PHẢN ỨNG TÁCH e1 của HHET từ rtert―x và sự CẠNH TRANH e1 trên SN1
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (370.24 KB, 28 trang )
N S O
O
MeO
2
C
NEt
3
HN S O
O
MeO
2
C
NEt
3
HN S O
O
MeO
2
C
O
N S O
O
MeO
2
C+
NEt
3
+
HN S O
O
MeO
2
C
HNEt
3
O
H
O
+
H
OH
HNEt
3
+
O
!"#$%
!&'()*+',-!
.syn/
01'#$2
$##
#!'.syn3/
O
S
R
F
PhPh
OR
F
O
S
R
F
PhPh
OH
O
O
O
S
R
F
PhPh
R
F
OH
S Ph
O
Ph
S Ph
O
Ph
H
R
F
O
+
R
F
O
+
+
+
R
F
PhC(CF
3
)
2
4!$
567877,#9!:;(<-=
041'#$25'
!$'2=
>?@A@BCD=EDF6G=HR
tert
―X VÀ SỰ CẠNH TRANH
E1/S
@
E.=E$G=$ R
TERT
―X#=EGI
@
E
!/
được gặp trong những chất mà nó dễ bị tách ra thành một ion carbenium. Tách E1
cũng có thể từ các chất nền trong đó acid Brønsted hoặc acid Lewis tạo điều kiện cho sự
hình thành các ion carbenium. Nói cách khác: tách E1 có thể với các chất nền và trong các
điều kiện theo đó phản ứng S
N
1 cũng có thể xảy ra (mục 2.5).
! " #
$$#!
# $
!%&'(#)&#%
% % * &#+
! & # # # # & ,
-
!.,/01
Kết quả của sự cạnh tranh này chỉ phụ thuộc vào cách các ion carbenium trung
gian phản ứng: nếu nó gặp một nucleophile nghèo, nó sẽ bỏ qua và tạo ra sản phẩm E1;
nếu nó gặp một nucleophile tốt, nó sẽ phản ứng để tạo thành sản phẩm S
N
1.
% ! #!# $ &
#+%!!
#!#!##2%#
!&%,
-
!#
Nói chung, nhiệt độ phản ứng cao, ưu tiên các E1 trong sự cạn kiệt phản ứng S
N
1.
Chỉ trừ có một entropy phản ứng mạnh mẽ tích cực vì một số lượng lớn các dạng được tạo
ra đã có sẵn lúc bắt đầu. Do đó, biến thiên entropy
∆
S tăng trong suốt quá trình phản ứng
và giới hạn T
∆
S trong ảnh hưởng truyền động
∆
G =
∆
H – T
∆
S càng trở nên thụ động ở
nhiệt độ cao và do đó càng đáng chú ý. Theo định đề Hammond, hiệu ứng nhiệt động lực
học này chịu ảnh hưởng ở mức độ nào đó trong trạng thái chuyển tiếp của phản ứng tách
E1. Thông qua việc hạ thấp ∆G
3
tốc độ tách được tăng lên.
* ! %"
4!%,
-
5$!"
!$%!!##
& " !$
∆
S
##T
∆
S #"%
∆
G=
∆
H–T
∆
S #"!#
$ # 6# 7#
! #$ 8 % 4
%&%∆G
3
#
4.5.1 Sơ lược năng lượng và quy luật tỉ lệ cho phản ứng tách E1 (Energy
Pro#les and Rate Laws for E1 Eliminations)
tert-Butyl bromide bị tách E1 (Hình 4.27) khi nó được đun nóng trong cực trung
bình trong sự vắng mặt của một nucleophile tốt, nó dẫn đến isobutene và HBr trong hai
bước. Bước đầu tiên, dị ly cho ion carbenium và ion bromide, có tỉ lệ xác định và cơ bản
không thể đảo ngược. Bước thứ hai là khử proton của ion carbenium cho olefin. Trong
hình 4.27 và trong các phương trình động học liên quan (Phương trình 4.4 – 4.6) nó được
biểu thị như là một phản ứng đơn phân tử. Các khả năng của bước khử proton hai phân tử,
trong đó hoặc là ion bromide hoặc dung môi tham gia như một base, không nên bỏ qua
lúc bắt đầu. Ở hình 4.29, tách E1 liên quan trong đó các ion carbenium chắc chắn là
không phải chịu một khử proton bimolecular bởi Br, chúng ta có thể kết luận rằng trong
trường hợp hiện nay khử proton là đơn phân tử. Nhân tiện, từ quan điểm chuẩn bị, sự tách
E1 trong hình 4.27 cũng có thể được sử dụng để có được hydrogen bromide khan.
tert9'$ # # .: ;/<1
& # ! # % #
!2##7'&!=!
