Principios de Reactividad Química Orgánica: Acidez, Basicidad y Mecanismos de Reacción

Principios Fundamentales de la Reactividad Química Orgánica

Acidez y Basicidad

Un ácido fuerte debe tener una base conjugada estable después de perder el protón. Los aniones más estables son bases débiles, y sus ácidos conjugados son fuertes.

• Un elemento más electronegativo (EN) soporta una carga negativa (–) más fácilmente, lo que genera una base conjugada (BC) más estable y, por ende, un ácido más fuerte.
• La carga negativa (–) de un anión es más estable si se dispersa sobre una región más grande, ya que los electrones (e⁻) se repelen mejor estando lejos.
• A menor pKa, el ácido es más fuerte.

Concepto de Basicidad

La basicidad se refiere a la capacidad de ceder electrones no enlazantes. Cuanta menos resonancia presente una base, más fuerte será, ya que sus electrones están más disponibles para compartir.

Efecto Inductivo en Basicidad

El efecto inductivo influye en la basicidad:

• Si un grupo con efecto inductivo negativo (–I) está cerca del átomo básico, reduce su basicidad.
• Si hay un grupo con efecto inductivo positivo (+I), la basicidad aumenta, ya que empuja los electrones hacia el átomo básico.

Ejemplos:

• +I se asocia con cadenas de carbonos e hidrógeno.
• –I se asocia con dobles enlaces a oxígeno y nitrógeno, o átomos más electronegativos.

Ácidos y Bases de Lewis

• Los ácidos de Lewis son especies que reciben electrones (electrófilos).
• Las bases de Lewis donan un par de electrones (nucleófilos) para formar enlaces covalentes.

Las reacciones nucleofílicas con carbono suelen ser irreversibles.

Nucleofilicidad vs. Basicidad

Existe una diferencia clave entre nucleofilicidad (Nu) y basicidad:

• La basicidad está relacionada con procesos termodinámicos (equilibrio).
• La nucleofilicidad está relacionada con la cinética (velocidad de reacción).

Factores que Influyen en la Nucleofilicidad

Para un mejor nucleófilo, se consideran los siguientes factores:

• Efecto inductivo: Cuanto más protegido esté el nucleófilo, más fácilmente cederá electrones.
• Resonancia: Si una especie resuena mucho, sus electrones están menos disponibles para compartir. Por lo tanto, una menor resonancia favorece la nucleofilicidad.
• Efecto estérico: Se refiere al tamaño del grupo de una molécula; grupos voluminosos pueden dificultar el ataque nucleofílico.
• Hibridación: Los orbitales sp³ tienen electrones más alejados del núcleo, lo que los hace más disponibles para la donación.

Carbonos Atacados por Nucleófilos

Los carbonos atacados por nucleófilos suelen tener una carga parcial positiva (+), especialmente si están unidos a un átomo más electronegativo. La resonancia puede deslocalizar esta carga, influyendo en la reactividad.

Grupo Saliente (GS)

Un grupo saliente ideal es estable por sí solo. Cuanto más estable sea el anión formado (es decir, cuanto más débil sea la base conjugada), más fuerte será su ácido conjugado, y mejor grupo saliente será.

Ejemplos de malos grupos salientes (GS) son las bases fuertes como OH⁻, NH₂⁻, y F⁻.

Tipos de Reacciones Orgánicas

Sustitución

Un átomo o grupo de átomos sustituye a otro. Es común en compuestos aromáticos o en alcoholes (donde el OH puede actuar como grupo saliente).

Adición

Se incorporan dos o más átomos a una molécula que contiene enlaces dobles o triples.

Eliminación

Se eliminan dos átomos de una molécula para formar un nuevo enlace pi (doble o triple).

Ejemplos:

• Deshidratación de alcoholes para formar alquenos + H₂O.
• Eliminación para formar alquinos.

Transposición

Reordenamiento de átomos dentro de una molécula para formar un isómero estructural diferente.

Ruptura de Enlaces

Ruptura Homolítica

Cada átomo del enlace retiene un electrón del par, formando dos radicales libres.

Ruptura Heterolítica

Una de las dos especies formadas retiene ambos electrones del enlace, formando un catión y un anión.

Mecanismos de Reacción

Reacciones Concertadas

La rotura y formación de enlaces se producen simultáneamente en un único paso. Hay un único estado de transición (pico de energía máxima) donde los enlaces se forman y rompen al mismo tiempo.

Reacciones No Concertadas

La ruptura y formación de enlaces ocurren en etapas separadas:

1. Primero, se rompe un enlace y se forma un intermediario.
2. Luego, este intermediario reacciona para formar el producto final.