1. 제거반응(elimination)
- 알킬 할로겐화물의 제거반응은 서로 이웃한 탄소에서 할로겐과 수소가 제거되고 탄소-탄소 이중결합이 형성된다.
(1) 치환반응에서는 친핵체가 할로겐 X를 치환한다.
(2) 제거반응에서는 친핵체가 염기로 작용하여 할로겐 X가 연결된 탄소와 이웃하고 있는 2번 탄소로부터 양성자를 떼어낸다. 할로겐과 이웃 탄소 원자에 있는 수소가 떨어져서 새로운 결합이 1번과 2번 탄소 사이에 형성된다.
(3) 치환과 제거 반응은 동시에 일어난다.
2. E2메커니즘
- E2 메커니즘은 HX와 C=C 결합의 형성이 동시에 일어나는 과정이다.
(1) 염기로 작용하는 친핵체는 이탈기를 가진 탄소와 이웃한 탄소에서 수소를 떼어낸다.
(2) 동시에 이탈기가 떨어져 나가면서 이중결합이 형성된다.
(3) H-C-C-L은 같은 평면에 위치하는데 H와 L은 반대쪽 즉 anti 위치에 배열괴어 있다.
(4) C-H와 C-L 결합이 끊어지면서 새로운 파이결합을 형성하려면 이런 배열이 필요하다.
3. E1 메커니즘
(1) 두 단계에서 전체 속도를 결정하는 기질의 이온화가 느리게 진행되어 탄소 양이온이 형성된다.
(2) 탄소 양이온이 생성된 이후에는 두 반응이 가능하다.
-> 탄소 양이온은 친핵체와 결합한다. (SN1 과정)
-> 양이온을 띤 탄소와 이웃한 탄소 원자로부터 양성자가 떨어져 나가 알텐을 형성한다.(E1 과정)
4. 치환반응과 제거반응의 경쟁
(1) 3차 할로겐화물: 치환반응 = SN1 메커니즘, 제거반응 = E1 or E2 메커니즘
* 약한 친핵체와 극성 용매에서 SN1과 E1 메커니즘은 서로 경쟁한다.
* 염기로 작용할 수 있는 강한 친핵체와 약한 극성 용매에서 주로 E2 제거 반응이 일어나 생성물로 알켄을 얻는다.
* 3차 탄소에 SN2 공격을 하기에는 너무 입체장애가 크기 때문에 이러한 조건에서 치환반응은 제거반응과 경쟁할 수 없다.
(2) 1차 할로겐화물: 치환반응 = SN2 메커니즘, 제거반응: E2 메커니즘
* SN1 혹은 E1 메커니즘의 첫 단계에 해당하는 탄소 양이온으로 이온화되는 과정이 일어나지 않는다.
* 일반적으로 1차 알킬 할로겐화물은 대부분의 친핵체와 반응하여 주로 치환생성물(SN2)를 형성한다.
* 매우 크고 강한 염기성 친핵체와 반응할 때만 E2 과정이 일어날 수 있다.
(3) 2차 할로겐화물: 치환반응 = SN1 or SN2, 제거 반응 = E1 or E2
*일반적으로 그다지 강한 염기가 아닌 좋은 친핵체(SN2)나 극성 용매와 같은 약한 친핵체(SN1)와 반응할 때에는 치환반응이 더 잘 일어나고, 제거반응은 강한 염기와 반응할 때(E2)가 더 잘 일어난다.