Qumica orgnica I

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Qumica Orgnica I Nicols G. Orsetti

Qumica orgnica I

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Objetivo

Este apunte contiene un resumen de algunas nociones bsicas englobadas en el amplio mundo de la qumica orgnica. Su objetivo es complementar el estudio durante la cursada, aclarando y facilitando el entendimiento de todo el contenido dictado por la ctedra durante las clases de teora-seminario. Sin embargo, el alumno nunca debe perder de vista que este escrito es una simple visin global de los temas abordados durante la cursada y de ninguna manera reemplaza a los libros que recomienda la ctedra.

Nicols G. Orsetti

Temas contenidos en el apunte

Principales grupos funcionales. Descripcin de los enlaces qumicos. Descripcin de orbitales atmicos. Introduccin a las reacciones qumicas. Estabilidad de los carbocationes. Descripcin de los nuclefilos y grupos salientes. Postulado de Hammond. Reacciones de sustitucin radicalaria. Reacciones de sustitucin nucleoflica aliftica. Aromaticidad. Reacciones de sustitucin nucleoflica aromtica. Reacciones de sustitucin electroflica aromtica. Efectos de los sustituyentes en los anillos aromticos. Reacciones de eliminacin. Competencia entre las reacciones de sustitucin nucleoflica aliftica y de eliminacin.

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Tabla de grupos funcionales principales En los lugares de las estructuras donde figura una R debe colocarse una cadena de al menos un C. En los lugares que queden incompletos puede adicionarse H o una cadena de C. En los lugares de las estructuras donde figure una X debe colocarse un halgeno.

Estructura Familia Estructura Familia

C C

Alcanos R O R teres

C C

Alquenos N

Aminas

C C Alquinos

C

NR

Iminas

Benceno y derivados

C C

N

Enaminas

C X

Halogenuros de alquilo

NH2

Anilinas (Arilaminas)

C C

XHalogenuros

vinlicos C

O

OH

cidos carboxlicos

C C

XHalogenuros

allicos C

O

O R

steres

C

O

HAldehidos C

X

O

Halogenuros de acilo

C

O

RR

CetonasC

O

N

Amidas

R OH Alcoholes CO R

O

C

O

R

Anhdridos

C C

OH

Enoles R C N Nitrilos

OH

Fenoles C C

OH

R

R

N Cianohidrina

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Enlaces qumicos y descripcin de los orbitales atmicos

Sabemos que los tomos se unen porque los compuestos resultantes tienen menor energa y, por lo tanto, son ms estables que los tomos separados. La energa siempre fluye fuera del sistema qumico cuando se forma un enlace y, por el contrario, debe agregarse energa al sistema para romper un enlace qumico. La generacin de enlaces siempre libera energa y el rompimiento de enlaces siempre absorbe energa. Sabemos por medio de la observacin que ocho electrones (un octeto de electrones) en la capa ms externa de un tomo, o capa de valencia, otorga una estabilidad especial a los elementos de los gases nobles de la tabla peridica. Adems, la qumica de los elementos de los grupos principales est regida por su tendencia a adquirir la configuracin electrnica del gas noble ms cercano. Cuando un elemento pierde electrones para ganar configuracin de gas noble formando un catin, mientras que otro elemento gana esos electrones para ganar configuracin de gas noble formando as un anin, los iones resultantes se mantienen unidos en un compuesto por medio de una atraccin electrosttica llamada enlace inico. Sin embargo, el carbono no se une a otros tomos por medio de enlaces inicos, ya que requerira mucha energa ganar o perder cuatro electrones para adquirir configuracin de gas noble. De esta manera, el carbono se une a otros tomos compartiendo electrones. A tipo de unin se la llama enlace covalente y al conjunto neutro de tomos unidos por enlaces de este tipo se lo denomina molcula. La teora de enlace-valencia es el modelo ms simple y fcil de visualizar y es el ms utilizado para describir un enlace covalente. De acuerdo a esta teora, se forma un enlace covalente cuando dos tomos se aproximan mucho entre s y un orbital ocupado por un electrn en un tomo se traslapa con un orbital ocupado por un electrn en el otro tomo. Los electrones quedan apareados en los orbitales que se traslapan y son atrados por los ncleos de ambos tomos, de tal manera que stos quedan unidos. Existen cuatro tipos de orbitales, que se indican por s, p, d, f, cada uno con una forma diferente. De los cuatro, nos interesan principalmente los orbitales s y p, porque son los ms importantes en la qumica orgnica bsica. Los orbitales en un tomo estn organizados dentro de diferentes niveles electrnicos o capas, sucesivamente de mayor tamao y energa. Diferentes niveles contienen nmeros y tipos diferentes de orbitales y cada orbital dentro de cada nivel o capa puede ser ocupado por dos electrones. Los orbitales s son simtricamente esfricos alrededor del ncleo atmico y por convencin tienen signo positivo. Los orbitales p no son simtricos y consisten en dos volmenes espaciales en forma de lbulos (un lbulo positivo y otro negativo), con el ncleo entre ellos. Hay tres orbitales p y a cada uno se le asigna una direccin segn las coordenadas cartesianas: px, py, pz. Los cinco orbitales d tienen formas ms complejas. Tres de ellos estn situados entre los ejes cartesianos y los otros dos estn orientados a lo largo de los ejes. En todos los casos, el ncleo se encuentra en la interseccin de los ejes. Cuatro de los cinco orbitales d (dxy, dxz, dyz, dx

2- y

2) tienen forma de trbol de cuatro hojas y el quinto orbital (dz

2) tiene una forma ms compleja. Los orbitales f son todava ms complejos que los d. Hay siete orbitales f y como casi nunca intervienen en enlaces, no sern examinados en este apunte.

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La primera capa contiene un nico orbital s (1s) y puede contener nicamente 2 electrones. La segunda capa puede contener un orbital 2s y tres orbitales 2p y un total de 8 electrones. La tercera capa puede contener un orbital 3s, tres orbitales 3p y cinco orbitales 3d, para una capacidad total de 18 electrones.

Los orbitales s de los tomos tienen forma esfrica. El traslape de dos orbitales s ocupados cada uno por un electrn tiene la forma de huevo extendido (dos esferas presionadas entre s), formando un enlace cilndrico. A este tipo de enlace se lo llama enlace sigma ().