$####
$"#!#!%
=*:;/<##
.;;>;?1&
!$%#!!&
#"!!##
! :;/@#
& #=$ A
#!$'&#!
#!'$&$%!!"!%
"&: ;/< #
$#$##
Br
H
+
Br +
H
Br
k
1
k
2
Reaction
coordinate
E
J>:;=Etert3K7L
% ):M N
0J=Etert3K7L
#'!O
,BC#D4EF$GH
#" % & %
+
Công thức 4.6 chứng tỏ đơn phân tử của phản ứng này (tên ''tách E1'' được phát
sinh)
Equation 4.6 proves the unimolecularity of this reaction (from which the
designation ''E1 elimination'' is derived).
Các acohol bậc ba, ether bậc ba, hay ester acid carboxylic của alcohol bậc ba có
thể trải qua tách E1, nhưng chỉ trong sự có mặt của acid Brønsted hay acid Lewis. Bất cứ
ai chuẩn bị một alkoxide bậc ba bởi phản ứng Grignard và xem như hỗn hợp phản ứng thô
2
1 1
1
2
1
d[olefin]
k [R ] (4.4)
dt
d[R ]
k [RBr] k [Y ]
dt
0becauseof thesteadystateapproximation
k
[R ] [RBr] (4.5)
k
Inserting Eq.4.5int oEq.4.4 yeilds
d[olefin]
k [RBr] (4.6)
dt
+
+
−
+
=
= −
=
⇒ =
=
2
1 1
d[olefin]
[R ] (4.4)
d
d[R ]
[RBr] [Y ]
d
k
t
k k
t
+
+
−
=
= −
IJK"L!M!N4E!4HOBB
⇒
PQ
R
SI
1
2
k
k
PQ'S .;01
TUV;0"WUV;;
1
d[olefin]
[RBr]
d
k
t
=
.;?1
với HCl và thu được olefin biết rằng rượu bậc ba có thể được chuyển đổi thành olefin,
ngay cả với acid hydrochloric loãng.
Tertiary alcohols, tertiary ethers, or carboxylic acid esters of tertiary alcohols can
undergo E1 eliminations, but only in the presence of Brønsted or Lewis acids. Anyone
who has prepared a tertiary alkoxide by a Grignard reaction and treated the crude reaction
mixture with HCl and obtained the olefin knows that tertiary alcohols can be converted
into olefins even with dilute hydrochloric acid.
XY!ZV[là sự phân cắt của ether tert-butyl hexyl
trong CF
3
CO
2
H/CH
2
Cl
2
thành isobutene và hexanol (Hình 4.28). Phản ứng này tiến hành
trong ba bước. Trong một phản ứng cân bằng, ether được thêm proton vào ion oxonium.
Bước thứ hai là xác định tỷ lệ và cơ bản không thể đảo ngược: đó là một sự phân cắt tự
nhiên tạo ra cation tert-butyl, ổn định hơn trong hai ion carbenium hai mà có thể, về
nguyên tắc, hình thức. Ngoài ra, 1-hexanol được thoát ra. Trong bước thứ ba, sự tách
proton đơn phân tử nhanh chóng và chắc chắn của các ion carbenium để tạo olefin. Tách
phân tử ether trong hình 4.28 minh họa làm thế nào có thể tạo ra alcohol bậc một và bậc
hai từ ether tert-butyl trong điều kiện êm dịu.
A similar E1 elimination is the cleavage of tert-butyl hexyl ether in
CF
3
CO
2
H/CH
2
Cl
2
to isobutene and hexanol (Figure 4.28). This reaction proceeds in three
steps. In an equilibrium reaction, the ether is protonated to give the oxonium ion. The
second step is rate-determining and essentially irreversible: it is a regioselective
heterolysis to the tert-butyl cation, the more stable of the two carbenium ions that might,
in principle, form. In addition, 1-hexanol is released. In the third step, a fast and probably
bimolecular deprotonation of the carbenium ion to the olefin takes place. The ether
cleavage in Figure 4.28 exemplifies how one can release primary or secondary alcohols
from their tert-butyl ethers under mild conditions.
