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6.18 : E1 反应: 动力学和机理

与 E2 反应机理不同,我们在此深入探讨 E1 反应机理的各个方面,它有两个步骤:离去基团的限速损失和弱碱β氢抽取。通常,E1 反应机理的实验证明是通过动力学研究或同位素研究进行的。前者证明了一阶动力学——反应完全依赖于底物浓度,而后者则证明了氢的抽取只发生在第二步。

影响 E1 反应的因素:

影响 E1 消去反应的三个关键因素是:(a) 碳阳离子的稳定性;(b) 离去基团的性质;(c) 溶剂类型。在这种情况下,超共轭机制会导致碳阳离子的稳定。这是形成碳阳离子的限速步骤的关键,影响着取代烷基卤化物的反应速度。一个有趣的推论是,1,2-酸酐在伯碳阳离子中发生转变,形成仲碳阳离子,或 1,2-烷基发生转变,产生更稳定的叔碳阳离子。随后,由于碳-卤素键的断裂是限速步骤,E1 反应主要受到作为弱共轭碱的离去卤化物基团性质的影响。最后,阐明了质子溶剂的极性,因为它们在稳定限速步骤中的中间碳阳离子/卤化物方面起着至关重要的作用。

叔卤化物: SN1 与 E1 反应

在这一阶段,有必要对 SN1 和 E1 反应进行比较,因为这两种反应都是通过形成一个共同的中间体进行的,因此对影响反应性的因素的反应类似。通常情况下,很难影响产物的形成是通过 SN1 还是 E1 途径进行的,因为无论哪种情况,从碳阳离子开始的活化自由能都非常小。当温度较低时,SN1 与 E1 相比更有利于单分子反应。不过,一般来说,合成路线并不倾向于叔卤化物的取代反应,因为它们很快就会发生消去反应。反应条件温度的升高会使机理转向 E1。作为一条不成文的规定,当需要从此类叔卤底物中获得消去产物时,应使用强碱来促进 E2 反应机理,以对抗 E1 和 SN1 反应机理的竞争。

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E1 ReactionKineticsMechanismLeaving GroupBeta HydrogenWeak BaseKinetic StudiesIsotope StudiesCarbocation StabilityLeaving Group NatureSolvent TypeHyperconjugationRate limiting StepSubstituted Alkyl Halides12 hydride ShiftPrimary CarbocationSecondary Carbocation12 alkyl ShiftTertiary CarbocationCarbon halogen Bond BreakingProtic Solvents

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