El carbono tiene cuatro electrones de valencia, forma cuatro enlaces y posee dos tipos de orbitales para unirse (2s y 2p). Matemticamente, pueden combinarse un orbital s y tres orbitales p en un tomo, o hibridar, para formar cuatro orbitales atmicos equivalentes con orientacin tetradrica, formando un ngulo aproximado de 109 entre s, llamados hbridos sp3. Cuando se acercan entre s dos carbonos con hibridacin sp3, forman un enlace sencillo por traslape de los orbitales sp3-sp3, en la que los carbonos comparten dos electrones. Aunque la hibridacin sp3 es el estado electrnico ms comn del carbono, no es la nica posibilidad. Si el orbital 2s del carbono slo se combina con dos orbitales 2p de los tres disponibles, el resultado son tres orbitales hbridos sp2 y un orbital p que permanece sin cambios. Los orbitales sp2 estn en un plano y forman un ngulo aproximado de 120 entre s, con el orbital p restante perpendicular al plano sp2. Cuando se acercan entre s dos carbonos con hibridacin sp2, forman un enlace por traslape frontal de los orbitales sp2-sp2. Al mismo tiempo, los orbital p no hibridados en cada carbono tambin se traslapan de forma lateral, llevando a la formacin de un enlace pi (). La combinacin de un enlace sp2-sp2 y un enlace 2p-2p resulta en la formacin de un doble enlace en la que los carbonos se comparten cuatro electrones.

+

Orbital s Orbital p

Orbitales d

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Adems de formar enlaces sencillos y dobles al compartir dos o cuatro electrones respectivamente, el carbono tambin puede formar un enlace triple al compartir seis electrones. En lugar de combinarse con dos o tres orbitales p, el orbital 2s del carbono hibrida solamente con un orbital p, obtenindose dos orbitales sp y dos orbitales p que permanecen sin cambios. Los dos orbitales sp estn orientados a 180 en el eje x, mientras que los dos orbitales p restantes son perpendiculares en los ejes y, z. Cuando se acercan dos tomos de carbonos con hibridacin sp, los orbitales hbridos sp de cada carbono se traslapan frontalmente para formar un enlace sp-sp; adems los orbitales pz de cada carbono forman un enlace pz-pz al traslaparse lateralmente y los orbitales py se traslapan de manera similar para formar un enlace py-py. El efecto neto es la formacin de un triple enlace en la que los carbonos se comparten seis electrones.

Enlace simple Los orbitales hbridos sp3 de cada carbono se traslapan de forma frontal formando un enlace sencillo sp3-sp3.

Enlace doble Los orbitales hbridos sp2 de cada carbono se traslapan de forma frontal formando un enlace sp2-sp2 y los orbitales p de cada carbono se traslapan de manera lateral formando un enlace pz-pz. El efecto neto es la formacin de un enlace doble carbono-carbono.

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Enlace triple Los orbitales hbridos sp de cada carbono se traslapan de forma frontal formando un enlace sp-sp. Adems los orbitales pz de cada carbono forman un enlace pz-pz al traslaparse lateralmente y los orbitales py se traslapan de manera similar para formar un enlace py-py. El efecto neto es la formacin de un triple enlace carbono-carbono.

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Introduccin a las reacciones qumicas

Las reacciones de la qumica orgnica pueden organizarse en dos maneras generales: por los tipos de reacciones y cmo ocurren estas reacciones. Hay cuatro tipos generales de reacciones orgnicas: adicin, eliminacin, sustitucin y rearreglos. Las reacciones de adicin tienen lugar cuando dos reactivos se adicionan uno al otro para formar un solo producto sin tomos sobrantes. Las reacciones de eliminacin son, de cierta forma, el opuesto de las reacciones de adicin y ocurren cuando un reactivo nico se separa en dos productos. Las reacciones de sustitucin ocurren cuando dos reactivos intercambian partes para formar dos nuevos productos. Las reacciones de rearreglo tienen lugar cuando un reactivo nico experimenta una reorganizacin de enlaces y tomos para formar un producto isomrico. Se llama mecanismo de reaccin a una descripcin general de cmo ocurre una reaccin. Un mecanismo describe en detalle lo que pasa en cada etapa de la transformacin qumica, as como cuales enlaces se rompen y cuales se forman y en qu orden, adems de indicar la rapidez relativa de las etapas. En un mecanismo deben tenerse en cuenta todos los reactivos utilizados y todos los productos que se forman. Todas las reacciones qumicas involucran la ruptura y formacin de enlaces. Fundamentalmente, hay dos maneras en las que pueden romperse un enlace covalente de dos electrones; un enlace puede romperse de una forma simtrica electrnicamente de tal manera que un electrn permanece en cada fragmento producido o un enlace puede romperse en una forma asimtrica electrnicamente de tal manera que ambos electrones del enlace permanecen en un solo fragmento del producto, dejando al otro fragmento con un orbital vaco. Se considera que el rompimiento simtrico es homoltico y que el rompimiento asimtrico es heteroltico. Adems, existen dos formas en las que puede formarse un enlace covalente de dos electrones. Un enlace puede formarse en una manera simtrica electrnicamente si cada reactivo dona un electrn al nuevo enlace, o una forma asimtrica si un reactivo dona los dos electrones enlazantes. Se llaman reacciones por radicales a los procesos que involucran rompimientos y formaciones de enlaces simtricos. Un radical es una especie qumica neutra altamente reactiva que contiene un nmero impar de electrones en su capa de valencia y, por lo tanto, tiene slo un electrn sin aparear en uno de sus orbitales (no cumple con el octeto completo estable de un gas noble).

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Se llaman reacciones polares a los procesos que involucran rompimientos y formaciones de enlaces asimtricos. Estas reacciones involucran especies que contienen un nmero par de electrones y, por lo tanto, nicamente tienen pares de electrones en sus orbitales. Las reacciones polares tienen lugar debido a las atracciones elctricas entre los centros positivos y negativos en los grupos funcionales presentes en las molculas. Los enlaces se forman cuando un tomo rico en electrones comparte un par de electrones con un tomo pobre en electrones, y los enlaces se rompen cuando un tomo sale con ambos electrones del enlace formado. En las reacciones polares, los electrones se mueven desde una fuente nucleoflica (Nu-) hasta un pozo electroflico (E+). La fuente nucleoflica siempre debe tener disponible un par de electrones, como un enlace mltiple (enlaces ) o en un par no enlazado. El pozo electroflico debe ser capaz de aceptar un par de electrones, y es usual que tenga un tomo cargado positivamente o un tomo polarizante en un grupo funcional. Ms adelante se ver una descripcin ms detallada sobre nuclefilos y electrfilos. Las reacciones por radicales son menos comunes que las reacciones polares, pero son igual de importantes en procesos industriales y reacciones biolgicas.

