Механизм обезвоживания алкоголя
Когда спирт вступает в реакцию с протонными кислотами, он теряет молекулу воды с образованием алкенов. Эти реакции обычно известны как дегидратация спиртов. Это основной пример реакции элиминирования. Нормы различаются для первичных, вторичных и третичных спиртов. Карбонизация очень стабильна в случае третичных спиртов; следовательно, скорость дегидратации у третичных спиртов выше, чем у вторичных и первичных спиртов. Обезвоживание может осуществляться по трехступенчатому механизму:
1. Образование протонированного спирта.
2. Образование карбонизации.
3. Образование алкенов.
Механизм обезвоживания спиртов:
Дегидратация спиртов происходит по механизму E1 или E2. Реакции элиминирования первичных спиртов следуют механизму E2, тогда как реакция элиминирования вторичных и третичных спиртов следует механизму E1. По сути, это трехступенчатый механизм. Соответствующие шаги описаны ниже:
1. Образование протонированного спирта:
На этой конкретной стадии спирт реагирует с протонной кислотой. Из-за единственной пары, присутствующей на атоме кислорода, он действует как основание Льюиса. Этот шаг легко и быстро обратим.
2. Образование карбокатионов:
На этом этапе происходит разрыв связи CO, в результате чего образуется карбокатион. Это самый медленный шаг в механизме обезвоживания алкоголя. Следовательно, образование карбокатиона считается этапом, определяющим скорость.
3. Алкеновая формация:
Это последний этап обезвоживания спиртов. На этом этапе образующийся протон удаляется с помощью основания. Атом углерода, соседний с карбокатионом, разрывает существующую связь CH с образованием C = C. Следовательно, образуется алкен.
Реакция обезвоживания алкоголя
Реакция дегидратации — это тип химической реакции, при которой вода образуется в результате экстракции компонентов воды из одного реагента. Алкен образуется при обезвоживании спирта.
Основное структурное уравнение дегидратации спирта выглядит следующим образом:
С 2 Н 5 ОН → С 2 Н 4 + Н 2 О
Обезвоживание спирта является примером реакции элиминирования, которая полностью противоположна реакции замещения и реакции присоединения.
Реакция элиминирования представляет собой тип реакции, в которой 2 группы или 2 атома на соседних атомах углерода удаляются или удаляются из молекулы, которая оставляет множественные связи между атомами углерода.
Дегидратация вторичных и третичных спиртов в кислых условиях проводится по методу E1. Протонирование гидроксильной группы успешно превращает уходящую группу из гидроксид-иона в воду. Гидроксония Н ₃ О + является способом сильнее , чем Н ₂ О, сопряженная поверхность бывшего H ₂ O представляет собой уходящую группу , лучше , чем у последнего ОН.
Когда относительно стабильный карбокатион образуется путем дегидратации протонированного спирта, может происходить отщепление E1.
Поскольку нестабильный первичный карбокатион должен быть структурирован при дегидратации E1 на первичном спирте, катализируемое кислотой отщепление E1 посредством такого карбокатиона происходит настолько медленно, что следуют различным путям.
Происходит реакция E2, в которой протон теряется из углерода, в то время как вода теряется из соседнего углерода.
Протонированный первичный спирт — алкен.
Обезвоживание происходит в основном легко, когда образуется соседняя двойная связь. Спирт, который несет карбонильную группу на расстоянии двух атомов углерода, легко подвергается дегидратации, что в конечном итоге дает α, β-ненасыщенное карбонильное соединение.
Расположение карбонильной группы к гидроксильной группе в β-гидроксилкарбонильных соединениях открывает путь для отщепления в общих условиях по механизму E1cB.
Катализируемая основанием потеря воды из β-гидроксикарбонильных соединений является одним из примеров реакции элиминирования, в которой участвует sp ³- гибридизированный атом углерода, который следует по пути E1cB.
Механизм обезвоживания алкоголя
Механизм обезвоживания может варьироваться от спирта к спирту, даже если используется один и тот же катализатор.
