Reacciones orgánicas y mecanismos
Un mecanismo de reacción es la secuencia paso a paso de rupturas y formaciones de enlaces que explica cómo los reactivos se convierten en productos. Describir el mecanismo permite predecir productos, regio- y estereoquímica y velocidades.
Ruptura de enlaces
| Ruptura | Reparto de electrones | Intermedios |
|---|---|---|
| Homolítica | Cada átomo se lleva un electrón | Radicales (·) |
| Heterolítica | Un átomo se lleva ambos electrones | Cationes y aniones |
Las flechas curvas representan el movimiento de electrones: la doble (↷) un par; la sencilla (medio anzuelo) un solo electrón.
Nucleófilos, electrófilos e intermedios
- Nucleófilo: rico en electrones, ataca centros pobres (OH⁻, NH₃, CN⁻; base de Lewis).
- Electrófilo: deficiente en electrones, acepta electrones (H⁺, carbocationes, Br₂ polarizado; ácido de Lewis).
- Intermedios reactivos:
- Carbocationes (C⁺): estabilidad 3° > 2° > 1°.
- Carbaniones (C⁻).
- Radicales (C·): estabilidad 3° > 2° > 1°.
Sustitución nucleófila
R–X + Nu⁻ → R–Nu + X⁻
| SN2 | SN1 | |
|---|---|---|
| Etapas | 1 (concertada) | 2 (vía carbocatión) |
| Cinética | 2º orden, v = k[R-X][Nu] | 1er orden, v = k[R-X] |
| Sustrato favorable | Primario | Terciario |
| Estereoquímica | Inversión (Walden) | Racemización |
| Disolvente | Aprótico polar | Prótico polar |
Eliminación
Pérdida de dos grupos vecinos → formación de un doble enlace (alqueno).
| E2 | E1 | |
|---|---|---|
| Etapas | 1 (concertada) | 2 (vía carbocatión) |
| Cinética | 2º orden | 1er orden |
| Base | Fuerte | Débil |
| Regioselectividad | Producto Zaitsev (alqueno más sustituido) | Zaitsev |
- SN/E compiten: sustrato, fuerza/voluminosidad de la base y temperatura deciden.
Adición a alquenos
El doble enlace (rico en electrones) es atacado por electrófilos.
CH₂=CH₂ + HBr → CH₃–CH₂Br
- Adición electrofílica: el H⁺ se adiciona primero formando el carbocatión más estable.
- Regla de Markovnikov: el H se une al carbono que ya tiene más hidrógenos (el carbocatión más estable manda).
- Anti-Markovnikov: con peróxidos (mecanismo radicalario) se invierte la orientación.
- Otras adiciones: hidrogenación (H₂/Pt), halogenación (Br₂), hidratación (H₂O/H⁺).
Reacciones radicalarias
Mecanismo en tres fases:
- Iniciación: ruptura homolítica (luz o calor) → radicales (Cl· ).
- Propagación: el radical reacciona y genera otro radical.
- Terminación: dos radicales se combinan.
Ejemplo: halogenación de alcanos CH₄ + Cl₂ →(hν) CH₃Cl + HCl. Base también de la polimerización radicalaria.
Oxidación y reducción en orgánica
- Oxidación: gana enlaces a O o pierde enlaces a H.
alcohol 1° → aldehído → ácido carboxílico - Reducción: gana enlaces a H o pierde enlaces a O.
aldehído/cetona → alcohol(con H₂, LiAlH₄, NaBH₄). - Estados de oxidación del carbono según sus enlaces a heteroátomos.