Aminele pot participa la reacțiile E2 pentru a forma alchene. Cu toate acestea, la fel ca și gruparea OH a alcoolilor, NH2, sau orice altă grupare amino, este o bază destul de puternică și trebuie mai întâi transformată într-o grupare de plecare bună.
Acest lucru se realizează prin metilarea azotului cu un exces de iodură de metil. Produsul acestei reacții este o sare de amoniu cuaternar care este o bună grupare de plecare sub forma unei amine neutre:
Eliminarea E2 care duce la o alcană se realizează cu un ion hidroxid care se formează in situ când substratul este încălzit cu Ag2O:
Aceasta se numește reacția de eliminare Hofmann. Acest lucru ar trebui să vă reamintească regulile de eliminare Zaitsev și Hofmaan și vom ajunge la aceasta imediat după ce vom trece în revistă etapele eliminării.
Acum, să ne oprim aici pentru a răspunde la câteva întrebări importante.
În primul rând, de ce nu se folosește pur și simplu un hidroxid în loc de Ag2O și de unde provine de fapt hidroxidul atunci când se adaugă Ag2O?
Argumentul pentru a nu adăuga direct un hidroxid poate fi faptul că iodura, fiind în rândul 5 din tabelul periodic, este un ion mare și sarcina sa negativă blochează accesul ionului hidroxid. De asemenea, iodura nu este o bază bună și nu poate efectua eliminarea E2.
Acum, de unde vine OH-ul și cum se face că atunci când se formează in situ este capabil să facă E2? Amintiți-vă că argintul are o mare afinitate pentru ionii de halogenură și că precipitatele lor sunt unele dintre cele mai celebre pe care le învățăm în chimia generală. Așadar, oxidul de argint captează iodura formând un precipitat frumos și înlocuind contraionul sării de amoniu cuaternar cu un hidroxid.
După aceasta, ionul de hidroxid, fiind lângă hidrogenii β, poate efectua eliminarea E2:
Amintiți-vă că eliminarea E2 favorizează alchena mai substituită atunci când se folosește o bază neîndestulătoare:
Aceasta este cunoscută sub numele de regula lui Zaitsev care se explică prin stabilitatea alchenei mai substituite. Acum, este interesant faptul că regioselectivitatea eliminării sării de amoniu cuaternar urmează o cale diferită și că alchena mai puțin substituită este produsul majoritar.
De exemplu, eliminarea 2-aminopentanului produce 1-pentena ca produs majoritar:
Acest lucru pare contraintuitiv, dar vestea bună este că putem folosi atât argumentul electronic cât și cel steric pentru a explica această regiochimie.
Argumentul electronic
Să începem cu electronica. Ceea ce trebuie să știm mai întâi este că gruparea amino a sării de amoniu cuaternar nu este o grupare de plecare excelentă. Este, de exemplu, o grupare de plecare mai slabă decât clorura, bromura și iodura. Astfel, atunci când OH atacă hidrogenul β, grupul amino nu este expulzat exact în același timp cu formarea dublei legături, ceea ce este ceea ce știm despre mecanismul tradițional E2. În schimb, gruparea amino este încă pe loc atunci când se rupe legătura C-H și, prin urmare, perechea singuratică rezidă pe carbon, mai degrabă decât să facă o nouă legătură π:
Acum, dacă comparăm acest proces care are loc pe carbonații mai substituiți și pe cei mai puțin substituiți, putem vedea preferința de a plasa o sarcină negativă parțială pe carbonul mai puțin substituit. Amintiți-vă, carbanionii mai puțin substituiți sunt mai stabili.
În consecință, hidrogenul este îndepărtat de pe carbonul β mai puțin substituit pentru a forma starea de tranziție mai stabilă asemănătoare carbanionului care duce la produsul Hofmann.
Argumentul steric
Pentru a înțelege această explicație, mai întâi, reamintim că eliminarea E2 necesită un aranjament antiperiplanar al grupului de plecare și al hidrogenului β:
Acum, să comparăm energiile conformațiilor atunci când fie hidrogenii β ai carbonilor mai mult sau mai puțin substituiți sunt aliniați la 180o cu grupul amoniu.
Geometria potrivită pentru eliminarea care implică poziția β mai substituită este asociată cu o interacțiune de stânga atunci când hidrogenul β de pe carbonul mai substituit este plasat opus față de grupul de plecare.
Pe de altă parte, oricare dintre protonii grupei metil permite evitarea interacțiunii gauche nefavorabile și scade starea de tranziție pentru formarea alchenei mai puțin substituite:
În final, merită menționat că acest rezultat regiochimic se observă și în cazul eliminării fluorurilor de alchil. Fluorura este o grupare de plecare slabă și favorizează produsul de eliminare Hofmann indiferent dacă se folosește o bază împiedicată sau neîmpiedicată:
.