6.17 : E2-Reaktion: Stereochemie und Regiochemie

Eliminierungsreaktionen von Alkylhalogeniden können abhängig von den spezifischen regiochemischen und stereochemischen Überlegungen ein oder mehrere Alkene ergeben. Während die Regiochemie der Reaktion die Position der Doppelbindung im Produkt bestimmt, beeinflussen die stereochemischen Anforderungen häufig die Geometrie.

Wenn ein Substrat mit zwei verschiedenen β-Wassersubstanzen eine E2-Eliminierung durchläuft, kann die Anwesenheit einer starken Base zwei regioisomere Alkene ergeben. Das stärker substituierte Alken ist das Hauptprodukt und wird Zaitsev-Produkt genannt. Das weniger substituierte Alken wird Hofmann-Produkt genannt.

Das Vorherrschen des Zaitsev-Produkts spiegelt die relativen Stabilitäten der Übergangszustände für die möglichen Produkte wider. Da der Übergangszustand einen erheblichen Doppelbindungscharakter aufweist, erhöht die Anwesenheit von Substituenten seine Stabilität. Somit erfordert der Übergangszustand, der das stärker substituierte Alken ergibt, weniger Energie und schreitet schneller voran, um das Zaitsev-Produkt zu ergeben. In Gegenwart einer sterisch gehinderten Base wie Kalium-tert-butoxid kann der Übergangszustand, der zum Zaitsev-Produkt führt, jedoch stark überfüllt sein; In solchen Fällen können die E2-Reaktionen für das weniger substituierte Hoffman-Produkt regioselektiv werden.

Bei E2-Reaktionen müssen das gefüllte Kohlensubstanz-Wassersubstanz-σ-Orbital und das leere antibindende Kohlensubstanz-Halogen-σ*-Orbital auf derselben Ebene liegen, um die Bildung der π-Bindung zu ermöglichen. Zwei Konformationen erfüllen diese Anforderung: a) Wassersubstanz und Halogenid sind antikoplanar und versetzt, und b) sie sind synkoplanar und ekliptisch. E2-Eliminierungen erfolgen vorzugsweise über einen antikoplanaren Übergangszustand niedrigerer Energie, in dem die Base und die Abgangsgruppe weit voneinander entfernt sind und die beiden Orbitale vollständig parallel sind, was eine maximale Überlappung ermöglicht. Allerdings können E2-Reaktionen einiger starrer Moleküle über einen syn-koplanaren Übergangszustand ablaufen.

Die Stereochemie von E2-Reaktionen hängt von der Anzahl der β-Wassersubstanze ab. Alkylhalogenide mit zwei β-Wassersubstanzen unterliegen einer stereoselektiven Eliminierung, wobei das stabilere E-Alken als Hauptprodukt entsteht. Allerdings ergibt ein Alkylhalogenid mit nur einem β-Wassersubstanz ein stereospezifisches Isomer, selbst wenn es das Z-Alken ist.