Hofmann Uttømmende Metylering Og Degradering Reaksjon
denne reaksjonen kalles Også Hofmann eliminasjon reaksjon. Det har blitt brukt en god del i bestemmelse av strukturen av organiske forbindelser som inneholder en amino nitrogenatom. Det ble brukt på undersøkelsen av strukturen til mange komplekse naturlige aminer, som alkaloider, etter at bruken ble verdsatt.reaksjonssekvensen utnytter det faktum at de fleste kvaternære ammoniumhydroksider brytes ned ved oppvarming for å gi et tertiært amin, et olefin og vann. Selvfølgelig kan en forbindelse som tetrametylammoniumhydroksyd ikke gi et olefin på grunn av den strukturelle naturen til gruppene festet til nitrogen. Slike hydroksider må dekomponere for å gi en alkohol i stedet for en olefin og vann.
to karbonatomer, og hvis det er minst ett hydrogenatom på β-karbon (med hensyn til nitrogen), vil en olefin og vann følge et tertiært amin når det kvaternære ammoniumhydroksidet dekomponeres ved oppvarming.
et eksempel på en β-eliminering av hydrogen. Den angripende arten er et hydroksylion som sikkert er tilgjengelig i kvaternære ammoniumhydroksider; dette fjerner et hydrogenatom på karbonet som er i β-posisjon med hensyn til det kvaternære nitrogenatomet. Den positive ladningen på nitrogen er drivkraften for reaksjonen. Som det kan ses, beveger elektronene seg i retning av det positivt ladede nitrogenatomet.
div må ta det forskjellige kurset som er vist ovenfor, og en alkohol følger med tertiær amin som et reaksjonsprodukt.nedbrytningen er bare det første trinnet i den strukturelle klargjøringen av mange forbindelser. Det første trinnet er metylering av nitrogenet i en amin hvis struktur vi ønsker å bestemme, og denne metyleringen utføres til det ultimate stadium mulig, nemlig til scenen av det kvaternære ammoniumhalogenidet. Dette er grunnen til bruken av begrepet uttømmende metylering. Halogenidet omdannes deretter til det kvaternære ammoniumhydroksidet, og dette nedbrytes (når strukturelt mulig) I Hofmanns eliminasjonstrinn som vi nettopp har diskutert.
Metyljodid Er reagenset av valget i uttømmende metyleringstrinnet i sekvensen. Om ønskelig kan reaksjonen utføres med analytisk presisjon, og når dette er gjort, er det mulig å skille mellom om vi har å gjøre med en primær amin, en sekundær amin eller en tertiær amin.
en primær amin vil «forbruke» tre mol metyljodid før kvaternær ammoniumhalogenidstadiet er nådd:
en sekundær amin krever to mol metyljodid og en tertiær amin krever bare en mol metyljodid for å nå det kvartære saltet.
La oss se på flere eksempler hvor Forskjellige typer aminer gjennomgår Hofmanns uttømmende metylering og eliminasjonsreaksjon. Det første trinnet er metylering, det andre er omdannelse av det kvaternære jodid til det kvaternære hydroksidet etterfulgt av termisk dekomponering av hydroksidet.
hensyn til nitrogen; en bærer to hydrogenatomer, de andre tre.
det er mulig å skrive en eliminering av et hydrogenatom fra metylkarbonet:
isomeriske 2-butene. Vi vet av erfaring at det minst substituerte etylen oppnås som det dominerende produktet I En Hofmann-eliminering. Utbyttene av de ovennevnte produktene er vist i den totale reaksjonen:
Denne typen generelle resultat har blitt uttalt I Hofmanns regel som sier at kvartære ioner vil gi ved eliminering overveiende minst substituert etylen mulig. Mens vi oppnår blandinger når to eller flere alkener kan dannes, Gjelder Hofmanns regel generelt for elimineringer der kvaternære ioner er involvert. Sulfoniumioner gir lignende resultater:
Hofmann-regelen minner om en annen regel som er uttalt i forbindelse med eliminering, saytzeff-regelen. Dette gjelder elimineringer fra nøytrale forbindelser som dehydrohalogenering av alkylhalogenider og dehydrering av alkoholer. Saytzeff-Regelen sier at nøytrale forbindelser ved eliminering gir en overvekt av den mest substituerte etylen mulig.