Hex
O +
CF
3
CO
2
H
O
Hex
H
H
OH
Hex
O
Hex
H
+
+
K
eq
k
1
k
2
+ CF
3
CO
2
+ CF
3
CO
2
+ CF
3
CO
2
H
Reaction
coordinate
E
Hình 4.28. Phản ứng tách E1 acid xúc tác của ester tert-butyl hexyl cho
isobutene và hexanol và lược khảo năng lượng của nó. K
eq
là hằng số cân bằng của
phản ứng acid/base
Fig. 4.28. The acidcatalyzed E1 elimination of tert-butyl hexyl ether to
isobutene and hexanol and its energy profile. K
eq
refers to the equilibrium constant
of the acid/base reaction.
Phân tích động lực của phản ứng tách E1 của hình 4.28 có thể được thực hiện như
sau:
2 3 2
1 2 2 3 2
d[olefin]
k [R ][F CCO ] (4.7)
dt
d[R ]
k [R OH] K [R ][F CCO ]
dt
+ −
+
+ + −
=
= −
IJK"L!M!N4E!4HOBB
⇒
PQ
R
SI
1
2
k
k
3 2
[R OH]
[F CCO ]
+
−
.;\1
'K"L4OWY!ZV]^
_YF`^"a_Y]^+
P
2
R
+
57SIb
PQ
/
5SP:
c
5
/
7S .;@1
TUV;\"W;@"WUV;<
d[olefin]
dt
= k
1
• b
PQ
/
5SP:
c
5
/
7S .;J1
Ud
I• PQ
/
5S
The kinetic analysis of the E1 elimination of Figure 4.28 can be carried out as
follows:
Các quy luật tỷ lệ của phản ứng E1 này ở dạng phương trình 4.11 cho thấy tính
đơn phân tử một lần nữa. Tuy nhiên, nó ẩn giấu nhiều chi tiết hình thức hơn về phương
trình 4.10 tiết lộ: cụ thể là, tăng tỷ lệ tách với việc tăng nồng độ CF
3
CO
2
H, điều đó có
nghĩa là phản ứng tách E1 hai phân tử (bimolecular). Từ phương trình 4.10 chúng ta cũng
có thể thấy rằng tốc độ tăng E1 ở một nồng độ nhất định của axít khi một acid có tính axit
hơn được sử dụng.
The rate law of this E1 reaction in the form of Equation 4.11 reveals
unimolecularity once more. However, it hides what the more detailed form of Equation
4.10 discloses: namely, that the elimination rate increases with increasing CF
3
CO
2
H
concentration, which means that this is a bimolecular E1 elimination. From Equation 4.10
we can also see that the E1 rate increases at a given concentration of the acid when a more
acidic acid is used.
2 3 2
1 2 2 3 2
d[olefin]
k [R ][F CCO ] (4.7)
dt
d[R ]
k [R OH] K [R ][F CCO ]
dt
+ −
+
+ + −
=
= −
IJ%#$!!4
⇒
PQ
R
SI
1
2
k
k
3 2
[R OH]
[F CCO ]
+
−
.;\1
'4%%
+
P
2
R
+
57SIb
PQ
/
5SP:
c
5
/
7S .;@1
#
*;\#;@;<$#
d[olefin]
dt
= k
1
• b
PQ
/
5SP:
c
5
/
7S .;J1
4.5.2 Chọn lọc vị trí của phản ứng tách E1 (The Regioselectivity of E1 Eliminations)
Khi các ion carbenium trung gian của phản ứng tách E1 có thể bị tách proton tạo ra
hỗn hợp hai đồng phân olefin, nói chung cả hai đều được tạo ra. Nếu các đồng phân olefin
này là những sản phẩm Saytzeff và Hofmann, bước đầu được tạo ra ưu tiên vì sự điều
khiển phát triển sản phẩm. Điều này được minh họa trong hình 4.29 bởi phản ứng tách E1
từ tert-amyl iodide, bromide, và cloride. Các halide khác nhau tạo thành cation tert-amyl
và olefin, ở tỷ lệ khác nhau. Tuy nhiên, trong mỗi phản ứng trong cùng tỷ lệ 82:18 của
Saytzeff đến Hofmann sản phẩm thu được. Điều này có thể được giải thích đơn giản nhất
nếu việc khử proton của các cation tert-amyl xảy ra đơn phân tử (unimoleculary) trong
mọi trường hợp, đó là, không có sự tham gia của các ion halide như một base.