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Estabilidad de carbocationes

Los carbocationes (y los radicales) ms sustituidos son ms estables que los menos sustituidos por dos efectos: inductivo e hiperconjugacin. Los efectos inductivos resultan del desplazamiento de electrones a travs de un enlace (sigma) en respuesta de la electronegatividad de los tomos cercanos. Los electrones de un grupo alquilo ms grande y polarizable pueden desplazarse ms fcilmente hacia la carga positiva vecina que el electrn de un hidrogeno; por lo tanto, cuanto ms grupos alquilo estn enlazados a un carbono cargado positivamente, ms densidad electrnica se desplaza hacia la carga y ocurre una mayor estabilizacin inductiva del catin. El efecto de hiperconjugacin es la interaccin de estabilizacin entre un orbital p vaco y el enlace C-H vecino lleno en un sustituyente. Cuantos ms grupos alquilo haya en un carbocatin, hay mayores posibilidades para la hiperconjugacin y es ms estable el carbocatin. Slo los enlaces C-H casi paralelos al orbital p vaco del catin estn orientados apropiadamente para participar en al hiperconjugacin. Los carbocationes allicos y benclicos logran una estabilizacin adicional por medio de estructuras resonantes que deslocalizan la carga positiva en la molcula, haciendo que sta posea menor energa potencial. El orden de estabilidad de los carbaniones es inverso al de los carbocationes y radicales debido a que los efectos inductivos intensifican la carga negativa del anin, hacindolo ms inestable. La estabilizacin por efecto de hiperconjugacin no es posible ya que todos los orbitales p del carbono estn llenos.

Orden de estabilidad de carbocationes

C C+

Vinlico

C+

H

H

H Metilo

C+

H

R

H

Alquilo 1

C+

R

R

H

Alquilo 2

C C

C+

H

H

Allico 1

C+

H

H

Benclico 1

C+

R

R

R

Alquilo 3

C C

C+

R

H

Allico 2

C+

R

H

Benclico 2

C C

C+

R

R

Allico 3

C+

R

R

Benclico 3

+

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Nuclefilos y grupos salientes

Un buen grupo saliente es aquella especie que, una vez expulsada fuera de la molcula a la que estaba enlazada, no dona fcilmente su par de electrones libres, es decir, no reacciona fcilmente. Esta propiedad se debe a que los buenos grupos salientes son especies electroatractoras fuertes y son bases dbiles (bases conjugadas de cidos fuertes).

Para referirse a las especies tanto ricas como pobres en electrones involucradas en las reacciones polares, los qumicos utilizan las palabras nuclefilo y electrfilo respectivamente. Un nuclefilo (sustancia que es amante del ncleo) es una especie rica en electrones que puede ser polarizada y formar un enlace al donar un par de electrones a una especie deficiente en ellos, es decir, a un electrfilo. ste ltimo es una especie amante de electrones que puede polarizar a un nuclefilo para formar un enlace con l y as aceptar un par de electrones. Los nuclefilos pueden estar cargados negativamente o ser neutros y los electrfilos pueden estar cargados positivamente o ser neutros.

Tendencias de la nucleofilicidad: La nucleofilicidad es casi paralela a la basicidad cuando se comparan los nuclefilos que tienen el mismo tomo reactivo o que pertenecen al mismo perodo en la tabla peridica. Mientras ms bsica es una especie, mayor es su tendencia a donar sus electrones de valencia para formar un enlace con otra especie. La nucleofilicidad es paralela a la polarizabilidad. Por lo general, la nucleofilicidad se incrementa al ir descendiendo en una columna de la tabla peridica. Al descender en la tabla peridica, los elementos tienen sus electrones de valencia en capas sucesivamente ms grandes y, a su vez, stos estn de manera sucesiva ms alejados de los ncleos, se mantienen con menos firmeza y, en consecuencia, son ms reactivos. La nucleofilicidad es inversa a la electronegatividad (tendencia de un tomo a atraer electrones compartidos con otro tomo).

H2N- / CH3O

-

/ HO- / F

- / Cl

- / Br

- / I

- / H2O / TSO(tosilato)

+Facilidad para salir de la molcula

Malos grupos salientes Buenos grupos salientes

+Facilidad para donar un par de electrones

BASICIDAD

GRUPOS SALIENTES

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Por lo general, los nuclefilos cargados negativamente son ms reactivos que los neutros. Comparando nuclefilos que tienen el mismo tomo reactivo, los menos ramificados (ms pequeos) son ms reactivos ya que tienen menor repulsin estrica y son ms veloces a la hora de atacar a un electrfilo.

F-

Cl-

Br-

I-

OH-

SH-

NH2-

PH2-

CH3-

+

+

Nucleofilicidad

Nucle

ofilicid

ad

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Postulado de Hammond

Por qu la estabilidad del intermediario afecta la rapidez de la reaccin y la estructura del producto final? Es verdad que, al comparar dos reacciones similares, el intermediario ms estable se forma con ms rapidez que el intermediario menos estable. El postulado de Hammond propone una posible explicacin para esto. Aunque en realidad no podemos observar los estados de transicin debido a que no tienen un tiempo de vida finito, el postulado de Hammond dice que podemos tener una idea de la estructura de stos al observar la estructura de la especie estable ms cercana en energa.

En una reaccin endotrmica, el nivel de energa del estado de transicin es ms cercano al del producto que al del reactivo. Debido a esto, hacemos la suposicin de que tambin es ms parecido en forma estructural. En otras palabras: el estado de transicin para una etapa endotrmica de una reaccin se parece en forma estructural al producto de esa etapa.

De manera inversa, el estado de transicin para una reaccin exotrmica es ms cercano energticamente y, por lo tanto, en forma estructural, al reactivo que al producto. Entonces, decimos que el estado de transicin para una etapa exotrmica de una reaccin se parece en forma estructural al reactivo de esa etapa.

Finalmente, el postulado de Hammond establece que la estructura de un estado de transicin se parece a la especie estable ms cercan en energa. Los estados de transicin para las etapas endotrmicas se parecen en forma estructural a los productos, y los estados de transicin para las etapas exotrmicas se parecen en forma estructural a los reactivos. En consecuencia, el estado de transicin de la etapa determinante de la velocidad de reaccin siempre se parece estructuralmente al intermediario y cualquier factor que estabilice a este intermediario, estabilizar al estado de transicin. Esto implica una energa de activacin menor y mayor velocidad de reaccin.

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Resumen: el estado de transicin siempre se parece estructuralmente a la especie estable ms cercana en energa y cualquier factor que estabilice a este intermediario, tambin estabilizar al estado de transicin. Un intermediario ms estable, implica un estado de transicin de menor energa, menor energa de activacin y mayor velocidad de reaccin.

