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10.5 : 酸催化醇脱水生成烯烃

在脱水反应中,醇中的羟基与相邻碳上的氢一起被消除。 在这里,产物是烯烃和水分子。 醇的脱水通常通过在酸催化剂存在下加热来实现。 虽然伯醇的脱水需要高温和浓酸,但仲醇和叔醇可以在相对温和的条件下失去水分子。

Figure1

仲醇和叔醇的酸催化脱水通过 E1 机理进行。 首先,醇中的羟基快速质子化,形成烷基氧鎓离子。 接下来,在缓慢的速率限制步骤中,烷基氧鎓离子失去一个水分子,留下碳正离子。 最后,水(H3O+ 的共轭碱)从碳正离子中除去 β 氢,生成烯烃。 该步骤使酸催化剂再生。

Figure2

在这些反应中,碳阳离子中间体的稳定性决定了主要产物。 如果可能,二级碳阳离子会发生重排,形成更稳定的三级碳阳离子。 此外,当异构体产物可能时,更倾向于取代的烯烃或扎伊采夫产物。 伯醇会产生高度不稳定的伯碳正离子。 因此,它们的脱水是通过 E2 机制发生的。 该机制也始于醇的质子化。 在下一步中,碱去除 β 氢,并失去水分子。 因此,形成双键,产生末端烯烃。

Figure3

然而,在酸性溶液中,双键的再水合(根据马尔可夫尼科夫规则)随后进行 1,2-氢化物转变可以产生二级碳阳离子。 根据扎伊采夫规则,失去一个质子就会产生末端烯烃和重排烯烃的混合物。

Figure4

如果羟基首先转化为良好的离去基团(例如甲苯磺酸酯),仲醇或叔醇也可以通过 E2 机制进行脱水。 用强碱处理甲苯磺酸酯产生烯烃。

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Acid catalyzed DehydrationAlcoholsAlkenesHydroxyl GroupHeatingAcid CatalystPrimary AlcoholsSecondary AlcoholsTertiary AlcoholsE1 MechanismAlkyloxonium IonCarbocationConjugate BaseH3OAlkeneStability Of Carbocation IntermediateRearrangementZaitsev s ProductE2 Mechanism

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