When the carbenium ion intermediate of an E1 elimination can be deprotonated to
give two regioisomeric olefins, generally both of them are produced. If these olefin
isomers are Saytzeff and Hofmann products, the first one is produced preferentially
because of product-development control. This is illustrated in Figure 4.29 by the E1
elimination from tert-amyl iodide, bromide, and chloride. The different halides form the
tert-amyl cation and consequently the olefin, too, at different rates. Still, in each reaction
the same 82:18 ratio of Saytzeff to Hofmann product is obtained. This can be explained
most simply if the deprotonation of the tert-amyl cation occurs unimolecularly in all
cases, that is, without participation of the halide ion as a base.
I
Br
Cl
H H
+ Hal
+ HHal
f
a
s
t
s
l
o
w
s
l
o
w
e
s
t
82 : 18
Product
development
control
E
Reaction
coordinate
PIQR('SSaytzeff của phản ứng tách E1 từ halide tert-amyl và
sơ lược năng lượng. Saytzeff: số lượng ưu tiên Hofmann là 82:18 bất kể là ion halogen đi kèm với
các ion carbenium. Quan sát này được giải thích đơn giản nhất bằng giả định rằng ion halogen là
không tham gia vào các bước khử proton tạo thành liên kết đôi C=C.
0PI'TU!$$=E$tert3'
##'!OI'TUV$!$
WVEW#$2#!7
7X!#!'7'!#
##!!$DYD#77#
Điều thú vị là phản ứng tách E1 từ alcohol bậc ba thực hiện trong môi trường acid
cho nhiều sản phẩm theo quy tắc Saytzeff hơn phản ứng tách E1 từ alkyl halide bậc ba
tương ứng. Ví dụ, so sánh phản ứng tách E1 trong hình 4.30 (alkyl hoá alcohol tert-amyl)
với hình 4.29 (tert-amyl halide). Phản ứng tách E1 qua cation alkyl hóa tert-amyl từ hình
4.30 cho tỉ lệ 95:5 sản phẩm theo quy tắc Saytzeff và Hofmann. Từ (không thế thay thế)
cation tert-amyl trong hình 4.29, các hợp chất tương tự được tạo ra (khi ta đặt R'=H) ít
lệch tỷ lệ 82:18.
*%$#
##",$e8!#
%!#$ $#64!!
%:;cJ. $#tert9$1&
:;/@.tert9$#1"
$# tert9$ % : ;cJ " @0+0 %
,$e8 7% !# : .#1 tert9$
:;/@!#&!##.&&
R'=H1#%\/+\
Lý do của việc tăng chọn lọc vị trí là với alcohol bậc ba như các chất nền không
còn độc quyền kiểm soát động học. Điều này là do các olefin đồng phân vị trí không thể
thay đổi được nữa. Thay vào đó chúng có thể được thêm proton, khử proton một lần nữa,
và do đó cuối cùng được cân bằng. Bằng cách này, phần lớn nhất của sản phẩm ban đầu
tuân theo quy tắc Hofmann được chuyển đổi thành các đồng phân theo quy tắc Saytzeff
ổn định hơn. Sự hình thành sản phẩm là kết quả của việc điều khiển nhiệt động lực học.
Thực tế là các kết quả chọn lọc vị trí ưu thế hơn với điều khiển nhiệt động lực học hơn
điều khiển động học thông qua kiểm soát sự phát triển sản phẩm là chính xác những gì ta
mong đợi, xem xét các định đề Hammond.
The reason for the increased regioselectivity is that with tertiary alcohols as
substrates there is no longer exclusively kinetic control. This is because the regioisomeric
olefins are no longer formed irreversibly. Instead they can be reprotonated, deprotonated
again, and thereby finally equilibrated. In this way, the greatest part of the initially formed
Hofmann product is converted to the more stable Saytzeff isomer. Product formation is
thus the result of thermodynamic control. The fact that a greater regioselectivity results
with thermodynamic control than with kinetic control through product-development
control is precisely what one would expect, considering the Hammond postulate.
R
OH
+ BF
2
. OEt
2
R
R R
+
95
:
5
+
isomerizes the
primary products!
