حذف نمک های آلکیلامونیوم هافمن: مثال ها و مکانیسم

• این حذف هافمن یک واکنش حذف نمک های آلکیلامونیوم است که پیوندهای دوگانه CC را تشکیل می دهد [pi bonds]. [Note 1] از طریق هماهنگی پیش می رود E2 سازوکار.
• برخلاف اکثر واکنش‌های حذفی که آلکن‌ها را می‌سازند، که از قانون زایتسف (Satzeff) پیروی می‌کنند، حذف هوفمن تمایل دارد تا کمتر جایگزین شده است آلکن.
• در این پست به تفاوت بین حذف هافمن و حذف زایتسف می پردازیم و ویژگی های کلیدی در مکانیسم تخریب هافمن را توضیح می دهیم که منجر به ترجیح آن برای آلکن “کمتر جایگزین” می شود.

فهرست مطالب

1. بررسی سریع: قانون زایتسف
2. هنگامی که مانع استریک کافی وجود داشته باشد، محصولات “غیر زایتسف” می توانند غالب شوند
3. “تخریب هوفمن”
4. حذف Hofmann دارای یک گروه ترک بسیار حجیم است و این منجر به محصولات حذف “غیر زایتسف” می شود.
5. خلاصه: حذف هافمن
6. یادداشت
7. (پیشرفته) مراجع و مطالعه بیشتر

---

1. بررسی سریع: قانون زایتسف

واکنش‌های حذف مرسوم که از طریق مکانیسم E2 رخ می‌دهند از قانون زایتسف پیروی می‌کنند. محصول اصلی خواهد بود جایگزین تر آلکن (یعنی آلکن با بیشترین کربن به طور مستقیم به آلکن متصل شده است).

به عنوان مثال در مثال اول زیر، آلکن “سه جایگزین” بر آلکن “تک جایگزین” ترجیح داده می شود.

چرا؟ پایداری ترمودینامیکی آلکن ها به ترتیب افزایش می یابد

تک جانشين شده < جايگزين شده < سه جايگزين < تترا جايگزين. (برای اطلاعات بیشتر، به پست در Alkene Stability مراجعه کنید)

تفاوت انرژی بسیار کوچک است – حدود 2 کیلو کالری در مول، اما این برای ارائه نسبت 80:20 محصولات کافی است! [How do we know this? It can be obtained by plugging 2 kcal/mol into the equation ln K = –ΔG/RT]

2. محصولات “غیر زایتسف” می توانند زمانی که مانع استریک کافی وجود داشته باشد غالب شوند

گاهی اوقات محصولات “غیر زایتسف” را می توان از طریق استفاده از یک پایه حجیم برای واکنش حذف به دست آورد. یک مثال کلاسیک استفاده از سدیم یا پتاسیم است تی-بوتوکسید (KOتی-بو)؛ دیگری استفاده از لیتیوم دی ایزوپروپیل آمید (LDA) است. ایده در اینجا این است که پایه حجیم با سرعت بیشتری واکنش نشان می دهد کمترین پروتون با مانع فضایی روی یک بتا کربن، که منجر به تشکیل کمترین آلکن جایگزین می شود. [for more, see: Bulky Bases In Elimination Reactions].

گاهی اوقات ممکن است ببینید که این محصولات “غیر زایتسف” به عنوان “محصولات هوفمن” نامیده می شوند. چرا؟

بازگشت به آمین ها

3. “تخریب هافمن”

در سال 1851، تکنیک های زیادی برای تجزیه و تحلیل مولکول های پیچیده در دسترس نبود. یکی از روش‌های تعیین ساختار یک ترکیب ناشناخته، شکستن آن به قطعات ساده‌تر و جستجوی سرنخ‌ها در قطعات بود، فرآیندی به نام تنزل. آگوست ویلهلم فون هافمن یک روش تجزیه دو مرحله ای برای آمین ها را توسعه داد که بعدها نام او را به خود اختصاص داد.

اولین قدم این است که یک آمین را با مقدار زیادی متیل یدید درمان کنید [CH₃I]، که منجر به نمک آمونیوم می شود [we saw this reaction, “exhaustive methylation”,  in a previous post].

مرحله دوم تقطیر نمک آمونیوم تحت فشار کم در حضور یک پایه قوی است. اکسید نقره (Ag₂O) اغلب استفاده می شود.

ممکن است بلافاصله شبیه آن نباشد، اما آمین های سوم (:NR₃ ) بازهای نسبتا ضعیفی هستند (pK_آH = 10) و بنابراین گروه های ترک شایسته. [recall that good leaving groups = weak bases]

حرارت دادن با پایه قوی منجر به یک واکنش حذفی می شود: NR₃ از بین می رود و یک آلکن جدید تشکیل می شود.

مشاهده جالب اینجاست که محصول آلکن حاصل از این فرآیند کمترین جایگزین آلکن (“محصول هوفمن”) است نه محصول زایتسف.

چه خبر است؟

4. حذف Hofmann دارای یک گروه ترک بسیار حجیم است، و این منجر به محصولات حذف “غیر زایتسف” می شود.

