hơn) hay Hofmann (thế ít hơn) chiếm ưu thế?
• Khi nào một cơ chất trải qua phản ứng loại bỏ thay vì phản ứng thế?

Key theories

E2 (loại bỏ lưỡng phân tử)

Sự loại bỏ đồng thời, một bước của một proton và nhóm rời khỏi các vị trí anti-periplanar; động học bậc hai và hình học anken chọn lọc lập thể là kết quả.

E1 (loại bỏ đơn phân tử)

Một con đường từng bước thông qua một cacbocation, được hình thành bởi sự ion hóa quyết định tốc độ, sau đó là sự mất một proton liền kề; động học bậc một và tính chọn lọc Zaitsev là kết quả.

E1cb (loại bỏ bazơ liên hợp)

Một con đường từng bước trong đó sự khử proton xảy ra trước khi nhóm rời đi, được ưu tiên khi proton có tính axit và nhóm rời là nhóm kém.

Mechanisms

Phản ứng E2 yêu cầu sự sắp xếp periplanar của các liên kết C–H và C–LG (nhóm rời) để hệ thống pi đang hình thành được căn chỉnh phù hợp, làm cho nó có tính chọn lọc lập thể. Phản ứng E1 đi qua một cacbocation và do đó mất tính chọn lọc lập thể và có thể đi kèm với sự sắp xếp lại. Các bazơ cồng kềnh làm dịch chuyển tính chọn lọc về phía sản phẩm Hofmann ít bị cản trở hơn.

Clinical relevance

Hóa học loại bỏ là trọng tâm trong sản xuất công nghiệp anken và trong các con đường tổng hợp dược phẩm; việc kiểm soát tính chọn lọc vùng và lập thể là rất cần thiết khi cần có một hình học olefin cụ thể trong một chất trung gian của thuốc.

History

Các quan sát của Zaitsev và Hofmann vào thế kỷ XIX về định hướng anken đã được hợp lý hóa vào thế kỷ XX bởi khuôn khổ cơ chế của Ingold, trong đó liên kết độ mạnh của bazơ, hiệu ứng không gian và hình học trạng thái chuyển tiếp với sự phân bố sản phẩm.

Key figures

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

Seminal works

• careysundberg2007a

Frequently asked questions

Tại sao E2 yêu cầu hình học anti-periplanar?

Để các liên kết C–H và C–nhóm rời đang đứt gãy chồng lên nhau thành liên kết pi mới, chúng phải nằm trong cùng một mặt phẳng và chỉ theo các hướng đối diện; sự sắp xếp anti-periplanar này tối đa hóa sự chồng lấp obitan trong trạng thái chuyển tiếp.

Điều gì ủng hộ phản ứng loại bỏ hơn phản ứng thế?

Các bazơ mạnh, cồng kềnh, nhiệt độ cao hơn và các cơ chất được thế nhiều hơn đều đẩy cân bằng về phía phản ứng loại bỏ hơn là phản ứng thế nucleophin.