Aminy mogą uczestniczyć w reakcjach E2 tworząc alkeny. Jednak, podobnie jak grupa OH alkoholi, NH2, czy jakakolwiek inna grupa aminowa, jest dość silną zasadą i musi być najpierw przekształcona w dobrą grupę opuszczającą.
Osiąga się to przez metylowanie azotu nadmiarem jodku metylu. Produktem tej reakcji jest czwartorzędowa sól amoniowa, która jest dobrą grupą opustową w postaci obojętnej aminy:
Eliminacja E2 prowadząca do alkenu jest realizowana za pomocą jonu wodorotlenkowego, który powstaje in situ podczas ogrzewania substratu z Ag2O:
Nazywa się to reakcją eliminacji Hofmanna. To powinno Ci przypomnieć zasady eliminacji Zaitseva i Hofmaana, do czego przejdziemy zaraz po przejściu przez etapy eliminacji.
Zatrzymajmy się więc w tym miejscu, aby odpowiedzieć na kilka ważnych pytań.
Po pierwsze, dlaczego nie użyć wodorotlenku zamiast Ag2O i skąd właściwie bierze się wodorotlenek po dodaniu Ag2O?
Argumentem za tym, aby nie dodawać bezpośrednio wodorotlenku może być fakt, że jodek, znajdujący się w 5 rzędzie układu okresowego, jest dużym jonem i jego ujemny ładunek blokuje dostęp jonu wodorotlenkowego. Ponadto, jodek nie jest dobrą zasadą i nie może przeprowadzić eliminacji E2.
Teraz, skąd bierze się OH i jak to się dzieje, że gdy powstaje in situ jest w stanie przeprowadzić eliminację E2? Pamiętaj, że srebro ma wysokie powinowactwo do jonów halogenkowych, a ich precypitaty są jednymi ze znanych, których uczymy się w chemii ogólnej. Tak więc, tlenek srebra wychwytuje jodek tworząc ładny osad i zastępując przeciwjon czwartorzędowej soli amonowej wodorotlenkiem.
Po tym, jon wodorotlenkowy, znajdując się obok hydrogenów β może przeprowadzić eliminację E2:
Pamiętaj, eliminacja E2 faworyzuje bardziej podstawiony alken, gdy używana jest niehinderowana zasada:
To jest znane jako reguła Zaitseva, która jest wyjaśniona stabilnością bardziej podstawionego alkenu. Teraz interesujące jest to, że regioselektywność eliminacji czwartorzędowej soli amoniowej podąża inną drogą i mniej podstawiony alken jest głównym produktem.
Na przykład, eliminacja 2-aminopentanu wytwarza 1-penten jako główny produkt:
Wygląda to sprzecznie z intuicją, ale dobrą wiadomością jest to, że możemy użyć zarówno argumentu elektronicznego jak i sterycznego do wyjaśnienia tej regiochemii.
Targ elektroniczny
Zacznijmy od elektroniki. Co musimy wiedzieć po pierwsze jest to, że grupa aminowa czwartorzędowej soli amonowej nie jest doskonałą grupą opuszczającą. Jest to, na przykład, gorsza grupa opuszczająca niż chlorek, bromek i jodek. Tak więc, kiedy OH atakuje wodór β, grupa aminowa nie jest usuwana dokładnie w tym samym czasie, kiedy tworzy się wiązanie podwójne, co jest tym, co wiemy o tradycyjnym mechanizmie E2. Zamiast tego, grupa aminowa jest nadal na miejscu, gdy wiązanie C-H jest przerwane i dlatego samotna para pozostaje na węglu, zamiast tworzyć nowe wiązanie π:
Teraz, jeśli porównamy ten proces zachodzący na bardziej podstawionych i mniej podstawionych węglach, możemy zobaczyć preferencję umieszczania częściowego ładunku ujemnego na mniej podstawionym węglu. Pamiętajmy, że mniej podstawione karbaniony są bardziej stabilne.
Więc wodór jest usuwany z mniej podstawionego węgla β, aby utworzyć bardziej stabilny stan przejściowy podobny do karbanionu, który prowadzi do produktu Hofmanna.
Targ Steryczny
Aby zrozumieć to wyjaśnienie, należy najpierw przypomnieć, że eliminacja E2 wymaga antypiplanarnego ułożenia grupy opuszczającej i wodoru β:
Porównajmy teraz energie konformacji, gdy wodory β bardziej lub mniej podstawionych węgli są ustawione pod kątem 180o w stosunku do grupy amonowej.
Geometria odpowiednia do eliminacji z udziałem bardziej podstawionej pozycji β jest związana z oddziaływaniem gauche, gdy wodór β na bardziej podstawionym węglu jest ustawiony naprzeciwko grupy opuszczającej.
Z drugiej strony, którykolwiek z protonów grupy metylowej pozwala na uniknięcie niekorzystnego oddziaływania gauche i obniża stan przejściowy dla utworzenia mniej podstawionego alkenu:
Na koniec warto wspomnieć, że ten wynik regiochemiczny obserwuje się również w eliminacji fluorków alkilowych. Fluorek jest słabą grupą opuszczającą i faworyzuje produkt eliminacji Hofmanna niezależnie od tego, czy użyta jest zasada w postaci związanej czy nie związanej:
.