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Reaccin de sustitucin radicalaria

Los haluros de alquilo estructuralmente sencillos pueden preparase por la reaccin de un alcano con Cl2 o Br2 en presencia de luz de longitud de onda adecuada a travs de una reaccin en cadena por radicales. Las reacciones de sustitucin de radicales requieren tres pasos: iniciacin, propagacin y terminacin. Una vez que el paso de iniciacin ha comenzado, la reaccin contina en un ciclo autosostenido. El ciclo se termina ocasionalmente por la combinacin de dos radicales.

Cloracin: por su poca selectividad, es un mtodo deficiente para la preparacin de haluros de alquilo. Inevitablemente se obtienen mltiples productos monosustituidos y polisustituidos, siendo una reaccin realmente til slo cuando es posible obtener un nico producto de reaccin. Bromacin: es una reaccin menos exotrmica y ms lenta que la cloracin. Al ser una reaccin selectiva, se obtiene una mayor proporcin del producto que proviene del intermediario radical ms estable (3 > 2 > 1 > CH3). Generalmente, no se obtienen grandes proporciones de productos polibromados. Por eso la bromacin es un procedimiento ms til que la cloracin en la sntesis orgnica.

X2 X X+

R

XR

X

X X R X

R H X H+ +

+ +

X

X X

R

R

R R R

R X

X X+

++

Iniciacin:

Propagacin:

Terminacin:

Ruptura homoltica (paso limitante de la reaccin)

Ciclo autosostenido

Etapa poco probable

X = Cl, Br

h

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Las diferencias de selectividad entre la cloracin y la bromacin radicalaria pueden entenderse observando los diagramas de energa. En el caso de la cloracin, la diferencia de energa de los estados de transicin para llegar a uno u otro intermediario radical alquilo es muy pequea, por lo que es indistinto energticamente formar cualquiera de los intermediarios para llegar a los distintos productos. En cambio en la bromacin, la diferencia de energa de los estados de transicin para llegar a uno u otro intermediario radical alquilo es ms grande y, adems, el paso de formacin de este ltimo es ligeramente endotrmico. Por el postulado de Hammond, el estado de transicin para la bromacin es muy parecido en energa al intermediario radical alquilo. Entonces, mientas ms estable sea el radical alquilo, ms estable ser el estado de transicin para llegar a dicho intermediario, menor ser la energa de activacin, aumentando la velocidad de reaccin. Fluoracin: es tan fuertemente exotrmica que resulta difcil llevar a cabo una reaccin con flor controlada en el laboratorio. La energa liberada es suficiente para romper todos los enlaces C-H y as obtener productos perfluorados. Los enlaces se rompen tan rpidamente que se producen grandes incrementos de temperatura, haciendo que la formacin descontrolada de radicales termine en explosiones. Yodacin: la reaccin con yodo es el extremo opuesto a la fluoracin. La reaccin es endotrmica y no se registran productos a temperaturas ordinarias.

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Reacciones de sustitucin nucleoflica

Las reacciones de sustitucin ocurren cuando dos reactivos intercambian partes para formar dos nuevos productos. Dentro de esta gran familia, las reacciones de sustitucin nucleoflica son de las ms comunes y verstiles en la qumica orgnica. En toda reaccin qumica existe una relacin directa entre la rapidez a la cual ocurre la reaccin y las concentraciones de los reactivos. Cuando medimos esta relacin, medimos la cintica de la reaccin. A las reacciones en las cuales la cintica o velocidad de reaccin depende nicamente de la concentracin de sustrato sin importar la concentracin de reactivo (nuclefilo) se las llama reacciones de primer orden (SN1). En cambio, a las reacciones en las cuales la cintica o velocidad de reaccin depende tanto del sustrato como del reactivo (nuclefilo) se las llama reacciones de segundo orden (SN2).

Cuadro comparativo entre la sustitucin nucleoflica unimolecular (SN1) y bimolecular (SN2)

SN2 SN1

MecanismoUn solo paso sin

intermediarioDos pasos con intermediario

CinticaDepende del sustrato y

nuclefiloSlo depende del sustrato

EstereoqumicaInversin total de la

configuracinRacemizacin

Sustrato CH3 > 1 > 2 > 3 3 > 2 > 1 > CH3

Nuclefilo FuerteEs igual de efectivo que sea

fuerte o dbil

Grupo saliente Poco bsico Poco bsico

Disolvente Polar aprtico Polar prtico

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Reaccin de sustitucin nucleoflica bimolecular (SN2)

Un nuclefilo fuerte ataca al sustrato desde una direccin opuesta al grupo saliente. A medida que el nuclefilo entra en un lado del sustrato y se une al carbono, el grupo saliente se separa por el otro lado, invirtindose la configuracin estereoqumica del carbono.

Caractersticas de las reacciones SN2: La reaccin se lleva a cabo en un solo paso sin formacin de intermediarios cuando el nuclefilo entrante reacciona con el sustrato. La cintica o velocidad de reaccin es de segundo orden, es decir, depende tanto de la concentracin de sustrato como de reactivo (nuclefilo). Luego de la reaccin, la configuracin estereoqumica del carbono se invierte. El ataque del nuclefilo al sustrato involucra la formacin de enlaces parciales entre el nuclefilo entrante y el tomo de carbono del sustrato. Entonces, si este ltimo es impedido y voluminoso, dificulta la aproximacin del nuclefilo para formar el nuevo enlace, y en consecuencia, la velocidad de reaccin es lenta. Por lo tanto, la reaccin se ver favorecida cuando el sustrato sea menos voluminoso e impedido. Los sustratos metilo y primario reaccionan rpidamente; los sustratos secundarios reaccionan lentamente y los terciarios no reaccionan en una SN2 (velocidad: CH3 > 1 > 2 > 3). Los nuclefilos fuertes (bsicos cargados negativamente) son mas reactivos y, como la cintica de la reaccin es de segundo orden, incrementan la velocidad de reaccin. Otra variable que afecta a la reaccin SN2 es la naturaleza del grupo saliente desplazado por el nuclefilo. Los grupos salientes buenos, es decir, poco bsicos (estabilizan mejor la carga negativa) aumentan la velocidad de reaccin. Finalmente, la rapidez de las reacciones SN2 es afectada fuertemente por el disolvente. Los disolventes prticos son los peores para estas reacciones porque solvatan al nuclefilo reactivo. Las molculas del disolvente forman enlaces por puente de hidrgeno con el nuclefilo y forman una "jaula" alrededor de l, por lo que disminuyen su energa y reactividad. En consecuencia, la mejor opcin es utilizar un disolvente polar aprtico.

