规则简介
在四级铵盐与碱作用时所发生的脱去一分子胺的消除反应中,所生成的烯烃主要来自带有较少取代基的烷基。1881年由A.W.von霍夫曼提出。霍夫曼规则与扎伊采夫规则相反,这是由于二者的应用范围不同:霍夫曼规则适用于四级铵碱加热分解生成烯烃的反应;扎伊采夫规则适用于醇脱水或卤代烷脱卤化氢生成烯烃的反应。例如,下面的四级铵盐在消除一分子胺时,得到的烯烃是乙烯而不是丙烯:
这是由于带取代基较多的烷基,如上例中的丙基,由于甲基的给电子作用,使β′碳原子上的电子密度增加,H不容易脱去,所以不易发生消除反应。
应用领域
霍夫曼规则适用于双分子消除反应。由于双分子消除反应的立体化学过程是反式消除,体积大的离去基团(三级胺基)与β-Η正处于相反方向。霍夫曼消除方向取决于最稳定的构象异构体,例如2-戊基三甲基铵盐消除,得到98%的1-戊烯,只有2%的2-戊烯。原因就是构象a中邻位交叉只是H原子,立体效应小些;而构象 b中邻位交叉的CH3CH2基离近 ,立体效应大些 ,a比b稳定 。构象c的立体效应虽然最小,但由于β-H与+N(CH3)3处于顺式位置,不可能发生双分子反式消除反应。所以构象a的消除反应主要导致生成1-戊烯。消除反应往往比较复杂,霍夫曼规则和扎伊采夫规则的相反性正反映了这种复杂性,它们各有不同的适用范围。一般来说,扎伊采夫规则与产物的稳定性有关,而霍夫曼规则却与反应物的稳定性有关。
竞争
在霍夫曼消除(E2消除)反应中,试剂还可以进攻α碳原子,生成取代产物。因此,E2消除和SN2反应同时发生。许多教材中明确指出霍夫曼消除与SN2反应的竞争问题,或只是简单的提到当四烷基氢氧化铵β位上没有氢时,主要发生取代反应生成醇。常以下式为例:
似乎季铵碱的热分解只发生霍夫曼消除反应,实际上只有很少一部分是这样的,而大多数霍夫曼消除是与SN2反应相竞争而发生的,得到的产物有烯烃也有醇。
选择这个反应式作为介绍霍尔曼消除反应的典型例子是比较恰当的。
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