Элиминирование по Гофману

Элиминирование по Гофману — реакция разложения гидроксидов четвертичных аммониевых солей, в алкильных заместителях которых присутствует атом водорода в β-положении к аммонийному азоту, с образованием алкенов, третичных аминов и воды.

Реакция была открыта Августом Гофманом, который использовал исчерпывающее метилирование с дальнейшим разложением гидроксидов их четвертичных аммониевых солей как метод исследования их структуры.

Механизм реакции

Реакция протекает по механизму бимолекулярного элиминирования E2 и является региоселективной: на первой стадии реакции протон отщепляется от наименее замещенного и, в силу этого, стерически наиболее доступного β-углеродного атома, после чего происходит отщепление амина, т.е. элиминирование идет таким образом, что образуется наименее замещенный алкен (правило Гофмана):

Стерические факторы также контролируют стереохимию отщепления амина, определяя соотношение конкурирующих процессов син- и анти-элиминирования в различных конформациях аммониевых солей, при этом цис-алкены образуются преимущественно в результате анти-элиминирования (конформация справа), а транс-алкены - при син-элиминировании (конформация в центре):

Применимость и модификации

В классическом гофмановском варианте производят исчерпывающие метилирование амина йодистым метилом, после чего переводят йодид тетраалкиламмония в гидроксид обработкой оксидом серебра в водном или водно-спиртовом растворе, после чего разложение гидроксида тетраалкиламмония проводят упариванием его раствора до 100—150 °С. Упаривание зачастую проводят при пониженном давлении, отгоняя образующийся алкен:

При проведении разложения в смеси диметилсульфоксида и тетрагидрофурана температуру реакции можно снизить до комнатной.

В реакцию вступают и четвертичные аммониевые соли с гетерозаместителями в β-положении к аммонийной группе; так, например, элиминирование по Гофману четвертичных солей простых эфиров этаноламина используется в качестве препаративного метода синтеза виниловых эфиров:

$\mathsf{[}𝖯𝗁𝖢{𝖧}_{\mathrm{𝟤}}𝖮𝖢{𝖧}_{\mathrm{𝟤}}𝖢{𝖧}_{\mathrm{𝟤}}{𝖭}^{\mathsf{+}}𝖬{𝖾}_{\mathrm{𝟥}}\mathsf{]}𝖮{𝖧}^{\mathsf{-}}\mathsf{\to }𝖯𝗁𝖢{𝖧}_{\mathrm{𝟤}}𝖮𝖢𝖧\text{=}𝖢{𝖧}_{\mathrm{𝟤}}\mathsf{+}𝖬{𝖾}_{\mathrm{𝟥}}𝖭\mathsf{+}{𝖧}_{\mathrm{𝟤}}𝖮$

Электронакцепторные заместители при β-углеродном атоме, повышающие его CH-кислотность, облегчают отщепление амина и образование алкена, в случае замещенных аллиламмониевых солей (двойная связь в β,γ-положении алкильной цепи), происходит депротонирование по δ-положению со сдвигом двойной связи и образованием 1,3-диенов:

$\mathsf{[}𝖱𝖢{𝖧}_{\mathrm{𝟤}}𝖢𝖧\text{=}𝖢𝖧\text{-}𝖢𝖧𝖱\text{-}{𝖭}^{\mathsf{+}}\mathsf{(}𝖢{𝖧}_{\mathrm{𝟥}}{\mathsf{)}}_{\mathrm{𝟥}}\mathsf{]}𝖮{𝖧}^{\mathsf{-}}\mathsf{\to }𝖱𝖢𝖧\text{=}𝖢𝖧\text{-}𝖢𝖧\text{=}𝖢𝖧𝖱\mathsf{+}\mathsf{(}𝖢{𝖧}_{\mathrm{𝟥}}{\mathsf{)}}_{\mathrm{𝟥}}𝖭\mathsf{+}{𝖧}_{\mathrm{𝟤}}𝖮$

Расщепление, аналогичное гофмановскому, претерпевают и алкилсульфониевые соли, реакция идет также идет по механизму E2, и, как и в случае аммониевых солей, образование алкенов подчиняется правилу Гофмана:

${𝖱}_{\mathrm{𝟤}}{𝖲}^{\mathsf{+}}𝖢{𝖧}_{\mathrm{𝟤}}𝖢𝖧{𝖱}_{\mathrm{𝟤}}\mathsf{+}𝖱{𝖮}^{\mathsf{-}}\mathsf{\to }{𝖧}_{\mathrm{𝟤}}𝖢\text{=}𝖢{𝖱}_{\mathrm{𝟤}}\mathsf{+}{𝖱}_{\mathrm{𝟤}}𝖲\mathsf{+}𝖱𝖮𝖧$

См. также

• Элиминирование по Коупу
• Расщепление по Эмде