中性亲核试剂的加成-消除机制(包括酸催化)

第二重要的机制羰基化学- - - - - -羰基消除

• 的反向C=O键的亲核加成(生成四面体中间体)的反应是这样的消除的离去基团从四面体中间体重新形成C=O键。
• 这被称为" 1,2-消去"有时也叫"消去"这是一个关键的机制羰基官能团。
• 令人困惑的是，消元烷基卤化物也称为1,2-消元。看到E2机制或E1cB或者是E1反应想了解更多．）
• 淘汰通常是青睐当驱逐离去基团结果形成一种较弱的基础
• 酸催化对促进羧酸和酰胺的亲核酰基取代非常有帮助，因为消除H组的结果要好得多₂O和NH_3.（相对于O^{2 -}和NH (-)₂在基本条件下)

目录

1. 消去:羰基的第二重要机制
2. 羧酸衍生物中的消去
3. 中性亲核试剂在亲核酰基取代中的作用?
4. 中性亲核试剂亲核酰基取代的酸催化
5. 酸催化的例子
6. 总结
7. 笔记
8. 测试你自己!
9. (高级)参考资料和进一步阅读

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1.羰基的第二重要机制

消除(1,2-消除)是一种极其重要的反应机制羰基(C=O)基团，它存在于醛、酮、羧酸等官能团中羧酸衍生品。

它是第二重要的反应金属羰基合物后,除了．事实上，它与亲核试剂正好相反加成反应．（看到帖子:亲核加成）

为了提醒大家亲核加成机制，徘徊在这里或者点击这个链接．

消去反应往往是有利的离去基团是一个较弱的基础比亲核试剂．(见:什么是好的离去基）

这就是为什么卤化物离子不能成功地对醛和酮进行亲核加成。反应是这样的艰苦的就碱度而言。由于Cl(-)的碱比O(-)弱，消除是不是比优惠多了除了．（看到帖子:如何使用pKa表）

消除是不利的当它的结果是强大的基础形成于较弱的基础。这就是为什么减少醛酮与氢化物的反应减少代理就像NaBH₄是不可逆的(看到的:硼氢化钠）.

醛和酮的氢化物还原正反应生成a强大的基础(氢化,共轭碱H₂, pK_一个大约35)被转换成较弱的碱(醇盐，共轭碱的酒精, pK_一个16日至18日)。

相反的反应(消除)约为20 pK_一个单位多不好的从酸碱的角度来看(看到帖子:如何使用pKa表）

一般来说，一个好的经验法则是如果亲核试剂/基地和离去基团之间的距离超过8pk_一个单位，反应可以认为是不可逆的。（看到的:酸碱反应的简便经验法则）

（然而，有一些反应的例子，H(-)可以作为a离去基团在一个协调的过程中-见注1）

酸碱平庸原理(“强酸+强碱+弱酸+弱碱”)一次又一次地出现!

2.羧酸衍生物中的消去

的反应中除了醛类和酮类外，还发生加成和消去羧酸如酸卤化物，酸酐，酯类和酰胺。

当a发生亲核加成时羧酸导数，它形成一个四面体中间体两个可能的离去基团。［但不是O-注2］

• 第一个势离去基团是原来的亲核试剂；从四面体中间体中消去这个，我们就会得到我们的起始物质(毕竟，离去基只是亲核试剂的反向作用）.
• 另一个潜力离去基团是X的羧酸衍生物(例如，(-)Cl表示酸氯化物，(-)OCOR表示酸酐，(-)OR表示酯类(-) NR₂， (- nhr)， - (nh .₂)用于酰胺)

当亲核试剂是一个强大的基础比离去基团的X(-)羧酸导数，那么我们最终会交换出X基羧酸导数。这是亲核酰基取代．（看到帖子:阴离子亲核试剂的亲核酰基取代）

对于带负电荷的亲核试剂，亲核酰基取代容易发生在酸卤化物和酸酐上，而在酸酐上则较难发生酯类，本质上不可能的用酰胺来实现，因为这需要失去最基本的离去基团NH₂(-),共轭碱一个胺(pK_一个35-38)

在基本条件下，羧酸一般不会发生加减反应，因为它们会发生deprotonated由强碱给羧酸，并由此产生离去基团必须是强碱O(^{2 -}) (本文将详细介绍:酯交换）

3.中性亲核试剂呢?

这是不绝对需要使用基本亲核试剂用于亲核芳香族取代。

中性亲核试剂完全能够进行一些亲核酰基取代。

一个突出的例子是酸卤化物和酸酐，这是非常敏感的存在水．

这两个官能团都能与水水解生成羧酸。

经过加成和质子转移，关键步骤是消除的卤化物离子，从而形成的羧酸．这仍然遵循酸碱平庸原理，因为Cl(-)是比H弱的碱₂O (共轭碱H_3.O +, pK_一个0)。同样地，水的碱基强度至少与羧酸相当。

为了了解酸酐与水水解的机理，徘徊在这里或者点击这个链接．

这些反应也很有效胺．酸卤化物和胺都是制作酰胺的最佳方法;这种反应有时被称为肖特-鲍曼反应(见酸卤化物合成酰胺的研究）.