این نیست که چیزی در مورد آلکن محصول وجود دارد که آن را نسبت به محصول Zaitsev پایدارتر می کند (این نیست).

پاسخ در نهفته است انرژی های نسبی حالت های گذار منجر به دو محصول می شود.

ممکن است نگاه مجدد به مکانیسم واکنش کمک کند. به یاد بیاورید که مکانیسم E2 نیاز به یک آرایش ضدپیری (180 درجه) دارد CH و سی ال جی اوراق قرضه.

این واقعاً به تجسم این موضوع با ترسیم پیش بینی های نیومن کمک می کند. وقتی این کار را انجام می دهیم، متوجه چه چیزی می شوید؟

برای اکثر واکنش های حذفی، مانع فضایی گروه ترک عاملی نیست که باید در نظر بگیریم.. اگرچه گروه‌های ترک مانند I و Br دارای شعاع Van Derwaals بزرگی هستند، پیوند آنها با کربن طولانی است و به عنوان اتم‌های منفرد، با گروه‌های مجاور تداخلی ندارند.

آن را با NR مقایسه کنید₃ گروهی که مانند یک پنکه سقفی بزرگ است که به دور سه گروه آلکیل می چرخد ​​- و هر یک از گروه های آلکیل خود مانند یک پنکه سقفی کوچک است که به دور سه اتم هیدروژن می چرخد. فضای زیادی را اشغال می کند!

ترکیبی که به محصول “Zaitsev” منتهی می شود، دارای مانع فضایی بسیار بیشتری است (دو برهمکنش گاوش!) نسبت به ترکیبی که منجر به محصول “Hofmann” می شود. به دلیل N(CH) بسیار حجیم₃)₃ ترک گروه!

این فعل و انفعالات فضایی اضافی کافی است تا حالت گذار زایتسف را نسبت به حالت گذار هافمن نامطلوب کند و به محصول هافمن به عنوان محصول اصلی منجر شود.

5. خلاصه: حذف هافمن

حذف هافمن نمونه دیگری از این است که چگونه تغییر دادن یک متغیر منفرد در یک واکنش شیمیایی می تواند نتیجه را تغییر دهد. قبلاً دیدیم که چگونه افزایش مانع فضایی پایه می تواند به محصول غیر زایتسف منجر شود. در اینجا، ما در حال افزایش مانع فضایی از ترک گروه.

تفاوت چند کیلوکالری در مول در حالت گذار ممکن است زیاد به نظر نرسد، اما برای تغییر هویت محصول اصلی کافی است. این چیزی است که شیمی آلی را برای مبتدیان بسیار خسته کننده می کند … در عین حال بسیار جالب است!

---

یادداشت

یادداشت 1. محدود به نمک های آمونیوم نیست. همچنین نمونه‌هایی از حذف‌های «نوع هوفمن» با فسفونیوم (PR₃⁺) ترک گروه ها نیز.

---

(پیشرفته) مراجع و مطالعه بیشتر

1. Einwirkung der Wärme auf die Ammoniumbasen
   دبلیو هافمن
   شیمی. بر. 1881، 14 (1)، 659-669
   DOI: 10.1002/cber.188101401148

مقاله اصلی W. Hofmann در مورد روشی جدید برای سنتز الفین. او یک شیمیدان آلی بسیار سازنده در 19 بود^هفتم قرن و نام او به انواع تبدیلات، از جمله تجزیه آمید، سنتز ایزونیتریل، و چند مورد دیگر متصل شده است.

2. الفین ها از آمین ها: واکنش حذف هوفمن و پیرولیز اکسید آمین
   کوپ، آرتور سی. ترامبول، المر آر.
   سازمان واکنش نشان دهید. 1960، 11، 317-493
   DOI: 10.1002/0471264180.or011.05
   واکنش های آلیکه توسط بخش شیمی آلی ACS منتشر و نگهداری می شود، منبع بررسی های جامعی در مورد تحولات مختلف در شیمی آلی است. این بررسی خاص توسط پروفسور کوپ (MIT، از بازآرایی Cope) نوشته شده است. روش های آزمایشی دقیق در پایان ارائه شده است.
3. حذف نوع هافمن در N-آلکیلاسیون موثر آزول ها: ایمیدازول و بنزیمیدازول
   آندراس هوروات
   سنتز 1994; 1994 (1): 102-106
   DOI: 1055/s-1994-25414
   آلکیلاسیون آزول های جایگزین شده با سیانواتیل و به دنبال آن حرارت دادن با یک پایه قوی، اکریلونیتریل را از طریق حذف هافمن تولید می کند.
4. چرخه‌سازی در دوره کلارک- متیلاسیون اشویلر
   آرتور سی کوپ و دبلیو دیکنسون باروز
   مجله شیمی آلی 1965 30 (7)، 2163-2165
   DOI: 1021/jo01018a011
   دو حذف هافمن در این مقاله با ترکیبات نشان داده شده است 5 و 7.