Ejemplo:

Nu-

+ X

H

R

R

Nu

H

R

R

+ X-

C ClR

H

H

+ KI C IRH

H

KCl+

R Br + NH3 R NH2 + BrH

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Reaccin de sustitucin nucleoflica unimolecular (SN1)

Caractersticas del mecanismo SN1: El mecanismo consta de dos pasos. El paso limitante de la velocidad es la prdida espontanea del grupo saliente y formacin del carbocatin intermediario. Esto ocurre antes de que el nuclefilo se aproxime al sustrato. Inmediatamente ocurre el siguiente paso (etapa rpida de la reaccin) en el cual el nuclefilo ataca al carbocatin intermediario para formar una especie neutra. Debido a que en el paso determinante de la velocidad de reaccin no interviene el nuclefilo, (el ataque de ste es posterior a la formacin del carbocatin intermediario) la cintica de la reaccin es de primer orden, es decir, slo depende de la concentracin de sustrato. Debido a que una reaccin SN1 ocurre a travs de un carbocatin intermediario que es aquiral y plano (hibridacin sp2), si llevamos a cabo una reaccin de este tipo en un enantimero (posee actividad ptica), el producto de reaccin esperado debe ser pticamente inactivo. El carbocatin intermediario simtrico puede reaccionar con un nuclefilo igualmente bien desde cualquier lado, lo que conduce a una mezcla racmica 50:50 de enantimeros. Sin embargo, en la prctica esto no ocurre exactamente y siempre se obtiene un porcentaje mayor de uno de los enantimeros que del invertido. De acuerdo al postulado de Hammond, cualquier factor que estabiliza al intermediario tambin estabiliza el estado de transicin que conduce a ese intermediario y disminuye la velocidad de reaccin. Dado que el paso limitante de la rapidez en una reaccin SN1 es la formacin del carbocatin intermediario, la reaccin se ver favorecida siempre y cuando se forme un carbocatin ms estabilizado. Entonces, una reaccin SN1 ser rpida si el sustrato de partida es terciario; lenta si el sustrato es secundario y nunca ocurrir si el sustrato es primario o metilo (velocidad: 3 > 2 > 1 > CH3). La naturaleza del nuclefilo no juega un papel importante en este tipo de reacciones ya que en el paso limitante de la velocidad de una reaccin SN1 no interviene el nuclefilo. Por eso los nuclefilos neutros son igual de efectivos que los cargados negativamente. Al igual que en las reacciones SN2, los buenos grupos salientes aumentan la rapidez de reaccin.

C X

R

R

R X-

+ C+R

R

R C Nu

R

R

R + HXNuH

Etapa lenta: prdida del grupo saliente y formacin

del carbocatin intermediario.

Etapa rpida: ataque nucleoflico al carbocatin.

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Las reacciones SN1 ocurren muchos ms rpidamente en disolventes fuertemente polares que en disolventes menos polares. Los disolventes polares prticos estabilizan al carbocatin intermediario por solvatacin. Por el postulado de Hammond, la estabilizacin del intermediario disminuye la energa del estado de transicin para llegar a ese intermediario, entonces disminuye la energa de activacin de la reaccin y, en consecuencia, aumenta la velocidad de reaccin. Ejemplo: C

R

R

R

OH HCl+ C ClR

R

R

+ H2O

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Aromaticidad

La palabra aromtico se utiliza generalmente para referirse a la clase de compuestos que contienen anillos de seis miembros parecidos a los del benceno con tres enlaces dobles conjugados. Los compuestos aromticos muestran un comportamiento qumico un poco diferente al de los compuestos alifticos. Aunque el benceno es claramente insaturado, es mucho ms estable que los alquenos tpicos y no experimenta las reacciones de alquenos usuales. El benceno es una molcula plana (los seis tomos de carbono tienen hibridacin sp2) con forma de un hexgono regular. La densidad electrnica es idntica en todos los seis enlaces C-C y todos los ngulos de enlace C-C-C son de 120. En trminos de resonancia, el benceno es un hbrido de dos formas equivalentes. Cada carbono tiene un orbital p perpendicular al plano del anillo de seis miembros, y cada orbitales p se traslapa igualmente bien con un orbital p vecino, generando una imagen del benceno en las que los seis electrones p estn completamente deslocalizados alrededor del anillo.

Una molcula es aromtica slo si: Es una molcula cclica con enlaces conjugados. Todos los carbonos del ciclo son planos (hibridacin sp2). Cumple con la regla 4n+2 de Hckel: la molcula tiene un sistema monocclico plano con un total de 4n+2 electrones p (n = 1, 2, 3, 4, 5,...) los cuales se deslocalizan sobre el anillo, es decir, slo pueden ser aromticas las molculas con 2, 6, 10, 14, 18,... electrones p. Las molculas conjugadas planas con 4n electrones p (4, 8, 12, 16,...electrones p) son antiaromticas, se desestabilizan y no poseen resonancia. El concepto general de aromaticidad puede extenderse ms all de los compuestos monocclicos sencillos e incluir anillos aromticos policclicos. La reaccin ms comn de los compuestos aromticos es la sustitucin electroflica aromtica (SEA). Esto es, un electrfilo reacciona con un anillo aromtico y sustituye a uno de los hidrgenos. La reaccin es caracterstica de todos los anillos aromticos y no slo para el benceno o bencenos sustituidos. Los anillos aromticos son inertes a las condiciones de SN1 y SN2 y, por lo general, las reacciones de sustitucin aromtica ocurren por un mecanismo electroflico. Sin embargo, los halogenuros de arilo que poseen sustituyentes atractores de electrones tambin pueden experimentar sustitucin nucleoflica aromtica (SNA).

x

Halogenuro de arilo

X = F, Cl, Br, I

Qumica orgnica I

22

Sustitucin nucleoflica aromtica (SNA)

La sustitucin nucleoflica aromtica slo ocurre si el anillo posee sustituyentes atractores de electrones fuertes como ciano, nitro o cetona (CN, NO2, RCO) en posiciones orto y/o para al grupo saliente. Tales sustituyentes estabilizan al intermediario de Meisenheimer por resonancia, aumentado la velocidad de reaccin (postulado de Hammond). Un sustituyente en meta no ofrece tal estabilizacin por resonancia como para que la reaccin ocurra.

Va Bencino

La reaccin de sustitucin nucleoflica aromtica por el mecanismo va bencino se produce cuando el halobenceno no posee sustituyentes atractores de electrones fuertes que activen el anillo frente a la SNA y se fuerzan las condiciones de reaccin mediante una base fuerte como el amiduro de potasio (KNH2). El primer paso es la desprotonacin del anillo aromtico por medio de una base fuerte, seguido por la eliminacin del grupo saliente, formando el intermediario bencino. Este intermediario es demasiado reactivo, por lo que rpidamente es atacado por un nuclefilo. El paso final es la protonacin del anillo, haciendo que este recupere la aromaticidad.