til tross for den generelle prognosen ved hofmann-regelen. Det er imidlertid lettere å forutsi i noen tilfeller enn i andre. For eksempel er vi ikke overrasket over følgende resultat der et hydrogen på et β-karbon ved siden av en aromatisk ring konkurrerer i eliminasjonsprosessen med et hydrogenatom på et β-karbon videre fjernet fra den aromatiske ringen:
Mindre enn 1% utbytte av etylen og en 93% utbytte av etylen.styren er oppnådd. Nå er dette en tilsynelatende ignorering Av Hofmann-Regelen. Klart er styren en mer substituert etylen sammenlignet med etylen selv.
surheten av hydrogenet på det β-karbonatomet må vurderes, og det på et benzylisk karbonatom er klart mer surt på grunn av resonanseffekten av nabobenzenringen. Dette dominerer over den induktive effekten som er operativ i en alkylgruppe. Vi må også vurdere steriske situasjoner som oppnår i konkrete tilfeller. For eksempel gir fenyldihydrothebaine to isomere nedbrytningsprodukter som etter en ekstra Hofmann-sekvens gir det samme nitrogenfrie produktet.
vi har hittil diskutert alifatiske aminer. Et litt annet bilde er oppnådd i heterocykliske aminer hvor nitrogenatomet utgjør en del av en ring, om enn de uttømmende metylerings-og eliminasjonstrinnene er i prinsippet de samme. Hvis et amino nitrogenatom er innenfor en ring, kan det ikke være et primært amin siden minst to av dets bindinger er bundet til karbon, slik at bare en binding kan være til hydrogen. La oss eksemplifisere hva som skjer i sekundær amin piperidin:
alifatisk sekundært amin som inneholder fem karbonatomer, samme antall som i piperidin, f. eks.
isomer fordi ringforbindelsen av nødvendighet må ha to hydrogenatomer mindre enn den alifatiske forbindelsen), forbrukes to mol metyljodid før kvaternære jodidstadiet er nådd. I begge serier blir jodidene omdannet til kvaternære hydroksyder, og disse dekomponeres. Men vær oppmerksom på at i den alifatiske serien oppnås en nitrogenfri, c4 olefin og trimetylamin og vann ekstruderes fra forløpermolekylet. I den heterocykliske serien dannes imidlertid bare vann gjennom eliminering av et hydrogenatom på det β-karbonatomet med hensyn til nitrogen, men nitrogenet forblir fortsatt i molekylet.
for å oppnå en nitrogenfri forbindelse må vi gjenta både uttømmende metylering og eliminasjonstrinn. På dette stadiet, siden vi har en tertiær amin, er en mol metyljodid nok til fremstilling av det kvaternære halogenidet, og til slutt oppnås 1,4-pentadien som nitrogenfritt produkt, ledsaget denne gangen av trimetylamin og vann.
danner en del av en ring i en organisk struktur.
hvis et tertiært aminotrogen utgjør en del av en ring, har vi et analogt tilfelle som piperidin. En Hofmann-sekvens innebærer bruk av bare en mol metyljodid, siden aminen er tertiær, men produktet inneholder fortsatt nitrogen:
hvis det er ønskelig å fjerne nitrogenet fra produktet, er det nødvendig å gjenta hofmann-sekvensen. Her igjen er det bare nødvendig med en mol metyljodid.Hofmanns uttømmende metylering og nedbrytningsreaksjon har blitt brukt mye i strukturelle studier av alkaloider hvor nitrogenet utgjør en del av en redusert ring (som piperidin) eller en delvis redusert ring, men er ubrukelig i studien av alkaloider hvor nitrogenet utgjør en del av en ring på et høyere oksidasjonsnivå. Det svikter for eksempel i pyridin, kinolin og isokinolin og i alkaloider som inneholder disse respektive kjernene med hensyn til ekstrudering av nitrogenet fra slike kjerner.
pyridinium, kinolinium og isokinolinium kvaternære salter, disse konverteres til deres hydroksyder, men av åpenbare strukturelle årsaker kan hofmann eliminering ikke forekomme.Kvartære ammoniumforbindelser brukes noen ganger som basiskatalysatorer i forskjellige organiske reaksjoner. Benzyltrimetylammoniumhydroksyd har for eksempel ofte blitt brukt som en sterk basiskatalysator i Michael-kondensasjonen.
slike forbindelser har også blitt brukt som alkyleringsmidler. For eksempel er det mulig å alkylere fenolgruppen morfin for å gi kodein i høye utbytter ved bruk av fenyltrimetylammoniumetoksid. Andre reagenser som dimetylsulfat eller metyljodid i kombinasjon med en base, hvis de brukes til samme alkylering, vil føre til kvaternisering av det tertiære nitrogenatomet i morfin og redusere utbyttet av kodein.