BF
3
(OH)
H
Z[Giải thích cho việc chọn lọc Saytzeff đặc biệt cao của việc tách
E1 từ alcohol tert-amyl và dẫn xuất của nó.
0Z[=X!$!'I'TU
'$=E$tert-'#
#
Việc tách như hình 4.31 cung cấp bằng chứng rằng các olefin đã bước đầu hình
thành từ alcohol bậc ba dưới điều kiện E1 có thể được nhận proton. Các sản phẩm theo
quy tắc Saytzeff và Hofmann hiển thị có thể có thêm proton cung cấp cho các ion
carbenium bậc ba dù chúng đã được hình thành và cũng cho một ion carbenium khác. Hậu
quả của việc này là trong các sản phẩm chính thu được sau khi khử proton cuối cùng, liên
kết đôi C=C không còn nằm ở nguyên tử C mang nhóm OH trong alcohol ban đầu, mà
được di chuyển một trung tâm đi.
: ;c !"# !% =
$ %# % $ # #
!#,$e8and 7%!#&
!#!"#$&$
& %# # #8 $
%A!##%=
#!I###
#57!"#
&$
OH
+ BF
2
. OEt
2
+
isomerizes the
primary products!
+ +
10
90
0
:
BF
3
(OH)H
Hình. 4.31. Phản ứng khử E1 với sự di chuyển C=C tiếp theo
Fig. 4.31. E1 elimination with subsequent C=C migration.
Như đã thảo luận, các sản phẩm chủ yếu của sự khử trong hình 4.31 được tạo ra
hiển nhiên dưới sự kiểm soát nhiệt động lực học. Trong trường hợp này thật ngạc nhiên
khi nó có chứa một liên kết đôi C=C có ba nhóm thế, trong khi các sản phẩm nhỏ có bốn
nhóm thế. Sự ổn định của liên kết đôi C=C thường tăng theo từng sự bổ sung nhóm thế
alkyl. Tuy nhiên, ở đây ảnh hưởng đối lập chiếm ưu thế. Khi chúng ta so sánh hai đồng
phân methylenecyclohexane (trong đó có một liên kết đôi C=C chứa hai nhóm thế) và
1-methylcyclohexene (trong đó có một liên kết đôi C=C chứa ba nhóm thế) như là olefin
mẫu, trường hợp đó methylenecyclohexane có 2 cal/mol nhiều năng lượng hơn so với
1-methylcyclohexene. Khác biệt trong sự ổn định là rất lớn chỉ để giải thích sự khác biệt
giữa hai và ba nhóm thế của liên kết đôi C=C. Một yếu tố thứ hai là nhóm thế
methylenecyclohexane có một sức căng vòng lớn hơn nhóm thế methylcyclohexene. Ảnh
hưởng tương tự đóng vòng, có thể được gia cố bởi trở ngại không gian lớn hơn, có lẽ chịu
trách nhiệm về sự khác biệt đáng ngạc nhiên trong sự ổn định giữa các đồng phân olefin
trong hình 4.31.
As discussed, the major product of the elimination in Figure 4.31 is evidently
produced under thermodynamic control. In this respect it is surprising that it contains a
trisubstituted C=Cdouble bond, while the minor product has a tetrasubstituted one. The
stability of a C=C double bond normally increases with each additional alkyl substituent.
However, here an opposite effect dominates. When we compare the two isomers
methylenecyclohexane (which contains a disubstituted C=C double bond) and
1-methylcyclohexene (which contains a trisubstituted C=C double bond) as model olefins,
then methylenecyclohexane has 2 cal/mol more energy than 1-methylcyclohexene. This
difference in stability is too great to be accounted for only by the difference between di
and trisubstitution of the C=C double bond. A second factor is that methylene-substituted
cyclohexane has a greater ring strain than methyl-substituted cyclohexene.The same ring
strain effect, possibly reinforced by greater steric hindrance, is probably responsible for
the surprising difference in stability between the olefin isomers in Figure 4.31.
4.5.3 Tách E1 trong bảo vệ nhóm hóa học (E1 Eliminations in Protecting
Group Chemistry)
Cách xử lý tính acid của ether tert-butyl trong alcohol bậc một và bậc hai tạo ra
alcohol bằng phản ứng tách E1. Chúng ta thấy điều này trong việc thảo luận về hình 4.28.