+ Nu-

+ X-

NuX

-C

Nu

Etapa lenta: ataque nucleoflico y formacin

del intermediario de Meisenheimer. Prdida

de la aromaticidad.

Etapa rpida: recuperacin de la aromaticidad por la

eliminacin del grupo saliente.

El intermediario (no aromtico) cargado negativamente se

encuentra estabilizado por resonancia.

X

X = Cl, Br, I

Nu-

X

HC-

X

C-

Nu Nu

H

H

Nu

C-

Nu

Nu-NuH

NuH

NuH

+

+

HX

HXX = Cl, Br, I

Qumica orgnica I

23

Para que la reaccin sea posible, la posicin orto al grupo saliente siempre debe estar ocupado por H y el anillo no debe tener sustituyentes (si los hay, deben ser donores de electrones).

Ejemplo:

X

KNH2

NH3(l iq)

NH2

+ KX

X = Cl, Br, I

Cl OH

1) NaOH + H2O

2) H3O+

340 oC + 170atm+ NaCl

Qumica orgnica I

24

Sustitucin electroflica aromtica (SEA)

Cloracin: se usa FeCl3 como catalizador, el cual hace a la molcula de Cl2 ms electroflica al polarizarla para dar una especie de FeCl4

-Cl+ que reacciona con el anillo de benceno nucleoflico como si fuera Cl+.

Bromacin: se usa FeBr3 como catalizador, el cual hace a la molcula de Br2 ms electroflica al polarizarla para dar una especie de FeBr4

-Br+ que reacciona con el anillo de benceno nucleoflico como si fuera Br+.

Yodacin: como el yodo no es reactivo frente a los anillos aromticos, debe agregarse un agente oxidante como CuCl2. Esta sustancia acelera la reaccin oxidando el I2 a una especie electroflica ms poderosa que reacciona con el anillo de benceno nucleoflico como si fuera I+.

+ E+ + HB

B-C+

H

E

H

H

H

H

H

H

H

H

H

H

H

E

H

H

H

H

H

Etapa lenta: un par de electrones del anillo del

benceno ataca al electrfilo activado y forma el

intermediario de Wheland.

El intermediario (no aromtico) cargado

positivamente se estabiliza por resoanancia.

Etapa rpida: una base abstrae un protn del intermediario de

Wheland y se forma el producto de sustitucin neutro, haciendo que el anillo recupere

la aromaticidad.

FeCl3

Cl2

Cl

Cl Cl + FeCl3 FeCl4-Cl

++ ClH

BrBr2

FeBr3FeBr4

-Br

+Br Br + FeBr3+ BrH

II+

I2 + CuCl2

I2 + 2 Cu+2

2 I+ + 2 Cu

+

Qumica orgnica I

25

Nitracin: se utiliza una mezcla de cido ntrico y cido sulfrico concentrados, el electrfilo que reacciona con el benceno es el ion nitronio, el cual se genera a partir de la protonacin del cido ntrico y la posterior prdida de agua.

La reaccin de nitracin de un anillo aromtico es importante en el laboratorio debido a que el producto sustituido por un grupo nitro puede reducirse por reactivos como hierro, cinc o estao para producir una arilamina.

Sulfonacin: se utiliza cido sulfrico fumante, una mezcla de H2SO4 y SO3 (7%). El electrfilo que reacciona con el anillo de benceno nucleoflico es SO3H.

Alquilacin de Friedel-Craft: permite introducir un grupo alquilo en el anillo aromtico. A este ltimo se lo trata con un cloruro de alquilo (R-Cl) en presencia de AlCl3 que acta como catalizador para generar el carbocatin electrfilo (R+).

Esta reaccin tiene varias limitaciones: slo pueden utilizarse haluros de alquilo como reactivos (los haluros de arilo y vinlicos no reaccionan ya que los intermediarios de Wheland que se forman durante la reaccin son muy altos en energa); no tiene xito en los sustratos que estn sustituidos por grupos atractores de electrones fuertes como ciano, nitro o cetona (CN, NO2, RCO); a veces ocurre una transposicin del carbocatin intermediario, obtenindose un producto distinto al esperado.

NO2HNO3

H2SO4

HNO3 H2SO4 NO2-OH2+

HSO4-+ +

NO2-OH2+

NO2+

OH2+

SO3HH2SO4

SO3

S+

O

O

O-

+ H2SO4 S+O

O

OH + HSO4-

R

R Cl

AlCl3R Cl + AlCl3 AlCl4

-R

+

+

NO2 NH21) Sn o Fe o Zn HCl (acuoso)

2) HO-

Qumica orgnica I

26

Por ltimo, con frecuencia es difcil detener la reaccin despus de una sola alquilacin, obtenindose productos polisustituidos. Slo se obtiene un alto rendimiento del producto monoalquilado cuando se utiliza un gran exceso de benceno.

CH3CH3I

AlCl3

En exceso de benceno

Acilacin de Friedel-Craft: permite introducir un grupo acilo en el anillo aromtico. A este ltimo se lo trata con cloruro de acilo (RCOCl) en presencia de AlCl3, que acta como catalizador de manera anloga a cmo acta en la alquilacin de Friedel-Craft. Los rendimientos de las acilaciones son altos ya que no se obtienen productos polisustituidos y tampoco ocurren transposiciones del carbocatin intermediario. La nica limitacin es que la reaccin no ocurre si el sustrato est sustituido por grupos atractores de electrones fuertes (CN, NO2, RCO).

R

O

Cl

O

R

AlCl3

Cl

O

R

+ AlCl3 C+

O

R

+ AlCl4+

R

O

RZn(Hg) + HCl

Luego de la acilacin de Friedel-Craft, el sustituyente carbonlico en el anillo puede

reducirse a un sustituyente alqulico mediante una reduccin de Clemmensen.

