一‧allylic system
1. allylic為C=C─C的結構,以灰底標示的為vinylic carbon;單鍵接的碳為allylic carbon
2. 通常會稱接在allylic C上的functional group為allylic XX →ex. allylic alcohol
3. allylic carbocation較一般的carbocation更穩定。對carbocation而言,雙鍵上的電子共用於兩個end carbon上,使得碳的positive charge較小,也更穩定;
→在carbocation中,end carbon:帶正電;intermediate carbon:不帶電
→在allylic system中,π軌域沿伸至三個碳→非定域性電子(delocalization)
4. allylic free radical:也較一般的得radical穩定,radical 所帶的電荷會分配在兩個end carbon之上。
二‧allylic 相關的反應
halogenation:一般來說,鹵素會直接打開雙鍵,形成鹵烷;然而,在高溫,低濃度的狀態時,容易進行substitution的反
→機制:free radical形成,進行鹵素取代H的反應
→因為allylic carbon上的radical較為穩定→→取代發生在allylic碳上!
→亦可使用NBS(N-bromosuccinimide),於光照或加熱條件下進行SN2
三‧diene的介紹
1. 定義:帶有兩個CC雙鍵的hydrocarbon
2. 分類:依照彼此是否有相互作用分成
(a) isolated diene:兩個雙鍵相距多個碳,彼此無相互作用C=C─C…C─C=C
(b) conjugated diene:兩個雙鍵間隔一CC單鍵,最為穩定C=C─C=C
(c) cumulated diene:兩個雙鍵共用一個C,最不穩定C=C=C→allene
(d) 穩定程度(以氫化熱判斷):conjugation>isolated>cumulated
3. 軌域與diene:
→isolated:為互不影響的πorbital
→conjugated:πorbital會延伸至四個碳,表示4個碳共用4個π電子。因為4個p軌域都平行,故能conjugate
→cumulated:因為雙鍵會共用一個碳,又知道p軌域彼此垂直,表達兩個雙鍵所形成的πorbital也互相垂直,故無法形成conjugation
→具有enantiomer→以C=C=C為chiral axis
四‧diene的製備
1. 烷類的脫氫:高溫與適當的金屬催化劑反應
2. 不飽和的醇類:利用alcohol加入酸會進行脫去的原理。反應中會產生carbocation,會選擇最穩定的C (allylic carbon)進行脫去反應!
五‧conjugated diene的反應
1. 加入鹵化氫:
→反應機制:如同烯類單元所述,雙鍵的電子吸引H後形成carbocation,鹵素離子受到正電荷吸引,形成鹵烷
→在diene反應的過程中,亦會產生適合的carbocation→決定鹵素接的位置
→原則:考慮carbocation的安定性!
(1) C=C─C=C遇HCl後,一雙鍵打開→carbocation並出現在allylic carbon上
(2) 然而,也需要考慮到整個allylic分子中,π電子是彼此共用的,故該正電有可能出現在end carbon或中間的carbon
(3) 在低溫(-80度)的條件下→只需要考慮到carbocation得穩定性,中間的碳因為有較多的methyl group→較為安定→1,2 addition或direct addition
(4) 在高溫(45度)的條件下→則反應會朝向另一個產物,也就是end carbon的carbocation方向進行,主要是考慮到disubstituted alkene→1.4 addition
(5) 上述兩點的差亦在於transition state中,direct addition的活化能較小;考慮到反應物的穩定時,indirect additon的能量較低。當外界提供足夠的能量時,可行allyl rearragement,反應朝向1.4 addition
(6) 此反應的產物受到溫度而影響甚鉅→thermaldynamic control
2. halogenation:加入鹵素
→常溫下會以1.4 addtion為主,行anti addition,結構以E form為主
3. diels-alder reaction
→conjugated diene加上dienophile→形成cyclic alkene
→良好的dienophile條件:帶有EWG(electron withdrawing group)→ex.CN-
六‧MO理論
1. HOMO:highest occupied molecular orbital→帶有電子的軌域中,能量最高者
2. LUMO:lowest unoccupied molecular orbital→不帶有電子的軌域中,能量最低者
3. 解釋diels-alders reaction時→diene為HOMO,dienophile為LUMO→分析是否會進行反應
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