Trong một cách tương tự và theo các điều kiện acid tương tự, ester tert-butyl và
carbamate O-tert-butyl được tách ra. Theo đó, ester tert-butyl, ester, và carbamate thường
xuyên được sử dụng như các nhóm bảo vệ. Một ví dụ của ứng dụng trong tổng hợp
peptide được đưa ra trong hình 4.32. Tất nhiên, các sản phẩm khử (isobutene) không có
lợi ích trong trường hợp này, nhưng là nhóm xuất, bởi vì nó là peptide không được bảo
vệ.
6# % tert9$ % !$ # #$
!# $ f &
#%:;/\*&$##
# # tert9$ # 59tert9$
"# * # & tert9$ #
%$#!!64!%
!!!!#$":;c/5%
!#.1%
"!!#!!#
O
H
2
N
H
N
N
H
O
O
O O
H
N
O
O
OH
H
2
N
H
N
N
H
O
O
O OH
H
N
O
O
H
OH
H
2
N
H
N
N
H
O
O
O
H
N
O
O
OH
H
a carbamic acid
+ 3
H
- CO
2
, - 3
CF
3
CO
2
H
Hình. 4.32 Ba phản ứng tách E1 trong việc tách bảo vệ của một tripeptide được bảo vệ. Vì
mục tiêu ngắn gọn, một ''single$'' ở hàng thứ hai của sơ đồ cho thấy làm thế nào ba liên
kết tert-Bu-O ''heterolyze''; tất nhiên, chúng được kích hoạt và bị phá vỡ sau đó. Trong tách bảo vệ
của chuỗi tert-butylated lysine, nhóm xuất là một acid carbamic. Axit carbamic decarboxylate tự
động (Hình 7.12), điều này giải thích sự biến đổi cuối cùng. Sự chuẩn bị của tripeptide bảo vệ được
hiển thị trong hình 4.35.
0Z=E#!$!#
!!#0)$7'\single$#2$
22tert3]^7#'T_$\'
##7)one after the other`#!$
tert37'#'#\!7#
D7##7X'!'.0JE/\2X!
O$!!$!#!!#
20Z
Mỗi phản ứng tách E1 từ ba nhóm tert-butyl hiển thị diễn ra trong ba bước. Trong
bước đầu tiên nguyên tử O có tính base nhất được cung cấp proton trong một phản ứng
cân bằng. Ion oxonium hoặc ion carboxonium được tạo ra. Bước thứ hai là các dị ly liên
kết O–tert-Bu. Mỗi nhóm xuất không mang điện tích và do đó được chấp nhận một cách
mạnh mẽ: ether tert-butyl của chuỗi serine cho một alcohol, các tert-butylcarbamate bên
chuỗi lysine cho một acid carbamic (mà sau đó decarboxylate), và ester tert-butyl của nửa
glycine cho một acid cacboxylic. Sản phẩm khác của sự dị ly là cation tert9$ổn
định tốt, mà tách proton trong bước cuối cùng để tạo ra isobutene.
% % tert9$ !
& !!*=!5
!# 54
4!###!$%
O–tert-Bu # " ! # # %
$!+ tert9$%#
"tert9$%$#"
#.$$1# tert9
$%$$"4$#
!#%$&9e#tert9$&
#!#!"
4>?@A@BCD=E
7
.
=E
7
=a`5`@6`^@I/
4.6.1 Phản ứng tách E1
cb
đơn phân tử: sơ lược năng lượng và quy luật
tỷ lệ (Unimolecular E1cb Eliminations: Energy Pro#le and Rate Law)
Phản ứng Knoevenagel (xem cơ chế mục 10.4.2) kết thúc với việc tách H
2
O khỏi
alcohol ban đầu được hình thành trong môi trường base. Việc tách diễn ra thông qua một
cơ chế E1
cb
, được thể hiện trong hình 4.33 thông qua ví dụ của việc tách H
2
O từ một β-
nitro alcohol. Một phản ứng tỏa nhiệt nhanh, chất nền này tách proton định lượng để cho
một nitronate. Trong bước phản ứng thứ hai chậm hơn, một nhóm OH‾ rời đi, và một
nitroolefin được tạo thành. Đồng phân trans được ưu tiên tạo thành vì kiểm soát sự phát
triển sản phẩm.
