Les amines peuvent participer aux réactions E2 pour former des alcènes. Cependant, tout comme le groupe OH des alcools, le NH2, ou tout autre groupe amino, est une base assez forte et doit d’abord être converti en un bon groupe partant.
Ceci est réalisé par méthylation de l’azote avec un excès d’iodure de méthyle. Le produit de cette réaction est un sel d’ammonium quaternaire qui est un bon groupe partant sous la forme d’une amine neutre:
L’élimination de E2 conduisant à un alcène est accomplie avec un ion hydroxyde qui est formé in situ lorsque le substrat est chauffé avec Ag2O:
C’est ce qu’on appelle la réaction d’élimination de Hofmann. Cela devrait vous rappeler les règles d’élimination de Zaitsev et de Hofmaan et nous y viendrons juste après avoir parcouru les étapes de l’élimination.
Alors, arrêtons-nous ici pour répondre à quelques questions importantes.
Premièrement, pourquoi ne pas simplement utiliser un hydroxyde au lieu de Ag2O et d’où vient réellement l’hydroxyde lorsque Ag2O est ajouté ?
L’argument pour ne pas ajouter un hydroxyde directement peut être le fait que l’iodure, étant dans la 5e ligne du tableau périodique, est un grand ion et sa charge négative bloque l’accès de l’ion hydroxyde. De plus, l’iodure n’est pas une bonne base et ne peut pas effectuer l’élimination E2.
Maintenant, d’où vient l’OH et comment se fait-il que lorsqu’il est formé in situ est capable d’effectuer l’E2 ? Rappelez-vous, que l’argent a une grande affinité avec les ions halogénures et leurs précipités sont parmi les fameux que nous apprenons en chimie générale. Donc, l’oxyde d’argent capture l’iodure en formant un joli précipité et en remplaçant le contre-ion du sel d’ammonium quaternaire par un hydroxyde.
Après cela, l’ion hydroxyde, étant à côté des hydrogènes β peut effectuer l’élimination E2:
Rappellez-vous, l’élimination E2 favorise l’alcène le plus substitué quand une base non encombrée est utilisée:
C’est connu comme la règle de Zaitsev qui s’explique par la stabilité de l’alcène le plus substitué. Maintenant, il est intéressant que la régiosélectivité de l’élimination du sel d’ammonium quaternaire suive un chemin différent et que l’alcène le moins substitué soit le produit principal.
Par exemple, l’élimination du 2-aminopentane donne le 1-pentène comme produit majeur:
Cela semble contre-intuitif mais la bonne nouvelle est que nous pouvons utiliser à la fois l’argument électronique et stérique pour expliquer cette régiochimie.
L’argument électronique
Commençons par l’électronique. Ce qu’il faut savoir d’abord, c’est que le groupe amino du sel d’ammonium quaternaire n’est pas un excellent groupe partant. C’est, par exemple, un moins bon groupe partant que le chlorure, le bromure et l’iodure. Ainsi, lorsque le OH attaque l’hydrogène β, le groupe amino n’est pas expulsé précisément en même temps que la double liaison se forme, ce qui est ce que nous savons du mécanisme E2 traditionnel. Au lieu de cela, le groupe amino est toujours en place lorsque la liaison C-H est rompue et, par conséquent, la paire solitaire réside sur le carbone plutôt que de faire une nouvelle liaison π :
Maintenant, si nous comparons ce processus se produisant sur les carbones plus substitués- et les carbones moins substitués, nous pouvons voir la préférence de placer une charge négative partielle sur le carbone moins substitué. Rappelez-vous, les carbanions moins substitués sont plus stables.
Par conséquent, l’hydrogène est retiré du carbone β moins substitué afin de former l’état de transition de type carbanion plus stable qui conduit au produit Hofmann.
L’argument stérique
Pour comprendre cette explication, il faut d’abord se rappeler que l’élimination E2 nécessite un arrangement antiperiplanaire du groupe partant et de l’hydrogène β :
Maintenant, comparons les énergies des conformations lorsque soit les hydrogènes β des carbones plus ou moins substitués sont alignés à 180o avec le groupe ammonium.
La géométrie adaptée à l’élimination impliquant la position β plus substituée est associée à une interaction gauche lorsque l’hydrogène β du carbone plus substitué est placé à l’opposé du groupe partant.
En revanche, l’un des protons du groupe méthyle permet d’éviter l’interaction de gauche défavorable et abaisse l’état de transition pour la formation de l’alcène moins substitué :
En définitive, il convient de mentionner que ce résultat régiochimique est également observé dans l’élimination des fluorures d’alkyle. Le fluorure est un mauvais groupe partant et favorise le produit d’élimination de Hofmann indépendamment du fait qu’une base encombrée ou non soit utilisée :
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