Qumica orgnica I

27

Efectos de los sustituyentes en el anillo aromtico

Un anillo aromtico puede presentar sustituyentes. stos tienen dos efectos sobre las reacciones de sustitucin que podemos realizar sobre l: En primer lugar, los sustituyentes pueden afectar la reactividad del anillo aromtico, hacindolo ms o menos reactivo ante las sustituciones. En segundo lugar, los sustituyentes afectan la orientacin de la reaccin de sustitucin. Hay tres posiciones posibles en el anillo: orto, meta y para, y los productos de reaccin no se forman en cantidades iguales. La naturaleza del sustituyente ya presente en el benceno determina la posicin de la segunda sustitucin. La reactividad y la orientacin en las sustituciones aromticas son controladas por una interaccin entre los efectos inductivos y de resonancia. Un efecto inductivo es la atraccin o donacin de electrones a travs de un enlace debido a la electronegatividad. En cambio, el efecto de resonancia (mesomrico) es la atraccin o donacin de electrones a travs de un enlace debido al traslape de un orbital p en un sustituyente con un orbital p en el anillo aromtico. Otro tema a tener en cuenta es que los efectos inductivos y mesomrico no actan necesariamente en la misma direccin. La caracterstica comn de todo los grupos activadores del anillo aromtico frente a la SEA es que le donan electrones a ste (atenan la carga positiva), estabilizando el carbocatin intermediario (de Wheland). En consecuencia, por el postulado de Hammond, baja la energa del estado de transicin, disminuye la energa de activacin y aumenta la velocidad de reaccin. Por el contrario, la caracterstica comn de todos los grupos desactivadores del anillo aromtico frente a la SEA es que atraen electrones de ste, por lo que hacen al anillo ms pobre en electrones (intensifican la carga positiva), desestabilizando al carbocatin intermediario (de Wheland). Entonces, por el postulado de Hammond, aumenta la energa del estado de transicin, aumenta la energa de activacin y disminuye la velocidad de reaccin. Por otra parte, el efecto activador y desactivador del anillo frente a la SNA es inverso al efecto explicado previamente debido a que el intermediario que se forma en esta reaccin es un carbanin (intermediario de Meisenheimer). Por lo tanto, los grupos donores de electrones desactivan al anillo aromtico frente a la SNA ya que desestabilizan al carbanin intermediario, y los grupos atractores de electrones activan al anillo frente a la SNA porque estabilizan al carbanin intermediario. Recordar que un intermediario ms estable, implica un estado de transicin de menor energa y una energa de activacin menor (postulado de Hammond). La sustitucin electroflica (SEA) de un anillo aromtico disustituido, para introducir un tercer grupo en este ltimo, est regida por los mismos efectos de resonancia e inductivos que afectan a los anillos monosustituidos. La nica diferencia es que ahora es necesario considerar los efectos aditivos de los dos grupos diferentes, teniendo en cuenta las tres reglas siguientes: Entre un grupo aceptor de electrones y un grupo donor de electrones, predomina el efecto de este ltimo. Entre un grupo donor dbil y un grupo donor fuerte, predomina el efecto de este ltimo. Entre un grupo aceptor fuerte y un grupo aceptor dbil, gana el efecto de este ltimo.

Qumica orgnica I

28

Donores fuertes

OH / OR

NH2 / NHR / NR

2

Orientadores orto y para

Activadores fuertes de la SEA (y desactivadores fuertes de la SNA) por

efecto de resonancia. El efecto inductivo atractor de electrones es ampliamente

superado por el efecto anterior y por eso no se tiene en cuenta.

Donores moderados

OCOR

NHCOR

Orientadores orto y para

Activadores moderados de la SEA por efecto de resonancia.

Donores dbiles

R

Ph

Orientadores orto y para

Activadores dbiles de la SEA por efecto inductivo.

Aceptores fuertes

NO2 / CN

SO3H

Orientadores meta

Desactivadores fuertes de la SEA (y activadores fuertes de la SNA) por efecto

inductivo y de resonancia.

Aceptores moderados

COH / COR

COOR / COOH

Orientadores meta

Desactivadores moderados de la SEA por efecto inductivo y de resonancia.

Aceptores dbiles

F / Cl / Br / IOrientadores

orto y para

Desactivadores dbiles de la SEA por efecto inductivo. El efecto de resonancia

donor de electrones no se tiene en cuenta debido al mal solapamiento entre orbitales p vacos de los halogenuros y del carbono

del anillo ya que pertenecen a distintos grupos de la tabla peridica.

Qumica orgnica I

29

Reacciones de eliminacin

Las reacciones de eliminacin son ms complejas que las de sustitucin. Casi siempre las reacciones de eliminacin dan mezclas de alquenos como producto, y usualmente lo mejor que podemos hacer es predecir cul ser el producto principal. De acuerdo a la regla de Zaitsev, por lo general, las reacciones de eliminacin inducidas por bases dan como producto principal el alqueno ms estable, es decir, el alqueno con ms sustituyentes alquilo en los carbonos del enlace doble. Adems, si los alquenos estn igualmente sustituidos, aquel que posee configuracin trans es ms estable que el alqueno con configuracin cis (este ltimo tiene mayor repulsin estrica) y, por lo tanto, ser el producto principal de la eliminacin. Por eso, ambas reacciones se ven favorecidas cuando el sustrato es terciario, ya que de esta manera se forma un producto ms estable que en las reacciones con sustratos secundarios o primarios.

E2 E1

MecanismoUn solo paso sin

intermediarioDos pasos con intermediario

CinticaDepende del sustrato

y de la baseSlo depende del sustrato

Estereoqumica Geometra anti periplanarNo hay requerimiento

geomtrico

Sustrato 3 > 2 > 1 (nunca metilo) 3 > 2 > 1 (nunca metilo)

Base Fuerte Dbil

Grupo saliente Poco bsico Poco bsico

Qumica orgnica I

30

Eliminacin bimolecular (E2)

La reaccin E2 ocurre cuando a un haluro de alquilo se lo trata con una base fuerte. Al igual que la reaccin SN2, la reaccin E2 sucede en un solo paso sin intermediarios. A medida que la base comienza a abstraer el protn de un carbono adyacente al grupo saliente, el enlace C-H comienza a romperse, empieza a formarse el enlace C=C y comienza a separarse el grupo saliente, llevndose con l el par de electrones del enlace C-X. El mecanismo E2 sigue una cintica de segundo orden: la velocidad de reaccin depende tanto de la base como del sustrato. Las eliminaciones E2 ocurren con geometra anti-periplanar, en la cual el H que es abstrado por la base y el grupo saliente X estn en lados opuestos de la molcula. Esta geometra est favorecida con respecto a la sin-periplanar (H y X del mismo lado de la molcula) porque de esta forma la repulsin estrica entre los sustituyentes de los dos carbonos es menor.

C C

H

X

C C

+ BH+

+ X-:B

Eliminacin unimolecular (E1)

La eliminacin E1 comienza con la misma disociacin del grupo saliente vista en la reaccin SN1, pero a la disociacin le sigue la prdida de un protn del carbono adyacente en lugar de una sustitucin. De hecho, las reacciones E1 y SN1 ocurren normalmente juntas siempre que a un haluro de alquilo se lo trata con un disolvente prtico con un nuclefilo poco bsico (base dbil). Por lo tanto, los mejores sustratos E1 son tambin los mejores sustratos para la SN1, y por lo general se obtienen las mezclas de productos de sustitucin y eliminacin.

