Aminer kan deltage i E2-reaktioner for at danne alkener. Men ligesom OH-gruppen i alkoholer er NH2, eller enhver anden aminogruppe, en ret stærk base og skal først omdannes til en god afgangsgruppe.
Dette opnås ved methylering af nitrogenet med et overskud af methyljodid. Produktet af denne reaktion er et kvaternært ammoniumsalt, som er en god afgangsgruppe i form af en neutral amin:
Den E2-eliminering, der fører til en alken, opnås med en hydroxidion, der dannes in situ, når substratet opvarmes med Ag2O:
Dette kaldes Hofmann-eliminationsreaktionen. Dette bør minde dig om Zaitsev- og Hofmann-eliminationsreglerne, og vi kommer til det lige efter at have gennemgået elimineringens trin.
Så, lad os stoppe her for at besvare et par vigtige spørgsmål.
For det første, hvorfor ikke bare bruge et hydroxid i stedet for Ag2O, og hvor kommer hydroxidet egentlig fra, når Ag2O tilsættes?
Argumentet for ikke at tilsætte et hydroxid direkte kan være det faktum, at jodid, der er i 5. række i det periodiske system, er en stor ion, og dens negative ladning blokerer for hydroxidionens adgang. Desuden er jodid ikke en god base og kan ikke udføre E2-eliminationen.
Nu, hvor kommer OH’en fra, og hvordan kan det være, at når den dannes in situ er i stand til at udføre E2? Husk, at sølv har en høj affinitet til halogenidioner, og deres udfældninger er nogle af de berømte vi lærer i almen kemi. Så sølvoxid fanger jodidet og danner et flot bundfald og erstatter modionen i det kvaternære ammoniumsalt med et hydroxid.
Efter dette kan hydroxidionen, der befinder sig ved siden af β-hydrogenerne, udføre E2-eliminationen:
Husk, E2-eliminationen favoriserer den mere substituerede alken, når der anvendes en ikke-hindret base:
Dette er kendt som Zaitsevs regel, som forklares ved stabiliteten af den mere substituerede alken. Nu er det interessant, at regioselektiviteten ved eliminering af kvaternære ammoniumsalte følger en anden vej, og at det mindre substituerede alken er det vigtigste produkt.
For eksempel giver eliminering af 2-aminopentan 1-penten som hovedprodukt:
Dette ser kontraintuitivt ud, men den gode nyhed er, at vi kan bruge både det elektroniske og steriske argument til at forklare denne regikokemi.
Det elektroniske argument
Lad os starte med elektronikken. Det, vi først skal vide, er, at aminogruppen i det kvaternære ammoniumsalt ikke er en fremragende afgangsgruppe. Det er f.eks. en dårligere leaving group end chlorid, bromid og jodid. Så når OH angriber β-brintet, udstødes aminogruppen ikke netop samtidig med, at dobbeltbindingen dannes, hvilket er det, vi kender til den traditionelle E2-mekanisme. I stedet er aminogruppen stadig på plads, når C-H-bindingen bliver brudt, og derfor sidder det ensomme par på kulstoffet i stedet for at lave en ny π-binding:
Nu, hvis vi sammenligner denne proces, der sker på de mere substituerede- og de mindre substituerede kulstoffer, kan vi se præferencen for at placere en delvis negativ ladning på det mindre substituerede kulstof. Husk, at mindre substituerede carbanioner er mere stabile.
Dermed fjernes hydrogenet fra det mindre substituerede β-kulstof for at danne den mere stabile carbanionlignende overgangstilstand, som fører til Hofmann-produktet.
Det steriske argument
For at forstå denne forklaring skal man først huske på, at E2-eliminering kræver en antiperiplanar placering af den afgående gruppe og β-væstoffet:
Lad os nu sammenligne energierne for konformationerne, når enten β-væstoffet på det mere eller det mindre substituerede kulstof er justeret 180o med ammoniumgruppen.
Den geometri, der er egnet til eliminering, der involverer den mere substituerede β-position, er forbundet med en gauche-interaktion, når β-væstoffet på det mere substituerede kulstof er placeret modsat af den afgående gruppe.
På den anden side giver en hvilken som helst af methylgruppens protoner mulighed for at undgå den ugunstige gauche-interaktion og sænker overgangstilstanden for dannelsen af den mindre substituerede alken:
I sidste ende er det værd at nævne, at dette regiokemiske resultat også er observeret ved eliminering af alkylfluorider. Fluoridet er en dårlig afgangsgruppe og favoriserer Hofmann-elimineringsproduktet, uanset om der anvendes en hindret eller uhindret base: