The Hofmann Exhaustive Methylation and Degradation Reaction
This reaction is also called the Hofmann elimination reaction. Tem sido usado muito na determinação da estrutura de compostos orgânicos que contêm um átomo de amino nitrogênio. Foi aplicado à investigação da estrutura de muitas aminas naturais complexas, tais como alcaloides, após sua utilidade foi apreciada.
A sequência de reação explora o fato de que a maioria dos hidróxidos de amônio quaternário se decompõem no aquecimento para dar uma amina terciária, uma olefina e água. É claro que um composto como o hidróxido de tetrametilamónio não pode dar uma olefina devido à natureza estrutural dos grupos ligados ao azoto. Esses hidróxidos devem decompor-se para dar um álcool em vez de uma olefina e água.
no Entanto, se está ligado ao átomo de nitrogênio, pelo menos, uma cadeia de dois átomos de carbono, e se houver pelo menos um átomo de hidrogênio na β-carbono (com relação ao nitrogênio), uma olefina e a água vai acompanhar uma amina terciária quando o quaternário de amônio hidróxido é decomposto por aquecimento.
Uma investigação completa sobre o mecanismo de degradação de Hofmann reação tem mostrado que este é um exemplo de uma β-eliminação de hidrogênio. A espécie atacante é um íon hidroxilo que está certamente Disponível em hidróxidos de amônio quaternário; isto remove um átomo de hidrogênio no carbono que está na posição β em relação ao átomo de nitrogênio quaternário. A carga positiva sobre o nitrogênio é a força motriz para a reação. Como pode ser visto, os elétrons movem-se na direção do átomo de nitrogênio carregado positivamente.
Se não houver nenhum átomo de hidrogênio no β-carbono, a reação deve-se tomar o curso diferente mostrado acima e um álcool acompanha a amina terciária como produto da reação.a degradação é apenas o primeiro passo na elucidação estrutural de muitos compostos. O primeiro passo é a metilação do nitrogênio em uma amina cuja estrutura queremos determinar e esta metilação é realizada até o estágio final possível, ou seja, até o estágio do haleto de amônio quaternário. Esta é a razão para a utilização do termo metilação exaustiva. O haleto é então convertido no hidróxido de amônio quaternário e este é degradado (quando estruturalmente possível) na etapa de eliminação de Hofmann que acabamos de discutir.iodeto de metilo é o reagente escolhido na fase de metilação exaustiva da sequência. Se desejado, a reação pode ser realizada com precisão analítica e quando isso é feito, é possível distinguir se estamos lidando com uma amina primária, secundária amina ou uma amina terciária.uma amina primária “consumirá” três moles de iodeto de metilo antes de se atingir a fase do haleto de amónio quaternário:
uma amina secundária requer dois moles de iodeto de metilo e uma amina terciária requer apenas um mole de iodeto de metilo para atingir o estágio do sal quaternário.
Vamos ver vários exemplos em que diferentes tipos de aminas submeter o Hofmann exaustiva metilação e eliminação de reação. O primeiro passo é a metilação, o segundo é a conversão do iodeto quaternário no hidróxido quaternário seguido pela decomposição térmica do hidróxido.
Agora, estamos a ver no último exemplo, que existem duas β-átomos de carbono com relação ao nitrogênio; um é dois átomos de hidrogênio, os outros três.é possível escrever uma eliminação de um átomo de hidrogénio do carbono metilo:
Isto levaria a 1-buteno, em vez de isomérica 2-buteno. Sabemos por experiência própria que o etileno menos substituído é obtido como produto predominante numa eliminação Hofmann. Os rendimentos dos produtos acima indicados são apresentados na reacção global:
Este tipo de resultado geral foi enunciada na Hofmann Regra que estabelece que quaternário de íons dará após a eliminação, predominantemente, a menos substituído etileno possível. Enquanto nós obtemos misturas quando dois ou mais alcenos podem ser formados, a regra de Hofmann geralmente é verdadeira para eliminações em que íons quaternários estão envolvidos. Os iões sulfónio produzem resultados semelhantes:
O Hofmann regra é lembrar de uma outra regra enunciada em conexão com a eliminação, a Regra de Saytzeff. Trata-se de eliminações de compostos neutros, tais como desidrohalogenação de haletos de alquilo e desidratação de álcoois. A regra de Saytzeff afirma que os compostos neutros após a eliminação dão uma predominância do etileno mais substituído possível.
