При протекании реакций элиминирования в органической химии нередко возможно образование нескольких продуктов, различающихся положением двойной связи. В таких случаях направление реакции подчиняется определённым стерео- и региохимическим закономерностям. Одним из наиболее фундаментальных эмпирических обобщений является правило Зайцева.
Согласно правилу Зайцева, при отщеплении галогена или другой уходящей группы и водорода от соседнего атома углерода преимущественно образуется наиболее замещённый алкен. Это объясняется термодинамической устойчивостью алкенов: чем больше алкилзаместителей связано с атомами углерода при двойной связи, тем выше стабилизация молекулы за счёт гиперконъюгации и индуктивного эффекта.
Пример: при дегидрогалогенировании 2-бромбутана под действием сильного основания преимущественно образуется 2-бутен (как цис-, так и транс-изомеры), а не 1-бутен, поскольку двойная связь во втором случае более замещённая и устойчивая.
Правило Зайцева находит особенно чёткое проявление в реакциях E1-элиминирования, где образование карбокатионного интермедиата позволяет системе достичь термодинамически наиболее выгодного продукта. В механизме E2-элиминирования влияние правила Зайцева также заметно, однако здесь большую роль играет геометрия молекулы и анти-перипланарная ориентация связей.
Несмотря на широкое применение, правило Зайцева не является абсолютным. В ряде случаев наблюдается преимущественное образование менее замещённого алкена. Это явление связано с особенностями структуры основания, природы уходящей группы или специфических условий реакции.
Основные исключения:
Правило Гофмана является противоположным по направлению к правилу Зайцева. Согласно правилу Гофмана, при элиминировании в ряде случаев главным продуктом оказывается наименее замещённый алкен.
Основная причина заключается в стерических и кинетических факторах. При действии объёмных оснований затруднён доступ к β-водороду, находящемуся возле более замещённого атома углерода. Поэтому отщепление протона происходит с наименее загруженной позиции, что ведёт к образованию менее замещённого алкена.
Пример: при обработке 2-йодбутана трет-бутоксидом калия в качестве основного продукта получается 1-бутен, а не 2-бутен.
Правило Гофмана также проявляется в реакциях четвертичных аммониевых гидроксидов (реакция Гофмана), где отщепление протона приводит к образованию преимущественно наименее замещённого алкена.
Таким образом, соотношение продуктов реакции элиминирования определяется балансом между термодинамическими факторами (стабильность алкена) и кинетическими факторами (доступность β-протона для основания). Управление этими условиями позволяет направленно регулировать ход реакций и синтетически контролировать образование нужных продуктов.