取代與消除的競爭

把同一個鹵代烷交給同一種試劑,你可能得到取代產物、消除產物,或者一團混合物——因為有四個反應都在盯著這同一個分子:SN1、SN2、E1、E2。一種能充當親核試劑的試劑會進攻碳、發生取代;而同一種試劑充當鹼時,則奪取一個β質子、發生消除。哪條路佔主導,是有機化學入門最核心的預測問題之一。

有三個輸入決定這場較量。底物:甲基和伯鹵代物造不出碳正離子,所以避開 E1 和 SN1,傾向 SN2(只有在用很大的鹼時才走 E2);叔鹵代物做不了 SN2(太擁擠),所以走 SN1、E1 或 E2;仲鹵代物幾乎什麼都能做,因而最棘手。試劑:強而大的鹼偏 E2;強而小的親核試劑/鹼可做 SN2 或 E2;鹼性弱的好親核試劑偏 SN2;在離子化溶劑中既弱親核又弱鹼的試劑給 SN1/E1。條件:加熱偏向消除(分子數增多、過渡態熵更高),極性質子溶劑偏向碳正離子路線(SN1/E1),極性非質子溶劑偏向 SN2。

與其去背一張大表,不如推理。先給底物分類(伯/仲/叔)。再問試劑是強鹼(推向消除)、是鹼性弱的好親核試劑(推向取代),還是兩者都弱(推向單分子的碳正離子路線)。然後讓溫度和溶劑做微調。把這套分診練得熟練,正是實踐中「預測一個消除」的真正含義——也是為什麼這四個反應總是放在一起教。