一般来说，至少有两个等价物胺都被使用，因为生成了一个等量的盐酸。（如果只有一个等价物胺如果使用了，反应不会进行到完成，因为胺亲核试剂会被质子化产生(非亲核的)RNH_3.(+)。）

为了研究卤代酸生成酰胺的机理，徘徊在这里或者点击这个链接．

4.酸性条件-共轭酸的消除(一个较好的离去基)

然而，中性亲核试剂加到羧酸上有其局限性。水可以取代弱碱性卤化物和羧酸盐，但不能取代强得多的RO(-)或R₂N(-)。（胺，如果加热可能会位移酯类但它需要大量的热量-看酰胺的合成）.

除了酸卤化物和酸酐，大多数其他羧酸都是惰性在中性条件下。

然而，当酸催化剂这是一个完全不同的故事。它开启了一套完全不同的反应，否则不会发生。

我们之前在综合中见过这样的例子缩醛树脂（看到帖子:缩醛和半缩醛)，即从a中消去一个等量的ROH半缩醛要求酸性催化剂。（在没有酸的情况下，不会发生消除!）.

为了提醒大家消除机制在缩醛合成,徘徊在这里或者点击这个链接．

对于也是如此羧酸衍生品。

回想一下，酰胺和羧酸在碱性和中性条件下不反应的全部原因是因为NH₂(-)和O(-)是如此强碱，因此差的离去基．

但是想象一下，我们可以在下面进行这些反应酸性条件。

它们的离去基就不再是NH了₂（^{- - - - - -})及O(^{2 -});它们可能是它们的质子表亲NH_3.和H₂啊，这是多的较弱的基地因此更好的离开团体．

突然，羧酸的取代反应和酯类成为一个合理的反应!

比较这两个反应中的离去基

或者这两个反应中的离去基

在每种情况下，质子化的物质是更好的离去基团因为它是较弱的碱。

T他共轭酸是更好的离去基团，这是酸催化有助于消除反应的一个重要原因。

5.亲核酰基取代中的酸催化实例

这里有两个例子，使用酸作为催化剂在亲核酰基取代反应，以及酸如何协助损失离去基团．

一个羧酸可以转换成酯在酸性条件下。这是费舍尔酯化反应(看到帖子:费歇尔酯化）.

在关键步骤中，一个H分子₂O从四面体中间体中消失，形成质子化酯．

类似地，酰胺也可以转化为a羧酸在酸性条件下。这被称为酸性酰胺水解(看到帖子:酰胺水解）

同样，关键步骤是消除弱碱NH_3.来自四面体中间体。在没有酸的情况下，不发生取代。

酸催化消除的一个限制是我们只能使用非不可逆的亲核试剂摧毁了用强酸。

这意味着像NH这样的强碱性亲核试剂₂(-)， HO(-)， RO(-)，氢化物和格氏不兼容的在酸性条件下，因为酸碱反应通常比碳反应快得多。（看到帖子:酸碱反应很快)，

6.总结-结论

• 如果亲核加成是最重要的反应机理金属羰基合物，那么与之相反的消除机制则是第二重要的机制。
• 它是亲核酰基取代反应的一个关键机制缩醛树脂亚胺，我们之前在醛和酮那一章见过。
• 排除法的有利度由碱度的离去基团．好的离去基是弱碱。
• 差的离去基可以通过添加变成好的离去基酸，因为共轭酸任何一种碱都是较弱的，因此是较好的离去基团．
• 在羧酸和酰胺的亲核取代反应中，如费舍尔酯化反应和酸性酰胺水解反应，酸的加入是必不可少的。

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笔记

注1。比如氢化物做在醛类的卡尼萨罗反应中，以消去型过程中离去。关键步骤是将氢化物从(脱质子化的)醛半缩醛变成了第二个相同的东西醛，导致醇盐和一个羧酸(很快就会发生酸碱反应)。

然而，这个反应需要非常基本的条件和热量(同时也要求非enolizable醛）

注2。但不是O-，因为它会变成O^{2 -}

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测试你自己!

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(高级)参考资料和进一步阅读

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   t·威廉·本特利，加雷斯·卢埃林和j·安东尼·麦卡利斯特
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   虽然在大多数情况下假设是加成-消除反应，但在某些情况下，亲核酰基取代是由a的直接攻击引起的羰基碳亲核试剂，特别是在高极性溶剂中离去基团很容易电离。
2. 原子亲核取代的计算研究羰基碳:S_N有机合成中的机制与四面体中间体
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