por Isso, nem sempre é possível prever o curso de um Hofmann eliminação apesar do prognóstico e o Hofmann Regra. No entanto, é mais fácil prever nalguns casos do que noutros. Por exemplo, não estamos surpreendidos com o seguinte resultado, em que um hidrogênio em um β-carbono adjacente a um anel aromático compete no processo de eliminação com um átomo de hidrogênio em um β-carbono ainda mais removido do anel aromático:
Menos de 1% o rendimento de eteno e de 93% de rendimento de estireno é obtido. Isto é um aparente desrespeito da regra Hofmann. Claramente, o estireno é um etileno mais substituído do que o próprio etileno.
a acidez do hidrogênio no átomo de β-carbono deve ser considerada e claramente a de um átomo de carbono benzílico é mais ácido devido ao efeito de ressonância do anel benzeno vizinho. Isto predomina sobre o efeito indutivo que é operativo em um grupo alquilo. Temos também de considerar situações estéricas que se obtêm em casos específicos. Por exemplo, a fenildi-hidrotebaina dá dois produtos de degradação isomérica que, após uma sequência Hofmann adicional, dão o mesmo produto isento de azoto.
temos até agora discutido alifáticos aminas. Uma imagem ligeiramente diferente é obtida em aminas heterocíclicas em que o átomo de azoto faz parte de um anel, embora os passos exaustivos de metilação e eliminação sejam, em princípio, os mesmos. Se um átomo de amino nitrogênio está dentro de um anel, não pode ser uma amina primária, uma vez que pelo menos duas de suas ligações estão ligadas ao carbono de modo que, no máximo, apenas uma ligação pode ser ao hidrogênio. Vamos exemplificar o que acontece na amina piperidina secundária:
Vamos comparar o exposto sequência de reações com o de uma alifáticos de aminas secundárias contendo cinco átomos de carbono, o mesmo número que em piperidina, e.g.
Em ambas as reações de C5 aminas secundárias (eles realmente não podem ser isomérica porque o anel composto de necessidade deve ter dois átomos de hidrogênio a menos do que os compostos alifáticos), dois moles de iodeto de metilo são consumidos antes do quaternário iodeto de estágio é atingido. Em ambas as séries os iodetos são convertidos em hidróxidos quaternários e estes são decompostos. No entanto, note-se que na série alifática se obtém uma olefina C4 isenta de azoto e que a trimetilamina e a água são extrudidas da molécula precursora. Na série heterocíclico, no entanto, apenas a água é formada através da eliminação de um átomo de hidrogênio no átomo de β-carbono em relação ao nitrogênio, mas o nitrogênio ainda permanece na molécula.
A fim de obter um composto isento de azoto, temos de repetir tanto a metilação exaustiva como as etapas de eliminação. Nesta fase, uma vez que temos uma amina terciária, um mole de iodeto de metilo é suficiente para a preparação do haleto quaternário e finalmente 1,4-pentadieno é obtido como Produto isento de nitrogênio, acompanhado desta vez por trimetilamina e água.
Assim, é bastante fácil de dizer se é ou não um amino átomo de nitrogênio faz parte de um anel em uma estrutura orgânica.se um amino nitrogênio terciário faz parte de um anel, temos um caso análogo ao da piperidina. Um Hofmann sequência envolve o uso de apenas um mol de iodeto de metilo, desde a amina é terciário, mas o produto ainda contém nitrogênio:
Se for desejado para remover o nitrogênio do produto, é necessário repetir o Hofmann sequência. Também aqui só é necessária uma toupeira de iodeto de metilo.a metilação exaustiva de Hofmann e a reacção de degradação foram amplamente utilizadas em estudos estruturais de alcalóides em que o azoto faz parte de um anel reduzido (como a piperidina) ou de um anel parcialmente reduzido, mas é inútil no estudo de alcalóides em que o azoto faz parte de um anel a um nível de oxidação mais elevado. Falha, por exemplo, em piridina, quinolina e isoquinolina e em alcalóides que contêm estes respectivos núcleos no que diz respeito à extrusão do azoto desses núcleos.
Todas essas pai substâncias são aminas terciárias, eles dão pyridinium, quinolinium e isoquinolinium quaternário de sais, estes são conversíveis em seus hidróxidos, mas, por óbvias razões estruturais, Hofmann eliminação não pode ocorrer.os compostos de amónio quaternário são por vezes utilizados como catalisadores básicos em várias reacções orgânicas. Hidróxido de benziltrimetilamônio, por exemplo, tem sido frequentemente usado como um forte catalisador básico na condensação de Michael.
Esses compostos também têm sido utilizados como agentes alquilantes. Por exemplo, é possível alquilar o grupo fenólico de morfina para dar codeína em altos rendimentos, usando Etóxido de feniltrimetilamônio. Outros reagentes como sulfato de dimetilo ou iodeto de metilo em combinação com uma base, se usado para a mesma alquilação causaria quaternização do átomo de nitrogênio terciário na morfina e reduziria o rendimento de codeína.