C C

H

X

C C+

H

+ :B C C

+ BH+ + X-X-

Etapa lenta de la reaccin: la disociacin espontanea del grupo saliente produce un carbocatin intermediario.

Etapa rpida de la reaccin: la prdida de un protn vecino a la carga positiva del carbocatin produce un alqueno neutro

como producto. Los electrones del enlace

C-H forman enlace del alqueno.

Qumica orgnica I

31

Competencia entre las reacciones de sustitucin y eliminacin

Conceptos a tener en cuenta: 1) Tanto la E1 y la SN1 son mecanismos que constan de dos pasos, el paso lento (determinante de la velocidad de reaccin) es la formacin de un carbocatin intermediario. El carbocatin terciario es el ms bajo en energa (ms estable). 2) La SN2 y la E2 constan de un solo paso. En la SN2 un nuclefilo fuerte ataca al sustrato directamente, unindose a l y, al mismo tiempo, expulsando al grupo saliente. Por eso la SN2 ocurre preferentemente en sustratos primarios (puede ocurrir en secundarios). En la E2 una base fuerte desprotona al sustrato, al mismo tiempo que se elimina el grupo saliente, y se forma el alqueno. 3) Tanto en la E1 como en la E2 el producto final de reaccin es un alqueno. Segn la regla de Zaitsev, el alqueno ms sustituido es el que se formar mayoritariamente. En caso de que los alquenos estn igual de sustituidos, el alqueno trans se formara mayoritariamente (tiene menor repulsin estrica que el cis). Por eso las eliminaciones se ven favorecidas cuando ocurren en sustratos terciarios. 4) Comparando las reacciones de eliminacin, siempre que se use una base dbil ocurrir E1 y siempre que se use una base fuerte ocurrir E2. 5) En el caso que sea posible que ocurra una eliminacin o una sustitucin y se obtengan mezclas de productos, el producto de eliminacin se ver favorecido por las altas temperaturas. Entonces si la reaccin se realiza elevando la temperatura, se producir una eliminacin, mientras que, si se realiza en fro, se producir una sustitucin. 6) No hay muchas investigaciones acerca del solvente en las eliminaciones. Se sabe que siempre que la reaccin se haga sobre un sustrato terciario y se realice con solvente polar prtico, ocurrir una mezcla de E1 y SN1. Adems muchas veces es difcil elegir solvente para las eliminaciones. Entonces, normalmente en la reaccin se usa una base, y como solvente a su acido conjugado. Ejemplo: hidrxido y agua, metxido y metanol, etxido y etanol, amiduro y amoniaco, tert-butxido y tert-butanol. 7) Todas las eliminaciones de OH se producen en medio acido mediante un mecanismo E1: el primer paso es la protonacin de OH para formar OH2

+. Luego la molcula de agua se elimina del sustrato formando el carbocatin intermediario. Finalmente, la base desprotona al carbocatin generndose un alqueno. Como es indispensable el medio acido para protonar el OH, las bases que se usen van a estar protonadas (bases dbiles). Entonces es imposible que ocurra una E2. 8) La reaccin E2 es como la peste negra, y puede ocurrir siempre que haya una base fuerte, contaminando los productos de reaccin con productos de eliminacin. Es imposible para los qumicos orgnicos eliminar totalmente el producto de E2 en presencia de bases fuertes.

Explicacin del cuadro comparativo: 1) Cuando el sustrato es metilo, es imposible que se produzca una eliminacin ya que nunca se podra obtener un alqueno como producto. Entre las dos sustituciones, la SN1 nunca ocurrir ya que un carbocatin metilo nunca podra formarse por ser muy inestable. Entonces slo puede ocurrir SN2 (excepto cuando se usa un nuclefilo dbil, ya que la SN2 necesita un nuclefilo fuerte para que ocurra).

Qumica orgnica I

32

2) En la ltima columna, en la que el reactivo es una base fuerte y un nuclefilo fuerte impedido (como el tert-butxido), excepto en el sustrato metilo, es imposible que se produzca cualquier sustitucin debido al impedimento estrico que implica que este nuclefilo ataque a cualquier sustrato. Como la base es fuerte, solo podr darse la E2. 3) Si es sustrato es primario, no puede ocurrir ni E1 ni SN1 ya que la formacin de un carbocatin primario no es posible (es muy inestable), entonces solo podr darse E2 y SN2. Si se usa una base y nuclefilo dbil como reactivo, la E2 no se producir (solo ocurre con bases Fuertes) y la SN2 va a ocurrir muy poco ya que el nuclefilo es dbil. Si el reactivo es un nuclefilo fuerte y base dbil, la E2 no va a ocurrir, por lo que solo se producir SN2. Si el reactivo es una base y nuclefilo fuerte tambin podr darse la E2. 4) Si el sustrato es primario ramificado, no ocurrir ni E1 ni SN1 ya que la formacin de un carbocatin primario no es posible por ser muy inestable. La SN2 slo podr darse en el caso que el reactivo sea una base dbil (nunca puede ocurrir una E2). 5) En un sustrato secundario, la formacin de un carbocatin secundario es posible, por lo que en presencia de un reactivo que sea nuclefilo y base dbil, podr ocurrir E1 y SN1 (nunca se producen E2 con bases dbiles y nunca se dan SN2 con nuclefilos dbiles). En cambio, cuando el reactivo sea un nuclefilo fuerte y una base dbil (imposible que ocurra E2) se producir SN2, ya que se ver favorecido el ataque directo al sustrato y no la formacin de un carbocatin. Si el reactivo es un nuclefilo fuerte y base fuerte, slo se dar la E2 ya que la SN2 puede presentar algn impedimento estrico debido a que el ataque ocurre sobre un sustrato secundario. 6) Si es sustrato es terciario, la SN2 no podr producirse debido al impedimento estrico que acarrea atacar a un sustrato tan voluminoso. La formacin de un carbocatin terciario se ve muy favorecida por lo que ocurrir E1 y SN1. La E2 slo se dar cuando el reactivo sea una base y nuclefilo fuerte, ya que la E2 tambin esta favorecida en los sustratos terciarios debido a que producen alquenos muy sustituidos (muy estables) como producto de reaccin.

SustratoNu- dbil

base dbil

Nu- fuerte

base dbil

Nu- fuerte

base fuerte

Nu- fuerte impedido

Base fuerte impedida

Metilo ---------- SN2 SN2 SN2

Primario no impedido

Algo de SN2 SN2SN2 E2

E2

Primario ramificado

----------SN2

(lenta)E2 E2

SecundarioE1

SN1 (lenta)

SN2SN2 E2

E2

TerciarioSN1(mayoritario)

E1SN1(mayoritario)

E1E2 E2

Qumica orgnica I

33