单分子共轭碱消除英文解释翻译、单分子共轭碱消除的近义词、反义词、例句
英语翻译:
【化】 unimolecular elimination through the conjugate base
分词翻译:
单的英语翻译:
odd; single
【医】 azygos; mon-; mono-; uni-
分子的英语翻译:
element; member; molecule; numerator
【计】 molecusar
【化】 molecule
【医】 molecule
共轭碱的英语翻译:
【化】 conjugate base
消除的英语翻译:
eliminate; banish; put out; relieve of; remove; resolve; slake; wipe
【计】 blanking; edulcorate
【经】 wipe-out; wipes-out
专业解析
单分子共轭碱消除 (Unimolecular Conjugate Base Elimination, E1cB) 是有机化学中消除反应的一种重要机理。它描述了在特定条件下,一个分子失去两个原子或基团(通常是相邻碳原子上的一个氢原子和一个离去基团),形成双键的过程。其核心特征在于反应速率仅取决于底物(反应物分子)的浓度,与碱的浓度无关,且涉及一个稳定的碳负离子中间体(即共轭碱)。
机理详解(分步):
-
去质子化形成共轭碱 (Conjugate Base Formation):
强碱(B⁻)首先夺取底物分子(如 β-卤代羰基化合物)中酸性较强的 α-氢原子(通常因邻近吸电子基团如羰基、硝基、氰基等而被活化),生成一个稳定的碳负离子中间体。这个碳负离子是底物的共轭碱(Conjugate Base)。
R-CH₂-CH(LG)-EWG + B⁻ → R-CH⁻-CH(LG)-EWG + BH
(LG:离去基团,如卤素;EWG:吸电子基团)
-
单分子消除 (Unimolecular Elimination):
生成的碳负离子中间体不稳定,其自身发生异裂,导致 β-碳(原带离去基团的碳)上的离去基团(LG⁻)离去,同时在 α-碳和 β-碳之间形成一个新的双键(通常是烯烃)。
R-CH⁻-CH(LG)-EWG → R-CH=CH-EWG + LG⁻
这一步是反应的速率决定步骤(Rate-Determining Step, RDS),其速率仅与碳负离子中间体的浓度成正比,因此整个反应表现为一级反应(单分子),与碱的浓度无关。
关键特征:
- 速率方程:Rate = k [Substrate]
- 中间体:稳定的碳负离子(共轭碱)。
- 动力学同位素效应:在 α-碳上用氘(D)取代氢(H)时,由于 C-D 键断裂比 C-H 键慢(动力学同位素效应),第一步去质子化速率显著降低,从而降低整体反应速率。这是 E1cB 机理的重要证据。
- 底物要求:
- 离去基团(LG)的离去能力通常较弱(如氟、-NR₃⁺),或者虽然离去能力尚可(如 Cl, Br),但反应条件温和(弱碱、低温)。
- 必须存在强吸电子基团(EWG)与离去基团处于 β-位(即相邻碳),以稳定第一步生成的碳负离子中间体。常见的 EWG 包括羰基(-C=O)、硝基(-NO₂)、氰基(-CN)、磺酰基(-SO₂R)等。
- 区域选择性:遵循查依采夫规则(Zaitsev's Rule),倾向于生成更稳定的、取代基更多的烯烃产物。
- 立体化学:要求被消除的 H 和 LG 处于反式共平面(antiperiplanar)构象,通常得到反式烯烃(E-异构体)为主。
典型实例:
β-卤代羰基化合物(如 2-溴丙酸乙酯)在弱碱(如乙酸钠)存在下的消除反应是 E1cB 机理的经典例子:
CH₃-CH(Br)-COOEt + CH₃COO⁻ → CH₃-CH⁻-COOEt + CH₃COOH (慢)
CH₃-CH⁻-COOEt → CH₂=CH-COOEt + Br⁻ (快)
产物为丙烯酸乙酯。
E1cB 与其他消除机理对比
特征 |
E1cB 机理 |
E2 机理 |
E1 机理 |
速率方程 |
Rate = k [底物] |
Rate = k [底物][碱] |
Rate = k [底物] |
中间体 |
碳负离子 (共轭碱) |
无 (协同) |
碳正离子 |
碱的作用 |
参与第一步 (去质子化) |
参与协同步骤 |
不参与决速步 (可能促进) |
离去基团要求 |
通常较弱或反应条件温和 |
中等至良好 |
良好 |
关键结构要求 |
β-位强吸电子基团稳定负离子 |
无特殊要求 |
能形成稳定碳正离子 |
动力学同位素效应 |
显著 (k_H/k_D > 2) |
中等 (k_H/k_D ≈ 2-8) |
小 (k_H/k_D ≈ 1) |
参考来源
- Morrison, R. T.; Boyd, R. N. Organic Chemistry (8th ed.). Prentice Hall. Chapter on Elimination Reactions. (经典有机化学教材,对消除反应机理有系统阐述)
- Clayden, J.; Greeves, N.; Warren, S. Organic Chemistry (2nd ed.). Oxford University Press. Chapter 19: Elimination Reactions. (现代权威教材,深入讨论 E1cB 机理细节与证据)
- Smith, M. B.; March, J. March's Advanced Organic Chemistry: Reactions, Mechanisms, and Structure (7th ed.). Wiley. Section on Elimination Reactions. (高等有机化学参考书,提供详尽的机理分析与实例)
- Carey, F. A.; Sundberg, R. J. Advanced Organic Chemistry: Part A: Structure and Mechanisms (5th ed.). Springer. Chapter on Nucleophilic Substitution and Elimination Reactions. (高等有机化学教材,对 E1cB 动力学和立体化学有详细讨论)
网络扩展解释
单分子共轭碱消除(E1cb)是消除反应的一种机理,其名称中的“E”代表消除(Elimination),“1”表示单分子过程,“cb”指反应物的共轭碱(Conjugate Base)。以下是详细解释:
1.反应机理
E1cb反应分为两步进行:
- 第一步:碱(如OH⁻或RO⁻)夺取反应物分子中的β-氢原子,生成一个共轭碱中间体(负碳离子)。此步骤需要β-碳原子上有强吸电子基团(如硝基、羰基、氰基等)以稳定负电荷。
- 第二步:共轭碱中间体中的离去基团(如卤素、磺酸基等)带着一对电子离开,同时在α-和β-碳原子之间形成双键(π键)。此步骤为单分子过程,仅涉及中间体的分解。
2.立体化学特点
- E1cb反应遵循反式共平面消除规则,即β-氢的脱去和离去基团的脱离需处于同一平面且反式构型,以保证轨道重叠形成稳定的双键。
3.反应条件与底物要求
- 底物结构:β-碳需连有强吸电子基团(如羰基、硝基),以稳定负碳离子中间体。
- 碱的浓度:反应速率与碱的浓度相关,但第二步仅依赖于中间体的分解,因此整体速率可能受第一步限制。
4.与E1、E2的对比
- E1:单分子消除,先形成碳正离子中间体,再脱质子,无共轭碱参与。
- E2:双分子协同消除,β-氢和离去基团同时脱离,无需中间体。
- E1cb:介于两者之间,依赖共轭碱的形成,适合β-碳带吸电子基的底物。
5.实例
- Hofmann消除:季铵盐在强碱条件下生成烯烃,涉及E1cb机理。
E1cb机理的核心是共轭碱中间体的形成与分解,其特殊性在于对β-碳吸电子基团的依赖及反式共平面的立体化学要求。更多细节可参考有机化学教材或专业文献。
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