小型的環烷鹵化物的產物的立體構造（stereochemistry）常常受到環的限制。

有機化學的基礎303

Effect of Substrate Structure on the Regiochemistry of E2 Elimination in Cyclohexane Rings

1.     小型的環烷鹵化物的產物的立體構造（stereochemistry）常常受到環的限制。

2.     而且，反應會比較傾向於取代掉哪些原子（區域選擇性regiochemistry）也取決於載體分子的立體構造（立體化學），只有載體分子的氫原子與離去基是以反側共平面anti-periplanar的方式排列才可能製造出脫去反應的產物。 

3.     為了瞭解立體構造如何影響區域選擇，我們來討論「反式-2-甲基溴環己烷 trans-2-methylbromocyclohexane」的「脫溴化氫反應 dehydrobromination」，這是一個非對稱的二級鹵烷被取代掉的反應：

4.     這個脫去反應有二個可能的區域選擇產物，「1-甲基環己烯 1-methylcyclohexene」 和「3-methylcyclohexene 3-甲基環己烯」（特別留意因為環的關係這二個產物分子都必須順式異構物cis isomer；意思是，雙鍵連接的2個碳受環的拉扯不得不朝向同一側）。

5.     初始物質「溴烷」與「強鹼」反應，我們只能得到「3-甲基己烯 3-methylcyclohexene」（反應條件有利於進行E2機制）。

6.     所有小型與中型的環（由3到7個碳原子組成），氫與鹵素要達到反側共平面的排列，必須使準備移除的「氫原子」與「離去基」各自指向不同側，也就是反式的。

7.     讓我們來思考「反式-2-甲基溴環己烷 trans-2-methylbromocyclohexane」的椅子構象，這時「溴」在垂直軸的位置。

8.     檢查以C-1到C-2為軸心的紐曼投影發現，C-1到C-2之間無法進行脫去反應，因為「C－Br」鍵是與「C－CH3」鍵同處於一個平面coplanar，而不是與「C－H」鍵同一個平面，可是E2反應過渡狀態需要的是「C－Br」鍵與「C－H」同一個平面，因此，C-1與C-2之間無法進行脫去反應產生π鍵。

9.     以C-6到C-1為軸心的紐曼投影顯示，垂直軸上的「C－Br」與C6垂直軸上的「氫」共平面。這樣的空間排列屬於反側共平面，能夠進行脫去反應，可以製造出「3-甲基環己烯 3-methylcyclohexene」。

10. 接下來我們討論「溴原子」在赤道位置的情形（環己烷取代基的赤道型與軸型構象可以互相翻轉）。C1或C6上沒有任何C－H與C－Br處於同一個平面，無法進行協同反應（E2脫去反應）。E2反應需要共平面的過渡狀態，因此這個構象無法產生E2反應。

11. 載體分子結構，必須要讓預備脫去的2個「取代基」在過渡狀態中處於共平面，才能進行脫去反應，就是區域選擇化學的立體電子效應stereoelectronic control的範例。

12. 雖然「反式-2-甲基溴環己烷 trans-2-methylbromocyclohexane」軸型構象只佔平衡混合物的一小部分，但它是唯一能夠啟動脫去反應的椅子構象，因為其他的構象無法讓C－H和C－Br處於反側共平面。

n   翻譯編寫 Marye Anne Fox, James K. Whitesell《Organic Chemistry》

研究心得：

1.     E2脫去反應就是指，像鹵烷這種同時有「氫」與「離去基」的分子，受鹼刺激，同步脫去1個氫原子核與1個離去基，產生烯。

2.     我們必須特別留意像鹵烷這類載體分子的構造，因為分子本身的構造會影響E2脫去反應的結果，小型的環烷鹵化物就因為環的關係限制它的發展。

3.     「反式-2-甲基溴環己烷 trans-2-methylbromocyclohexane」，有一個溴在1號碳，「1號碳」隔壁的「2號碳」連接1個「甲基」與1個「氫原子」，因為這是「反式」，因此「甲基」在空間上的方向與「溴」相反；其餘所有的碳都連接2個「氫原子」。

4.     理論上，連接「溴」的「1號碳」兩旁連接的任何一個碳原子（2號碳和6號碳）上的「氫」脫去，都可製造出產物，也就是可以製造出2種烯產物，可是事實卻只得到1種烯產物，為什麼？這是因為「甲基」構造卡住了2號碳的「氫」脫去。

5.     我們知道「環烷」總是不斷地扭曲成各種構象，其中一種構象，溴原子位於與碳環垂直的位置，稱為軸型構象；另一種構象溴原子與碳環平行，稱為赤道構象。

6.     我們知道要順利進行E2脫去反應，必須使要脫去的氫原子與溴原子都位於同一個平面上，並且指向相反方向，一個指向上，一個指向下，稱為反式共平面。

7.     在軸型構象，我們設定「溴原子」指向上，隔壁的「甲基」指向下，這樣一來連接「甲基」的碳所屬的那1個「氫原子」就沒機會指向下，「甲基」卡住了「氫原子」，造成「1號碳」的「氫」沒有辦法進行E2脫去反應，這就是分子的立體構造影響脫去反應。

8.     相反地，「溴」另一側的「6號碳」所連接的2個「氫」就比較自由，沒有任何東西卡住，很容易擺動到脫去的位置，「溴」朝上、「氫」朝下，很容易受鹼的刺激而進行脫去反應。

9.     如果是赤道型構象，則是怎麼擺都不對，因為「溴原子」與「環」平行（溴與椅子構象的座椅部分平行），相鄰的2個「碳原子」所連接的「氫」，除非完全黏在「碳環」的座椅骨架上，否則永遠無法擺動到與「溴原子」相反的方向，這種構造上的限制，造成「反式-2-甲基溴環己烷」的椅子構象永遠不可能進行脫去反應。