Aminas podem participar nas reações de E2 para formar alcenos. Contudo, tal como o grupo OH dos álcoois, o NH2, ou qualquer outro grupo de aminoácidos, é uma base bastante forte e precisa de ser primeiro convertido num bom grupo de saída.
Isto é conseguido pela metilação do nitrogénio com excesso de iodeto de metilo. O produto desta reacção é um sal de amónio quaternário que é um bom grupo de saída na forma de uma amina neutra:
A eliminação do E2 conducente a um alqueno é realizada com um ião hidróxido que se forma in situ quando o substrato é aquecido com Ag2O:
Esta é a chamada reacção de eliminação de Hofmann. Isto deve lembrar as regras de eliminação de Zaitsev e Hofmaan e vamos chegar a isso logo após rever os passos da eliminação.
Então, vamos parar aqui para responder a algumas perguntas importantes.
Primeiro, porque não usar apenas um hidróxido em vez de Ag2O e de onde vem realmente o hidróxido quando Ag2O é adicionado?
O argumento para não adicionar um hidróxido directamente pode ser o facto de o iodeto, estando na 5ª fila da tabela periódica, ser um ião grande e a sua carga negativa bloquear o acesso do ião do hidróxido. Além disso, o iodeto não é uma boa base e não pode realizar a eliminação do E2.
Agora, de onde vem o OH e como é que quando formado in situ é capaz de fazer o E2? Lembre-se que a prata tem uma alta afinidade com os íons haleto e seus precipitados são alguns dos famosos que aprendemos em química geral. Então, o óxido de prata captura o iodeto formando um belo precipitado e substituindo o counterion do sal de amônio quaternário por um hidróxido.
Após isso, o íon hidróxido, estando ao lado do hidróxido β pode realizar a eliminação do E2:
Lembrar, a eliminação do E2 favorece o alqueno mais substituído quando se utiliza uma base não impedida:
Esta é conhecida como a regra de Zaitsev que se explica pela estabilidade do alqueno mais substituído. Agora, é interessante que a regioselectividade da eliminação do sal de amónio quaternário segue um caminho diferente e o alqueno menos substituído é o produto principal.
Por exemplo, a eliminação do 2-aminopentano produz 1-penteno como produto principal:
Esta parece contra-intuitiva mas a boa notícia é que podemos usar tanto o argumento eletrônico como o esterico para explicar esta regioquímica.
O Argumento Eletrônico
Comecemos pela eletrônica. O que precisamos saber primeiro é que o aminogrupo do sal de amónio quaternário não é um excelente grupo de saída. É, por exemplo, um grupo de saída mais pobre que o cloreto, brometo e iodeto. Assim, quando o OH ataca o hidrogênio β, o grupo amino não é expelido precisamente ao mesmo tempo em que se forma a dupla ligação que é o que sabemos sobre o mecanismo tradicional do E2. Em vez disso, o grupo de aminoácidos ainda está no lugar quando a ligação C-H está sendo quebrada e, portanto, o par único reside no carbono em vez de fazer uma nova ligação π:
Agora, se compararmos este processo acontecendo nos carbonos mais substitutos- e menos substituídos, podemos ver a preferência de colocar uma carga parcialmente negativa sobre o carbono menos substituído. Lembre-se, menos carboidratos substituídos são mais estáveis.
Por isso, o hidrogênio é removido do carbono menos substituído β para formar o estado de transição mais estável do tipo carboidrato que leva ao produto Hofmann.
O Argumento Estéreo
Para entender esta explicação, primeiro, lembre-se que a eliminação do E2 requer um arranjo antiperiplanar do grupo de saída e β hidrogênio:
Agora, vamos comparar as energias das conformações quando os hidrogênios β dos carvões mais ou menos substituídos estiverem alinhados a 180o com o grupo do amônio.
A geometria adequada para a eliminação envolvendo a posição mais substituída do β está associada a uma interação gauche quando o hidrogênio do β sobre o carbono mais substituído é colocado em oposição ao grupo de saída.
Por outro lado, qualquer um dos prótons do grupo metilo permite evitar a interação desfavorável do gaúcho e diminui o estado de transição para a formação do alqueno menos substituído:
No final, vale mencionar que este resultado regioquímico também é observado na eliminação dos fluoretos alquílicos. O flúor é um grupo de saída pobre e favorece o produto de eliminação de Hofmann, independentemente de se utilizar uma base com ou sem impedimentos: