消除反应原理
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第一节 醇的热解反应

若将醇气化,在Al2O3催化剂存在下进行气相脱水,则生成烯类化合物,由于醇和生成的烯与催化剂的接触时间很短,副反应显著减少,是工业上合成烯烃的方法之一。

使用Al2O3作催化剂的醇的热解反应,反应温度较低时有利于醚的生成,而温度较高时有利于烯的生成,并且很少有重排反应发生。

一些高级的醇也可以用这种方法进行脱水反应,例如十二烷基醇。

如下仲醇在Al2O3催化下脱水,主要生成取代基较多的烯烃。

除了Al2O3外,还可以使用其他金属氧化物作脱水催化剂,例如Cr2O3、TiO2、WO3、ThO2、硫化物、其他金属盐、沸石等。

用Al2O3作催化剂时,由于氧化铝表面具有带有-OH的活性中心,醇可以被吸附于催化剂表面,生成醇铝化合物,而后分解生成烯。

例如非巴比妥类静脉麻醉剂盐酸氯胺酮 (Keta mine hydrochloride)、环戊基苯酚 (消毒剂)等的中间体环戊烯的合成。

环戊烯(Cyclopentene),C5H8,68.12。无色液体。mp -135℃,bp 45~46℃,0.7720,nD 1.4225。溶于醇、醚、苯、丙酮、氯仿,不溶于水。

制法 孙昌俊,曹晓冉,王秀菊.药物合成反应——理论与实践.北京:化学工业出版社,2007:362.

于一管式反应器中加入无水氧化铝,预热至370~380℃。将环戊醇加热蒸发,将其蒸气通入预热的反应管中热裂。热裂后的蒸汽冷凝后分出水层。所得油层用无水硫酸钠干燥,得环戊烯(1),收率85%~90%。

当然,不同结构的Al2O3,其催化活性存在很大差异。

值得指出的是,使用稀土金属氧化物如二氧化钍作催化剂时,其消除方向与用Al2O3时不同,主要产物为取代基较少的烯烃,为由甲基仲醇合成端基烯提供了较好的合成方法[Lundeen A, Tanhoozer R.J Org Chem,1967, 32 (11):3386]。

可能的反应过程如下:

在生成的三种过渡态中,A是最稳定的,B和C由于重叠张力大而不稳定,所以端基烯为主要产物。和二氧化钍一样,很多稀土氧化物都有这种性质。

防止醇脱水重排的一种方法是将醇转化为酯,而后进行热消除反应。

如下化合物A与乙酐反应可生成酯B,然后加热分解生成烯C。反应机理不同,生成的产物也可能不同:

醇的镁盐在高温 (200~340℃) 加热,可以分解为烯。

可能的反应机理为Ei机理[Eugene C Ashby, George F.Willard, Ani1 B Goel.J Org Chem,1979,44( 8):1221]。

醇铝、醇锌也可发生类似的反应。

这种高温下的脱水,更适合于工业生产,实验室中很少应用。