Que produto você espera obter da eliminação de Hofmann das seguintes aminas? Se mais de um produto for formado, indique o majoritário:
Passo 1
O enunciado pede: “Que produto você espera obter da eliminação de Hofmann da amina representada por SMILES <smiles>CCCCC(N)CCC</smiles>? Se mais de um produto for formado, indique o majoritário.”
Informações relevantes dadas/identificadas a partir do SMILES: a molécula é uma amina primária ligada ao átomo de carbono central da cadeia. Numerando a cadeia linear da esquerda para a direita, temos oito carbonos; a amina está ligada ao quarto carbono. Ou seja, a molécula é a amina (equivalentemente escrita como uma amina primária no carbono
de uma cadeia de oito carbonos).
O que se pede: prever quais alcenos surgem após a sequência típica de Hofmann (metilação exaustiva para formar sais de amônio quaternário, conversão para a hidróxido e eliminação), e indicar o produto predominante se houver mais de um.
Informações relevantes dadas/identificadas a partir do SMILES: a molécula é uma amina primária ligada ao átomo de carbono central da cadeia. Numerando a cadeia linear da esquerda para a direita, temos oito carbonos; a amina está ligada ao quarto carbono. Ou seja, a molécula é a amina
O que se pede: prever quais alcenos surgem após a sequência típica de Hofmann (metilação exaustiva para formar sais de amônio quaternário, conversão para a hidróxido e eliminação), e indicar o produto predominante se houver mais de um.
Passo 2
Rápida explicação didática do que é a “eliminação de Hofmann” e como se faz na prática (passo a passo experimental e conceito por trás):
- A eliminação de Hofmann parte de uma amina (aqui, amina primária). Para que ocorra a eliminação do tipo Hofmann é necessário transformar a amina em um sal de amônio quaternário. Isso se consegue por metilação exaustiva (por exemplo, reagir com excesso de iodeto de metila,
, repetidas vezes) até obter o cátion amônio quaternário . - Em seguida, esse sal de amônio quaternário é convertido em sua forma hidróxido, por exemplo por troca iônica usando
/ (ou AgOH), formando . - O íon hidróxido atua como base forte e promove uma eliminação (
-like) retirando um hidrogênio ao nitrogênio quaternário; o grupo amônio quaternário sai como amina terciária neutra (na prática, como uma amina trimetilada impregnada), e forma-se um alceno.
Conceito de seletividade (regra de Hofmann): diferente da eliminação simples com bases pequenas (que tende a dar o produto mais substituído — Zaitsev), a eliminação de Hofmann favorece o alceno menos substituído devido ao grande tamanho/estereoquímica do grupo amônio quaternário e ao caráter estérico da base. Em resumo: Hofmann → tende ao produto menos substituído; porém, se houver empate na substituição, outros fatores (acessibilidade dos hidrogênios, estabilidade relativa, número de hidrogênios , e estereoquímica E/Z) vão determinar as proporções.
Passo 3
Identificar os carbonos
que podem perder hidrogênio e os alcenos possíveis. A amônia quaternária ficará no carbono onde estava a amina, ou seja no
. Os carbonos
relativos a
são
(à esquerda) e
(à direita). Retirar um hidrogênio de
gera uma dupla ligação entre
e
; retirar um hidrogênio de
gera uma dupla ligação entre
e
. Portanto os alcenos possíveis são:
(dupla em
) e
(dupla em
). Vou escrever esses nomes já para fixar:
e
.
Passo 4
Análise da substituição de cada alceno (para aplicar a regra de Hofmann / comparar):
- Para a dupla
(isto é, ): o carbono está ligado a (um grupo alquila) e a um hidrogênio → tem 1 substituinte alquila; o carbono após eliminação ficará ligado a (um grupo alquila) e a um hidrogênio → também 1 substituinte alquila. Soma de substituintes = → alceno dissubstituído. - Para a dupla
(isto é, ): o carbono ficará ligado a (alquila) e H → 1 substituinte; o carbono ficará ligado a (alquila) e H → 1 substituinte. Soma = → também alceno dissubstituído.
Conclusão dessa etapa: ambos os alcenos são igualmente substituídos (ambos dissubstituídos). Logo a regra simples “Hofmann = menos substituído” não resolve o empate.
Passo 5
Desempate: quais fatores favorecem um produto sobre o outro quando ambos têm o mesmo grau de substituição? Aqui devemos considerar principalmente: acessibilidade estérica dos hidrogênios
e número de hidrogênios disponíveis em cada posição, e estabilidade geométrica (E/Z).
- Número de hidrogênios
: tanto quanto são grupos , cada um tem dois hidrogênios . Então o número de hidrogênios disponíveis é igual. - Acessibilidade estérica: na etapa de eliminação a base (hidróxido ligado ao amônio) precisa abstrair um hidrogênio
. O lado esquerdo (formando , i.e., abstração em ) é a porção da cadeia com menos extensão (apenas dois carbonos além: , ), enquanto o lado direito que leva a tem uma cadeia mais longa e ligeiramente mais volumosa ( - - ). Assim, os hidrogênios em são, em média, um pouco menos estéricos/mais acessíveis do que os de . - Tendência geral em Hofmann: quando há empate na contagem de substituintes, a eliminação costuma favorecer o hidrogênio mais acessível (menor impedimento estérico), que leva ao alceno que é o “Hofmann” por acessibilidade.
Portanto, pela soma desses fatores, a abstração em(formando ) será favorecida — isto é, é esperado como majoritário.
Passo 6
Observação sobre estereoquímica (E/Z): cada um desses alcenos dissubstituídos pode existir como isômeros geométricos (E ou Z). Em eliminações do tipo E2/Hofmann costuma-se formar preferencialmente o isômero mais estável termodinâmicamente, ou seja o isômero
(trans) é geralmente majoritário. Então, dentre os produtos, as formas
-3‑octeno e
-4‑octeno serão predominantes entre os isômeros de configuração.
Passo 7
Resumo do raciocínio e conclusão didática final: transformar a amina primária em amônio quaternário e em seguida em hidróxido leva à eliminação E2-like. As duas duplas possíveis são
e
. Ambos são dissubstituídos (empate pela contagem de substituintes). O desempate vem da acessibilidade dos hidrogênios
: os de
são menos sacrificados estéricamente, logo a abstração em
(formando
) é ligeiramente favorecida — esse é, portanto, o majoritário. Em todos os casos, espera-se predomínio dos isômeros
em relação aos
.