Knoevenagel reactions (for their mechanism, see Section 10.4.2) end with H
2
O
being eliminated from the initially formed alcohol in the basic medium. The elimination
takes place via an E1
cb
mechanism, which is shown in Figure 4.33 via the example of the
elimination of H
2
O from a β-nitro alcohol. In a fast exergonic reaction, this substrate is
deprotonated quantitatively to give a nitronate. In the following slower second reaction
step, an OH‾ group leaves, and a nitroolefin is produced. It is preferentially formed as the
trans isomer because of product-development control.
O
N
R
H
OHO
+
Na
k
1
O
N
R
OHO
Na
O
N
R
O OH
O
N
R
O
+
MeOH + NaOH
OMe
k
2
+
MeOH
Reaction
coordinate
E
ZZ>:;b<!&=E
7
% ):
M N
0ZZ6=E
7
#'
!O
Các dẫn xuất sau đây cung cấp quy luật tỷ lệ cho việc tách như là phương trình
4.14. [nitroalcohol]
0
dùng để chỉ nồng độ ban đầu cho nitroalcohol này.
%&#"#"&%
;; PS
J
%
%
Quy luật này chỉ chứa một nồng độ biến thiên― là [nitroalcohol]
0
, tất nhiên, một
hằng số và không là một biến số― và do đó đề cập đến một quá trình gunimolecularg.
Việc tách này vì vậy được gọi là E1
cb
.
&$"h
PS
J
%#"h#
2
d[olefin]
[nitronate]
d
k
t
=
.;/1
'
i
/
#%$&
"+
PSIPS
>P=S
.;c1
*;c;/$#
2
d[olefin]
[nitronate]
d
k
t
=
.;/1
'K"L
i
/
"W!M!Njk`+
PSIPS
>P=S
.;c1
TUV;c"WUV;/
2 0
d[olefin]
([nitroalcohol] [olefin])
d
k
t
= −
.;;1
% gg ! %
##
4.6.2 Phản ứng tách ''nonunimolecular'' E1: lược khảo năng lượng và
quy luật tỷ lệ (Nonunimolecular E1
cb
Eliminations: Energy Pro#le and
Rate Law)
Kết thúc sự ngưng tụ một alcohol (cơ chế xem mục 10.4.1), nước được loại bỏ từ
một hợp chất β-hydroxycacbonyl. Điều này diễn ra theo cơ chế được đưa ra trong hình
4.34. Trong một phản ứng nhanh nhưng thu nhiệt thuận nghịch, hợp chất β-hydroxy
cacbonyl tách proton tạo một enolate. Trong bước phản ứng tiếp theo xác định tỷ lệ một
nhóm OH‾ bị trục xuất, và hợp chất carbonyl αl chưa bão hòa, các sản phẩm tách, được
tạo thành. Nếu nó được hình thành không thể phục hồi, nó sẽ được ưu tiên tạo thành đồng
phân trans vì kiểm soát phát triển sản phẩm. Tuy nhiên, trong sự ngưng tụ aldol, chọn lọc
lập thể được tăng cường bởi kiểm soát nhiệt động lực học. Dưới các điều kiện phản ứng,
bất kỳ đồng phân cis ban đầu được hình thành sẽ bị đồng phân hóa sau đó tạo đồng phân
trans. Vì vậy, sự chọn lọc trans của ngưng tụ aldol là nói chung do điều khiển nhiệt động
lực học.
6 # %##.%
, J;1 & # % β-hydroxy $
!# ! # "
: ;c; * % # # $ "
β-hydroxy $!##!#"
*9#!OH‾ !
4!# # αl9# $ !#
!#!##*%&%#"$&#
!##!%$ trans %!#9
#"! 7&" # #
"$ %#$ #$ m#
#$$%#cis &#e#
$ trans % trans "$ %
####$
Quy luật tỷ lệ cho cơ chế E1
cb
trong kết quả hình 4.34 như phương trình 4.17 từ
nguồn gốc sau đây.
&%:;c;
;<%%&#"
d[olefin]
[enolate]
d
k
t
=
.;01
-_Y]B ]^
PSIb
P#SP-5S .;?1
TUV;?"WUV;0
d[olefin]
d
k
t
=
•b
P#SP-5S .;<1
d[olefin]
[enolate]
d
k
t
=
.;01
%&%
#
PSIb
P#SP-5S .;?1
*;?#;0$#
d[olefin]
d
k
t
=
•b
P#SP-5S .;<1
Z>:;!&=E
7
% ):
M N_
K
(
c'%Q&7d#G7
0Z67=E
7
#'
!O_
K
(
$$#G7(7
Như vậy, việc tách này diễn ra bimolecularly. Do đó, việc chọn E1
cb
cho cơ chế
này là hợp lý chỉ khi cho rằng ''unimolecularity'' của bước xác định tốc độ.
