SolucionesDegradación de Hofmann
1. Degradación de Hofmann en las decalinas
La decalina (C10H18) es un bicicloalcano formado por dos anillos de ciclohexano fusionados que comparten un enlace. Es el compuesto que resulta de la hidrogenación completa del naftaleno; por eso se le llama también decahidronaftaleno. Considera la trans-decalina con un grupo trimetilamonio (NMe3+) en la posición 2. Se observa que uno de los dos isómeros, 2-(R) o 2-(S), da la eliminación de Hofmann y el otro no da la reacción en absoluto. Explica este hecho. ¿Por qué no ocurre lo mismo en la cis-decalina, donde los dos isómeros 2-(R) y 2-(S) dan la eliminación de Hofmann?
La eliminación de Hofmann es una E2 y necesita un hidrógeno en anti (antiperiplanar) respecto al grupo saliente, es decir, el NMe3+ en posición axial con hidrógenos axiales en los carbonos vecinos. La trans-decalina es rígida: no puede cambiar de silla. En uno de los isómeros el NMe3+ es ecuatorial y no tiene hidrógenos en anti, así que no reacciona; en el otro es axial y sí los tiene. Los dos isómeros no se interconvierten porque difieren en la configuración.
La cis-decalina sí puede cambiar de conformación (inversión simultánea de las dos sillas). Ese equilibrio conformacional no cambia la configuración, pero lleva al grupo NMe3+ de ecuatorial a axial; en esa conformación hay hidrógenos en anti y los dos isómeros dan la eliminación.
2. Haluros y sales de amonio
El isómero cis del 1-bromo-4-terc-butilciclohexano da la reacción de eliminación (E2) unas 106 veces más deprisa que el isómero trans. Sin embargo, ni la cis- ni la trans-N,N-dimetil-4-terc-butilciclohexilamina dan la degradación de Hofmann al calentarlas con una base. Da una explicación a estos hechos.
El terc-butilo, muy voluminoso, queda siempre ecuatorial y fija la conformación. En el isómero cis el Br es axial y tiene hidrógenos en anti: la E2 es rápida. En el trans el Br es ecuatorial; para reaccionar el anillo tendría que poner el terc-butilo en axial, lo que es muy desfavorable.
La amina no da la degradación de Hofmann porque el grupo dimetilamiduro, (CH3)2N−, es un grupo saliente pésimo (la amina tiene pKa ≈ 35). Para que haya eliminación hay que convertir antes la amina en una sal de amonio cuaternario (exceso de CH3I) y esta en el hidróxido (Ag2O, H2O). Entonces el isómero cis, con el NMe3+ axial, da el 4-terc-butilciclohexeno al calentar, mientras que el trans, con el grupo ecuatorial, no da la eliminación.
3. ¿Qué alqueno se forma?
Indica el alqueno principal que se obtiene en la degradación de Hofmann de la 2-pentilamina (metilación exhaustiva, Ag2O y calor). ¿Coincide con el que daría la deshidratación del 2-pentanol?
1-Penteno (producto de Hofmann): la base ataca al hidrógeno del carbono menos sustituido, más accesible y más ácido, ya que el grupo trimetilamonio es voluminoso. La deshidratación del 2-pentanol (E1) da sobre todo 2-penteno, el alqueno más sustituido (producto de Zaitsev).
4. Degradación doble
¿Qué producto final se obtiene tras dos degradaciones de Hofmann sucesivas de la N-metilpiperidina?
1,4-Pentadieno. La primera degradación abre el anillo y da la N,N-dimetil-4-penten-1-amina, CH2=CHCH2CH2CH2N(CH3)2; tras una nueva metilación, la segunda elimina trimetilamina y da CH2=CHCH2CH=CH2.