Дегидратации спирта серии сделано Thomke над BPO ₄ , Са ₃ (РО ₄ ) ₂ и Sm ₂ O ₃ определяются механизм , с помощью 2 -х точных критериев, поглощения дейтерия из дейтерированных катализаторов в производстве олефина и непрореагировавшего спирт.
Эти спирты представлены E1 на BPO 4 , Е2 на Ca 3 (PO 4 ) 2 и E1cB на Sm 2 O ₃ .
Дегидрирование спирта сопровождалось обезвоживанием спирта над некоторыми основными оксидами. В механизме E2 существует другой вид селективности, анти- и син-элиминирование. Продукты син-элиминирования образуются, когда группы удаляются с одной стороны молекулы, а продукты антиэлиминирования образуются, когда группы удаляются с противоположной стороны.
Дегидратация спирта катализируется оксидом бора и фосфора. Реакционная способность спирта при дегидратации уменьшается в следующем порядке: трет-амиловый спирт> 3-пентанол> 2-пропанол> 1-пентанол> этанол.
Каталитическая активность оксидов складывается из разного количества бора и фосфора для дегидратации пропанола, что показывает взаимосвязь с общим количеством кислотных центров.
Бутанол подвергается дегидратации на оксиде бора и фосфора. Активность показывает связь с общим количеством кислотных центров Льюиса и Бренстеда, и во всех этих реакциях задействован механизм ионов карбония.
В механизме E1cB начальной стадией дегидратации является образование карбаниона, что означает, что связь CH разрывается на первой стадии. Начальным этапом дегидратации является образование иона карбония путем отрыва группы ОН.
Этот механизм имеет место с сильнокислотными катализаторами, такими как алюмосиликат.
Механизм E2 включает отщепление протона и гидроксильной группы от спирта, которое согласовано без образования ионного промежуточного соединения. Оксид алюминия — это основной оксид E2. Эти 3 механизма можно различать по-разному, но в отличие от жидкофазных реакций, кинетический метод использовать нельзя. По механизму E1 изомеризация происходит на стадии иона карбония.
Образование н-бутена связано с образованием наименее стабильных ионов изопропилкарбония, которые уже перегруппированы посредством переноса гидрида или метила в более стабильные третичные или вторичные ионы карбония.
Вторичное обезвоживание алкоголя
Дегидратация спирта требует разрыва связи CO с потерей протона из бета-положения. Результатом дегидратации является либо алкен, либо смесь алкенов, и порядок дегидратации — сначала третичный, затем вторичный и, наконец, первичный.
Третичное обезвоживание алкоголя
Третичные формы спирта легче всего обезвоживать, поскольку карбокатионы более стабильны и, следовательно, их легче образовывать по сравнению с первичными и вторичными карбокатионами.
Обезвоживание первичных вторичных и третичных спиртов
Спирт и простые эфиры обладают уходящими группами, которые являются более сильными основаниями Льюиса, чем галогенид-ионы (атом галогена с отрицательным зарядом). Это делает спирты и простые эфиры менее реакционноспособными, чем алкилгалогениды (соединения, в которых один или несколько атомов водорода в алкане заменяются атомами галогена). Они должны быть протонированы, прежде чем вступить в реакцию отщепления или замещения.
Первичный, вторичный и третичный спирты подвергаются процессу, называемому реакциями нуклеофильного замещения (в химии нуклеофильное замещение — это класс реакций, в которых нуклеофил связывается с положительным зарядом атома или группы атомов или атакует его, замещая уходящую группу) с HI, HBr и HCl с образованием алкилгалогенидов. Вторичный спирт окисляется до кетонов, а первичный — до карбоновых кислот хромовой кислотой.
Они классифицируются как реакции SN ₂ в первичных спиртах и реакции SN ₁ во вторичных, а также третичных спиртах. Третичные спирты, как правило, легче обезвоживаются, а первичные спирты труднее всего.
Дегидратация третичного или вторичного спирта известна как реакция E1 (двухступенчатый механизм), дегидратация первичного спирта — это реакция E2 (одностадийный механизм) из-за трудностей, возникающих при образовании первичных карбокатионов.