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[科普中国]-札依采夫规则

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札伊采夫(Zaitsev,也译作查依采夫等)规则1875年由A.M.扎伊采夫提出。在醇脱水或卤代烷脱卤化氢中,如分子中含有不同的β—H时,则在生成的产物中双键主要位于烷基取代基较多的位置,即含H较少β碳提供氢原子,生成取代较多的稳定烯烃。

扎伊采夫规则的定义2-丁醇脱水时,主要产物是2-丁烯,1-丁烯是次要的:1-丁烯取代基与C=C双键的超共轭效应使前者较为稳定。亦可描述成:在β-消去反应中主要产物为双键上烷基取代基最多的烯烃(或最稳定的烯烃)。还是要特别强调,这并不是一个绝对的规则,只是相对来说“更容易”向规律描述的“方向”反应,规律描述生成的有机物在总体上占绝大多数而已。1

影响因素通常,单分子消除反应(E1反应)服从扎伊采夫规则。在双分子消除反应(E2反应)中,当碱的强度和体积增大时,反扎伊采夫规则(anti-Zaitsev rule)(Hoffman规则)的产物逐渐增加。在双分子消除反应中,碱的体积和强度增大后,空间位阻较大的β-H不易受到进攻,而空间位阻小、酸性强的β-H更易反应。[1]

以下几个因素会影响这一规则的适用性:

离去基团有时单分子消除反应出现紧密离子对中间体,离去基团在消除时,离碳正离子仍很近(几埃),对碳正离子有很大影响。随着离去基团X的碱性的增大,所生成的终端烯烃的比例逐步增加,成为主要产物,这时扎伊采夫规则就变得越来越不适用。随着离去基团X的碱性的增大,所生成的终端烯烃的比例逐步增加,成为主要产物,这时扎伊采夫规则就变得越来越不适用。

强吸电子取代基扎伊采夫规则与霍夫曼规则定义相反,在双分子消除反应中,两规则仅适用于各自的应用范围。在多数情况下,若离去基团不带电荷,则消除方向服从扎伊采夫规则;反之,若离去基团是带有电荷(如为烃基)的非环化合物,则消除方向服从霍夫曼规则。一般来说,扎伊采夫规则可导致热力学上较稳定的产物。2

相关知识马氏规则

又称马尔科夫尼科规则,是一个基于扎伊采夫规则的区域选择性经验规则,是由俄国化学家马尔夫尼科夫在1870年提出的。其内容即:当发生亲电加成反应(如卤化氢和烯烃的反应)时,亲电试剂中的正电基团(如氢)总是加在连氢最多(取代最少)的碳原子上,而负电基团(如卤素)则会加在连氢最少(取代最多)的碳原子上。马氏规则的原因是亲电加成反应中生成了较为稳定的碳正离子。加上一个H+的碳原子会使其他碳原子上引入一个正电荷,形成一个碳正离子。由于诱导效应和超共轭效应,取代基(碳上连接的碳或给电子基团)越多的碳正离子越稳定。而加成反应的主要产物会由一个更加稳定的中间体产生。所以烯烃加溴化氢时,溴化氢中的氢总是加在连氢最多的碳上,而卤素基团加在连氢最少的碳上。然而,其它比较不稳定的碳正离子仍然存在,通过它们生成的产物是不符合马氏规则的,通常是反应的副产物。这个规则可以概括为“氢多加氢”或“富者愈富,而穷者愈穷”:连氢多的碳会得到另外的氢,而连氢少的碳会得到另外的取代基。对于其他不对称亲电试剂也是如此。正电基团加到取代少的碳上,负电基团加到取代多的碳上。

通俗的说,两种规律的差异可以概括为,马氏规则:越多越加;扎依采夫规则:越少越脱;但是这两种规则都不是绝对的,应该根据实际分子的情况综合考虑。1

本词条内容贡献者为:

李廉 - 副教授 - 中国矿业大学