單分子共轭堿消除英文解釋翻譯、單分子共轭堿消除的近義詞、反義詞、例句
英語翻譯:
【化】 unimolecular elimination through the conjugate base
分詞翻譯:
單的英語翻譯:
odd; single
【醫】 azygos; mon-; mono-; uni-
分子的英語翻譯:
element; member; molecule; numerator
【計】 molecusar
【化】 molecule
【醫】 molecule
共轭堿的英語翻譯:
【化】 conjugate base
消除的英語翻譯:
eliminate; banish; put out; relieve of; remove; resolve; slake; wipe
【計】 blanking; edulcorate
【經】 wipe-out; wipes-out
專業解析
單分子共轭堿消除 (Unimolecular Conjugate Base Elimination, E1cB) 是有機化學中消除反應的一種重要機理。它描述了在特定條件下,一個分子失去兩個原子或基團(通常是相鄰碳原子上的一個氫原子和一個離去基團),形成雙鍵的過程。其核心特征在于反應速率僅取決于底物(反應物分子)的濃度,與堿的濃度無關,且涉及一個穩定的碳負離子中間體(即共轭堿)。
機理詳解(分步):
-
去質子化形成共轭堿 (Conjugate Base Formation):
強堿(B⁻)首先奪取底物分子(如 β-鹵代羰基化合物)中酸性較強的 α-氫原子(通常因鄰近吸電子基團如羰基、硝基、氰基等而被活化),生成一個穩定的碳負離子中間體。這個碳負離子是底物的共轭堿(Conjugate Base)。
R-CH₂-CH(LG)-EWG + B⁻ → R-CH⁻-CH(LG)-EWG + BH
(LG:離去基團,如鹵素;EWG:吸電子基團)
-
單分子消除 (Unimolecular Elimination):
生成的碳負離子中間體不穩定,其自身發生異裂,導緻 β-碳(原帶離去基團的碳)上的離去基團(LG⁻)離去,同時在 α-碳和 β-碳之間形成一個新的雙鍵(通常是烯烴)。
R-CH⁻-CH(LG)-EWG → R-CH=CH-EWG + LG⁻
這一步是反應的速率決定步驟(Rate-Determining Step, RDS),其速率僅與碳負離子中間體的濃度成正比,因此整個反應表現為一級反應(單分子),與堿的濃度無關。
關鍵特征:
- 速率方程:Rate = k [Substrate]
- 中間體:穩定的碳負離子(共轭堿)。
- 動力學同位素效應:在 α-碳上用氘(D)取代氫(H)時,由于 C-D 鍵斷裂比 C-H 鍵慢(動力學同位素效應),第一步去質子化速率顯著降低,從而降低整體反應速率。這是 E1cB 機理的重要證據。
- 底物要求:
- 離去基團(LG)的離去能力通常較弱(如氟、-NR₃⁺),或者雖然離去能力尚可(如 Cl, Br),但反應條件溫和(弱堿、低溫)。
- 必須存在強吸電子基團(EWG)與離去基團處于 β-位(即相鄰碳),以穩定第一步生成的碳負離子中間體。常見的 EWG 包括羰基(-C=O)、硝基(-NO₂)、氰基(-CN)、磺酰基(-SO₂R)等。
- 區域選擇性:遵循查依采夫規則(Zaitsev's Rule),傾向于生成更穩定的、取代基更多的烯烴産物。
- 立體化學:要求被消除的 H 和 LG 處于反式共平面(antiperiplanar)構象,通常得到反式烯烴(E-異構體)為主。
典型實例:
β-鹵代羰基化合物(如 2-溴丙酸乙酯)在弱堿(如乙酸鈉)存在下的消除反應是 E1cB 機理的經典例子:
CH₃-CH(Br)-COOEt + CH₃COO⁻ → CH₃-CH⁻-COOEt + CH₃COOH (慢)
CH₃-CH⁻-COOEt → CH₂=CH-COOEt + Br⁻ (快)
産物為丙烯酸乙酯。
E1cB 與其他消除機理對比
特征 |
E1cB 機理 |
E2 機理 |
E1 機理 |
