Reazione E2: stereochimica e regiochimica

Le reazioni di eliminazione degli alogenuri alchilici possono dare uno o più alcheni in base a specifici requisiti regiochimici e stereochimici.

Mentre la regiochimica governa la posizione del doppio legame nel prodotto, i requisiti stereochimici spesso influenzano la geometria.

Si consideri l'eliminazione E2 del 2-bromo-2-metil-butano, che ha due diversi idrogeni beta. In presenza di una base forte come l'etossido di sodio, dà due alcheni regioisomerici.

Il prodotto principale è l'alchene più sostituito chiamato prodotto di Zaitsev, mentre l'alchene meno sostituito è il prodotto di Hofmann, e ogni prodotto si forma attraverso un percorso diverso

Ogni reazione ha uno stato di transizione che mostra un carattere di doppio legame parziale. Poiché il doppio legame carbonio-carbonio più sostituito ha una maggiore stabilità, lo stato di transizione che porta al prodotto Zaitsev richiede meno energia e procede più velocemente.

Pertanto, il prodotto Zaitsev è più stabile e si forma facilmente.

Tuttavia, l'esito regiochimico di una reazione di eliminazione E2 può essere controllato utilizzando una base stericamente ostacolata, come il terz-butossido di potassio, per dare l'alchene meno sostituito in rese più elevate.

I requisiti stereochimici influenzano fortemente l'esito delle reazioni E2. Qui, l'orbitale di legame σ carbonio-idrogeno riempito e l'orbitale di antilegame σ* carbonio-alogeno vuoto, giacciono sullo stesso piano e si sovrappongono per dare un legame π.

Entrambe le conformazioni - una in cui l'idrogeno e l'alogenuro sono anti-complanari e sfalsati, e l'altra in cui sono sincrocomplanari ed eclissate - soddisfano il requisito di complanarità per formare un alchene.

Le eliminazioni di E2 avvengono preferenzialmente attraverso uno stato di transizione anti-complanare a bassa energia, in cui la base e il gruppo uscente sono più distanti e i due orbitali sono completamente paralleli, consentendo una migliore sovrapposizione.

La stereochimica delle reazioni E2 dipende dal numero di idrogeni β. Gli alogenuri alchilici con due idrogeni β subiscono un'eliminazione stereoselettiva, formando l'E-alchene più stabile come prodotto principale.

Tuttavia, un alogenuro alchilico con un solo idrogeno beta dà un singolo isomero stereospecifico. A seconda della stereochimica del substrato, l'E-alchene o l'alchene Z si formano come prodotto, indipendentemente dalle loro stabilità relative.