Le ammine possono partecipare alle reazioni E2 per formare alcheni. Tuttavia, proprio come il gruppo OH degli alcoli, l’NH2, o qualsiasi altro gruppo amminico, è una base abbastanza forte e deve essere prima convertito in un buon gruppo di partenza.
Questo si ottiene mediante metilazione dell’azoto con eccesso di ioduro di metile. Il prodotto di questa reazione è un sale di ammonio quaternario che è un buon gruppo di partenza sotto forma di ammina neutra:
L’eliminazione dell’E2 che porta a un alchene è realizzata con uno ione idrossido che si forma in situ quando il substrato è riscaldato con Ag2O:
Questa è chiamata reazione di eliminazione Hofmann. Questo dovrebbe ricordarvi le regole di eliminazione di Zaitsev e Hofmaan e ci arriveremo subito dopo aver esaminato i passi dell’eliminazione.
Quindi, fermiamoci qui per rispondere a un paio di domande importanti.
Per prima cosa, perché non usare semplicemente un idrossido invece di Ag2O e da dove viene effettivamente l’idrossido quando si aggiunge Ag2O?
L’argomento per non aggiungere direttamente un idrossido può essere il fatto che lo ioduro, essendo nella quinta fila della tavola periodica, è un grande ione e la sua carica negativa blocca l’accesso dello ione idrossido. Inoltre, lo ioduro non è una buona base e non può fare l’eliminazione dell’E2.
Ora, da dove viene l’OH e come mai quando si forma in situ è capace di fare l’E2? Ricordate che l’argento ha un’alta affinità con gli ioni alogenuri e i loro precipitati sono alcuni dei famosi che impariamo in chimica generale. Quindi, l’ossido d’argento cattura lo ioduro formando un bel precipitato e sostituendo il controione del sale d’ammonio quaternario con un idrossido.
Dopo questo, lo ione idrossido, essendo vicino agli idrogeni β può effettuare l’eliminazione E2:
Ricordo che l’eliminazione E2 favorisce l’alchene più sostituito quando si usa una base non inibita:
Questa è conosciuta come la regola di Zaitsev che si spiega con la stabilità dell’alchene più sostituito. Ora, è interessante che la regioselettività dell’eliminazione del sale di ammonio quaternario segue un percorso diverso e l’alchene meno sostituito è il prodotto principale.
Per esempio, l’eliminazione del 2-amminopentano produce l’1-pentene come prodotto principale:
Questo sembra controintuitivo ma la buona notizia è che possiamo usare sia l’argomento elettronico che quello sterico per spiegare questa regiochimica.
L’argomento elettronico
Iniziamo dall’elettronica. Quello che dobbiamo sapere prima è che il gruppo amminico del sale d’ammonio quaternario non è un eccellente gruppo di partenza. È, per esempio, un gruppo lasciante più povero del cloruro, del bromuro e dello ioduro. Così, quando l’OH attacca l’idrogeno β, il gruppo amminico non viene espulso proprio nello stesso momento in cui si forma il doppio legame, che è ciò che sappiamo del meccanismo tradizionale E2. Invece, il gruppo amminico è ancora al suo posto quando il legame C-H viene rotto e quindi la coppia solitaria risiede sul carbonio piuttosto che fare un nuovo legame π:
Ora, se confrontiamo questo processo che avviene sui carboni più sostituiti e quelli meno sostituiti, possiamo vedere la preferenza di mettere una parziale carica negativa sul carbonio meno sostituito. Ricordiamo che i carbanioni meno sostituiti sono più stabili.
Pertanto, l’idrogeno viene rimosso dal carbonio β meno sostituito per formare lo stato di transizione più stabile simile al carbanione che porta al prodotto di Hofmann.
L’argomento sterico
Per capire questa spiegazione, ricordiamo innanzitutto che l’eliminazione E2 richiede una disposizione antiperiplanare del gruppo lasciante e dell’idrogeno β:
Ora, confrontiamo le energie delle conformazioni quando gli idrogeni β dei carboni più o meno sostituiti sono allineati a 180o con il gruppo ammonio.
La geometria adatta all’eliminazione che coinvolge la posizione β più sostituita è associata a un’interazione gauche quando l’idrogeno β del carbonio più sostituito è posto di fronte al gruppo lasciante.
D’altra parte, uno qualsiasi dei protoni del gruppo metile permette di evitare l’interazione gauche sfavorevole e abbassa lo stato di transizione per la formazione dell’alchene meno sostituito:
In fine, vale la pena ricordare che questo risultato regiochimico si osserva anche nell’eliminazione dei fluoruri alchilici. Il fluoruro è un gruppo lasciante povero e favorisce il prodotto di eliminazione di Hofmann, indipendentemente dal fatto che si usi una base inibita o meno:
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