E1 reaction

 Alkyl halide에 약염기를 넣으면 이중 결합이 있는 Alkene이 얻어진다. 

이러한 반응을 dehydrohalogenation할로젠화수소이탈 반응이라고 한다. 이 반응은 HX 원소를 제거해 π 결합을 도입시켜 alkene을 만드는 가장 흔한 방법 가운데 하나이다. Dehydrohalogenation은 두 개의 인접한 원자에서 원소가 떨어지기 때문에 β elimination β 제거 반응이라고 한다. 할로젠 원소 X가 붙은 탄소를 α 탄소라 하고, α 탄소에 바로 붙은 이웃 탄소를 β 탄소라고 한다.

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 E1 Mechamism

 Nucleophilic substitution reaction에서 S_N1 반응과 S_N2 반응이 있듯이 Elimination 반응에도 E2 반응과 E1 반응이 있다. E2 반응은 S_N2 반응과 비슷하고 E1 반응은 S_N1 반응과 비슷하다. E1 반응의 메커니즘을 살펴보자. 아래의 반응은 t-butyl iodide((CH₃)₃CI)가 물과 반응하여 1,1-dimethylethene((CH₃)C=CH₂)을 만드는 반응이다.

 반응속도론Kinetics

E1 반응은 아래의 식처럼 1차 반응 속도식을 나타낸다. S_N1 반응처럼 한 단계 이상의 반응이며 속도 결정 단계RDS인 느린 단계에서 Alkyl halide만 관여하는 일분자 반응이다.

속도 = k[(CH₃)₃CI]

 메커니즘Mechanism

 이러한 1차 반응 속도식에 대한 가장 적절한 설명은 두 단계 반응이다. 아래의 메커니즘처럼 반응은 두 단계로 진행된다.

 ● C-I 결합이 불균형 분해되어 중간체인 탄소양이온Carbocation이 생성된다. 이 반응은 S_N1 반응의 첫 단계와 똑같다. 이 단계가 가장 느리기에 속도 결정 단계RDS가 된다.

● 염기 H₂O 또는 I^-가 β 탄소에 있는 양성자를 떼어낸다. C-H 결합에 있던 전자 쌍은 α탄소와 β탄소 사이에 π결합을 형성한다.




 E1 반응을 결정하는 것은 반응에 관여하는 할로젠화 알킬Alkyl halide, 염기Base, 용매Solvent 이다. 

 할로젠화 알킬Alkyl halide
R기가 얼마나 붙어있느냐에 따라 E1의 반응속도가 달라지는데, R기가 많을 수록 E1 반응 속도는 증가한다.

반응속도가 느림                                         반응속도가 빠름 

RCH₂-X  R₂CH-X  R₃C-X
↓           ↓          ↓
RC⁺H₂    R₂C⁺H      RC⁺
                                                            Carbocation 안정

S_N1 반응처럼 R기가 많은 Alkyl halide는 더욱 안정한 carbocation을 생성하고, Hammond 가설에서 안정한 만큼 활성화 에너지가 낮아져 E1 반응 속도가 빨라지게 된다.
 
 염기Base
반응속도식에는 염기에 관한 항이 없다. E2 반응과 경쟁을 하는 E1 반응은 ^-OH나 ^-OR처럼 강한 염기보다는 H₂O나 ROH와 같이 약한 염기가 선호한다.

 용매Solvent
E1 반응은 반응 중간체로 탄소양이온으로 이온이 생성된다. 이 이온을 용매화 할 수 있는 극성 양성자성 용매Polar protic solvent가 필요하다. 따라서 극성 양성자성 용매인 물이나 알코올은 용매이자 반응물로써 사용이 되기도 한다.


 Zaitsev rule(Saytzeff Rule)은 E1 반응에서도 적용이 된다. 더 많이 치환된 이중 결합을 가지는 것이 주 생성물로 얻어진다.