速率方程 |
Rate = k [底物] |
Rate = k [底物][堿] |
Rate = k [底物] |
中間體 |
碳負離子 (共轭堿) |
無 (協同) |
碳正離子 |
堿的作用 |
參與第一步 (去質子化) |
參與協同步驟 |
不參與決速步 (可能促進) |
離去基團要求 |
通常較弱或反應條件溫和 |
中等至良好 |
良好 |
關鍵結構要求 |
β-位強吸電子基團穩定負離子 |
無特殊要求 |
能形成穩定碳正離子 |
動力學同位素效應 |
顯著 (k_H/k_D > 2) |
中等 (k_H/k_D ≈ 2-8) |
小 (k_H/k_D ≈ 1) |
參考來源
- Morrison, R. T.; Boyd, R. N. Organic Chemistry (8th ed.). Prentice Hall. Chapter on Elimination Reactions. (經典有機化學教材,對消除反應機理有系統闡述)
- Clayden, J.; Greeves, N.; Warren, S. Organic Chemistry (2nd ed.). Oxford University Press. Chapter 19: Elimination Reactions. (現代權威教材,深入讨論 E1cB 機理細節與證據)
- Smith, M. B.; March, J. March's Advanced Organic Chemistry: Reactions, Mechanisms, and Structure (7th ed.). Wiley. Section on Elimination Reactions. (高等有機化學參考書,提供詳盡的機理分析與實例)
- Carey, F. A.; Sundberg, R. J. Advanced Organic Chemistry: Part A: Structure and Mechanisms (5th ed.). Springer. Chapter on Nucleophilic Substitution and Elimination Reactions. (高等有機化學教材,對 E1cB 動力學和立體化學有詳細讨論)
網絡擴展解釋
單分子共轭堿消除(E1cb)是消除反應的一種機理,其名稱中的“E”代表消除(Elimination),“1”表示單分子過程,“cb”指反應物的共轭堿(Conjugate Base)。以下是詳細解釋:
1.反應機理
E1cb反應分為兩步進行:
- 第一步:堿(如OH⁻或RO⁻)奪取反應物分子中的β-氫原子,生成一個共轭堿中間體(負碳離子)。此步驟需要β-碳原子上有強吸電子基團(如硝基、羰基、氰基等)以穩定負電荷。
- 第二步:共轭堿中間體中的離去基團(如鹵素、磺酸基等)帶着一對電子離開,同時在α-和β-碳原子之間形成雙鍵(π鍵)。此步驟為單分子過程,僅涉及中間體的分解。
2.立體化學特點
- E1cb反應遵循反式共平面消除規則,即β-氫的脫去和離去基團的脫離需處于同一平面且反式構型,以保證軌道重疊形成穩定的雙鍵。
3.反應條件與底物要求
- 底物結構:β-碳需連有強吸電子基團(如羰基、硝基),以穩定負碳離子中間體。
- 堿的濃度:反應速率與堿的濃度相關,但第二步僅依賴于中間體的分解,因此整體速率可能受第一步限制。
4.與E1、E2的對比
- E1:單分子消除,先形成碳正離子中間體,再脫質子,無共轭堿參與。
- E2:雙分子協同消除,β-氫和離去基團同時脫離,無需中間體。
- E1cb:介于兩者之間,依賴共轭堿的形成,適合β-碳帶吸電子基的底物。
5.實例
- Hofmann消除:季铵鹽在強堿條件下生成烯烴,涉及E1cb機理。
E1cb機理的核心是共轭堿中間體的形成與分解,其特殊性在于對β-碳吸電子基團的依賴及反式共平面的立體化學要求。更多細節可參考有機化學教材或專業文獻。
分類
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