! bimolecularly%
#
%A=#$% %
$%9#!
4.6.3 Phản ứng tách E1
cb
trong nhóm bảo vệ hóa học (E1
cb
Eliminations in
Protecting Group Chemistry)
Trong tổng hợp peptide nhóm chức năng trong các chuỗi acid amin phụ thường
được bảo vệ bằng các nhóm bảo vệ với acid không bền (mục 4.5.3). Các tripeptide trong
hình 4.35 chứa, ví dụ, một ester serine tert-butyl và một
ε
-bảo vệ L-lysine như
O-tertbutyl carbamate. Trong chiến lược tiêu chuẩn tổng hợp oligopeptides từ C- cho đến
N-cuối cùng (xem mục 6.4.3) của C- cuối cùng là hoặc không kết nối với các nhựa
Merrifield có acid không bền hoặc vào một nhóm bảo vệ acid không bền của khối lượng
phân tử thấp. Để minh hoạ, hình 4.35 cho thấy một ester tert-butyl glycine như C- cuối
cùng của tripeptide được đề cập.
* !!# $ % ! # #
%!#	!!.,
;0c1!!#:;c0%4!tert9
$#)9$n9!#59tert$*
##$%$e!!#%9
-9.%,?;c19#
#9X=##9!!%&
::;c0&$tert9$
9%#!!#
Tại N-cuối cùng của chuỗi peptide đang phát triển ban đầu cũng có một nhóm bảo
vệ. Nhóm này phải được loại bỏ ngay khi nhóm NH
2
tự do cần thiết cho ngưng tụ với các
acid amin kích hoạt tiếp theo. Tuy nhiên, khi các nhóm bảo vệ của nitơ cuối cùng được
loại bỏ, tất cả các mạch bên bảo vệ các nhóm cũng như nhóm bảo vệ C cuối cùng phải
còn nguyên vẹn. Bởi vì (chỉ) những acid không bền này, nhóm nitơ bảo vệ nên là base
không bền. Một nhóm “N-bound” fluorenylmethoxycarbonyl (Fmoc) lý tưởng cho mục
đích này (Hình 4.35): nó có thể được lấy ra từ nguyên tử N của thuốc thử morpholine base
yếu. Sự tách này diễn ra theo cơ chế E1cb. Điều này là do carbanion trung gian có thể dễ
dàng được tạo ra như một anion fluorenyl (ví dụ, một anion dibenzoannulated
cyclopentadienyl) nó có tính thơm ổn định đáng kể. Trong quá trình tổng hợp
oligonucleotides và oligodeoxynucleotides, đầu 0
'
của các nucleotide được bảo vệ với
nhóm acid không bền dimethoxytrityl nêu tại mục 2.5.4. Các phần acid phosphorous (khi
tổng hợp diễn ra thông qua các dẫn xuất của acid phosphorous) hoặc phần acid
phosphoric (trong đó có mặt trong tất cả các tổng hợp ít nhất ở phần cuối) và các base
nucleotide được bảo vệ với các nhóm bảo vệ base nhạy bởi vì những tồn tại trong việc di
chuyển acid xúc tác của các nhóm dimethoxytrityl không bị hư hại. Một nhóm bảo vệ có
tính base không ổn định được thiết lập tốt cho các nửa phosphorus (Hình 4.36) là ester β-
cyanoethyl. Sự tách phân tử của nó là do tách E1
cb
thông qua một "carbanion" cyano ổn
định.
6-9%&!!#$
!!!"#
%-7
/
!## %#&4"#
# 7&" & ! ! %
"##!!&9
!!'.$1
#9!!#6-9
#o$4$$.:1!#%!!
.:;c01+"#%-$& $
! !#
# $
!## o$ . #e#
$!#$ 1 =% #
e * $ % # #
#4$#0
'
#%##
!# & #9 #4$$ ! #
,/0;!!#!.&$
! !! ##""1 !!#
!.&!$#1#
#!#&9"!!
"" #9$e# " %
#4$$ ! ## 6 &9# 9
! ! % !!$.: ;c?1 9
