MECANISMOS DE REACCIÓN, CARBOCATIONES,

NUCLEÓFILOS Y ELECTRÓFILOS.

Es importante recordar que un mecanismo de reacción se refiere a una serie de

pasos que sugieren de qué manera sucede una reacción pero que no

necesariamente se ha probado que así sea, sin embargo es nuestra forma de

valorar como procede una reacción y debe considerar todas las observaciones

experimentales relacionadas. Si aparece un nuevo dato que no sea consistente

con el mecanismo propuesto para determinada reacción entonces dicho

mecanismo debe ser cambiado, de tal forma que cumpla con los nuevos datos, si

los datos concuerdan con el mecanismo propuesto entonces ayudan a sostener lo

considerado.

Descripción del mecanismo de reacción de la reacción de alcoholes con

haluros de hídrogeno (ácidos haogenados).

En química orgánica cualquier compuesto que contenga en su molécula un grupo

-OH (hidroxilo u oxidrilo) es un alcohol. Un haluro de hidrógeno es cualquier

halógeno (F, Cl, Br, I) combinado con hidrógeno, por ejemplo: HCl, HI, HBr, HF.

Un carbocatión es una especie derivada de un grupo alquilo con carga positiva en

el carbono, es decir, le falta un par de electrones. Así también debes saber que la

terminación –onio- en un ión, indica que es un catión ( en este caso oxonio

indica que es un catión que involucra oxígeno).

En el mecanismo descrito en la figura el paso 1 es una reacción ácido- base de

Bronsted típica.

El paso 2 involucra la disociación de un ion alquiloxonio para producir una

molécula de agua y un carbocatión.

En el paso 3 el carbocatión reacciona con el ión cloruro para dar cloruro de tert-

butilo. Tanto el ión alquiloxonio como el carbocatión son intermediarios de

reacción. Estos no se pueden aislar ya que se forman en un paso y se consumen

en el siguiente durante el paso de reactivos a productos.

Fig. 1

Carbocationes.

Como lo mencionamos en clase, los carbocationes se pueden clasificar en

primarios, secundarios y terciarios según el número de carbonos unidos al átomo

de carbono que sostiene la carga positiva. Las propiedades de los carbocationes

están íntimamente relacionadas con su estructura, es importante mencionar que el

carbono que sostiene la carga positiva en un carbocatión tiene hibridación sp2 (fig

(CH3)3COH + HCl (CH3)3CCl + HOH

alcohol tert-butílico

cloruro de hidrógeno

Cloruro de tert-butilo

agua

Reacción total:

Paso 1: protonación del alcohol tert-butílico para dar un ion oxonio:

(CH3)3C O

H

+ H Cl (CH3)3C O

H

H + Cl

alcohol tert-butílico

cloruro de hidrógeno

ion tert-butil oxonio

anión cloruro

Paso 2: Disociación del ión tert-butiloxonio para generar un carbocatión:

(CH3)3C O

H

H

ion tert-butil oxonio

(CH3)3C + O H

Hagua

carbocatión tert-butilo

Paso 3: Captura del catión tert-butilo por el ion cloruro para generar cloruro de tert-butilo

(CH3)3C

carbocatión tert-butilo

+ Cl

anión cloruro

(CH3)3C Cl

Cloruro de tert-butilo

Fig. 2

2) por lo que los enlaces sigma que forman este carbono con los átomos unidos a

él (ya sea H o C) se encuentran en un solo plano y son orbitales híbridos sp2

mientras que el orbital p no hibridado se encuentra perpendicular al plano que

forman los 3 enlace sigma. Existe suficiente evidencia que muestra que los

carbocationes existen pero no debes olvidar que son relativamente inestables, es

decir son intermediarios reactivos. Un carbocatión (algunos de ellos) se

considera mas estable si se forma mas rápido. También se sabe que los grupos

alquilo unidos al carbón que sostiene la carga positiva lo estabilizan, de ahí que la

estabilidad de carbocationes sea la siguiente:

C

H

H

H

catión metilo

menos estable

< <<C

H

H

CH3

catión etilo

primario

catión isopropilo

secundario

catión tert-butilo

terciario

mas estable

C

CH3

H

CH3

C

CH3

CH3

CH3

incrementa la estabilidad de carbocationes

La carga positiva sobre el carbono y el orbital p vacío dan al carbocatión un

carácter fuertemente electrofílico, es un electrófilo (ama a los electrones, es

decir, reacciona con ellos para formar enlaces). Los nucleófilos tienen

características complementarias a las arriba mencionadas, por lo que son

entidades con pares de electrones ibres que pueden ceder para formar enlaces. El

paso 3 del mecanismo de reacción del alcohol tert-butílico con HCl es un ejemplo

de una reacción entre un electrófilo (el carbocatión) y un nucleófilo (el anión

cloruro). La interacción electrónica involucrada en la formación del enlace entre el

carbocatión y el anión cloruro se da entre un par de electrones sin compartir del

cloruro y el orbital p vacío del carbocatión.

Lewis definió a los ácidos como especies aceptoras de electrones y a las bases

como especies donadoras de electrones; desde esta perspectiva los

carbocationes son ácidos de Lewis. Incluso podemos decir que en general los

electrófilos son ácidos de Lewis y los nucleófilos son bases de Lewis.