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Organic Chemistry Portal: Cope Elimination
Cope-Eliminierung
Die Cope-Reaktion von N-Oxiden, die in situ aus tertiären Aminen durch Oxidation mit z.B. einer Persäure einfach hergestellt werden können, führt über eine thermische syn-Elimierung in aprotischen Lösungsmitteln zu Alkenen.
Mechanismus
Die Cope-Eliminierung ist eine syn-periplanare Eliminierung, in der sechs Elektronen in einem fünfgliedrigen Ring in einem konzertierten Mechanismus verschoben werden. Als Produkte werden ein Alken und ein Hydroxylamin erhalten:
Die sterisch anspruchsvolle Aminoxid-Funktion reagiert bevorzugt mit den besser zugänglichen Wasserstoffatomen. Somit führt die Reaktion selektiv zu den niedrig-substituierteren Alkenen und folgt dabei der Hofmann-Regel.
Einige Beispiele für cyclische Verbindungen führen nochmals die stereochemischen Voraussetzungen vor Augen, um einen fünfgliedrigen, cyclischen Übergangszustand zu erreichen, und zeigen den Einfluss grosser Substituenten:
Für weitere Beispiele wird auf ein frühe Übersicht der Cope-Eliminierung und ähnlicher Reaktionen von DePuy und King verwiesen (Chem. Rev. 1960, 60, 432. DOI).
Eine nützliche Ausnahme der Bevorzugung von besser zugänglichen Wasserstoffatomen kann in der Umsetzung von Edukten mit β-Phenylgruppen (allgemein: elektronenziehende Gruppen) beobachtet werden:
Im Vergleich mit Reaktionsraten von alkyl-substituierten Verbindungen, ist diejenige in Gegenwart von Phenylgruppen um einen Faktor von etwa 100 grösser. Phenyl und andere elektronenziehende Gruppen erniedrigen die Elektronendichte der Kohlenstoff-Wasserstoff-Bindung und erhöhen dadurch die Acidität des Wasserstoffes. Solche Gruppen stabilisieren zudem den Übergangszustand. Berechnete Energien für mögliche Übergangszustände deuten darauf hin, dass die Cope-Eliminierung leicht asynchron verläuft und dass die Übertragung des Wasserstoffatoms knapp vor den anderen Bindungsumlagerungen stattfindet (I. Komaromi, J. M. Tronchet, J. Phys. Chem. A 1997, 101, 3554).
Ein wichtiger Einflussfaktor auf die Reaktionsrate übt zudem das Lösungsmittel aus. Die Cope-Eliminierung ist ausserordentlich empfindlich auf Lösungsmitteleffekte: millionenfache Beschleunigungen können festgestellt werden, wenn von einem protischen hin zu einen aprotischen Lösungsmittel gewechselt wird. Innerhalb aprotischer Lösungsmittel nimmt mit sinkender Polarität die Reaktionsrate stark zu. Die Verlangsamung der Cope-Eliminierung in protischen Lösungsmitteln kann auf Wasserstoffbrücken zwischen Lösungsmittel und dem Aminoxid zurückgeführt werden. Ein vollständig solvatisiertes Aminoxid in einem protischen Lösungsmittel wie MeOH kann sogar energetisch günstiger sein als die Produkte, was dann die retro-Cope-Eliminierung bevorzugt (O. Acevedo, W. L. Jorgensen, J. Am. Chem. Soc. 2006, 101, 6141):