Empuje de flechas

La ruptura homolítica de un enlace es un proceso en el que el par de electrones que lo componen se divide, provocando su ruptura. Esto se representa con dos flechas curvas simples que apuntan en dirección opuesta al enlace. La consecuencia de este proceso es la retención de un electrón desapareado, representado por un punto en cada uno de los átomos que antes estaban unidos por un enlace. El movimiento de este electrón se puede representar con una flecha curva, comúnmente conocida como anzuelo. ^{[ 9 ]} Estas especies de un solo electrón se conocen como radicales libres . Se requiere calor o luz para proporcionar la energía suficiente para que este proceso ocurra. ^{[ 10 ]}

Por ejemplo, la luz ultravioleta provoca la ruptura homolítica del enlace cloro -cloro. El par de electrones se divide, como lo indican las dos flechas en forma de anzuelo entre ambos átomos que apuntan a los átomos de cloro. Tras la reacción, ambas moléculas de cloro quedan con un electrón desapareado. Esta es la etapa inicial de la halogenación por radicales libres .

La ruptura heterolítica de un enlace es un proceso en el que el par de electrones que lo componen se desplaza hacia uno de los átomos que antes estaban unidos por dicho enlace. El enlace se rompe, formando una especie con carga negativa (un anión ) y una especie con carga positiva (un catión ). El anión retiene los electrones del enlace, mientras que el catión los pierde. El anión suele formarse en el átomo más electronegativo , en este ejemplo el átomo B. Esto se debe a que el átomo más electronegativo atrae los electrones con mayor fuerza, lo que da lugar a su carga negativa.

Una reacción ácido-base de Lewis ocurre cuando una molécula con un par de electrones no enlazantes, o una base, dona sus electrones a un aceptor de pares de electrones, también conocido como ácido. ^{[ 11 ]} Esto se puede representar en una reacción con una flecha curva que apunta desde el par de electrones no enlazantes hacia el aceptor de electrones. En una reacción que involucra ácidos y bases de Brønsted-Lowry, las flechas se usan de la misma manera y ayudan a indicar el protón atacante. ^{[ 12 ]} En una reacción ácido-base de Brønsted-Lowry, la flecha comenzará desde la base, el aceptor de protones, hacia el ácido, el donador de protones. ^{[ 13 ]}

Una reacción SN1 se produce cuando una molécula se separa en un componente con carga positiva y otro con carga negativa. Esto suele ocurrir en disolventes altamente polares mediante un proceso llamado solvólisis . El componente con carga positiva reacciona entonces con un nucleófilo _, formando un nuevo compuesto. Las reacciones _SN1 son reacciones cuya velocidad depende únicamente de la concentración de haloalcanos.

En la primera etapa de esta reacción (solvólisis), el enlace C-L se rompe y ambos electrones de dicho enlace se unen a LG (el grupo saliente ) para formar los iones LG⁻ ^{y R₃C⁺} . _Esto se representa mediante la flecha curva que apunta alejándose del enlace C-LG y acercándose a LG. El nucleófilo Nu⁻ , atraído por el R₃C⁺ ^, dona _entonces un par de electrones formando un nuevo enlace C-Nu ^.

Debido a que una reacción S _N 1 procede con la sustitución de un grupo saliente por un nucleófilo , se utiliza la designación S _N. Debido a que el paso inicial de solvólisis en esta reacción implica una sola molécula que se disocia de su grupo saliente, la etapa inicial de este proceso se considera una reacción unimolecular. La participación de solo 1 especie en la fase inicial de la reacción mejora la designación mecanicista a S _N 1 . ^{[ 14 ]} Una reacción S _N 1 tiene dos pasos.

Una reacción SN2 ocurre cuando un nucleófilo desplaza un grupo saliente de una molécula desde la parte posterior del mismo. Este desplazamiento o sustitución da como resultado la formación de un producto de sustitución con inversión de la configuración estereoquímica. El nucleófilo forma un enlace con su par de electrones no enlazantes como fuente de electrones. El nucleófugo (grupo saliente), que finalmente acepta la densidad electrónica, recibe el enlace, y la formación y ruptura del enlace ocurren simultáneamente en el _estado de transición (marcado con una doble daga). Las velocidades de _{las reacciones SN2} dependen de la concentración del haloalcano y del nucleófilo.

Debido a que una reacción S _N 2 procede con la sustitución de un grupo saliente por un nucleófilo , se utiliza la designación S _N. Debido a que este mecanismo procede con la interacción de dos especies en el estado de transición, se le denomina proceso bimolecular , lo que da como resultado la designación S _N 2. ^{[ 15 ]} Una reacción S _N 2 es un proceso concertado, lo que significa que los enlaces se rompen y se forman simultáneamente. Por lo tanto, el movimiento de electrones mostrado por el empuje de flechas ocurre simultáneamente. ^{[ 16 ]} Una reacción S _N 2 tiene un paso.

Una eliminación E1 ocurre cuando un protón adyacente a una carga positiva se separa y genera un doble enlace .

Debido a que la formación inicial de un catión es necesaria para que se produzcan las reacciones E1, estas reacciones se observan a menudo como reacciones secundarias de los mecanismos S _N 1.

Las eliminaciones E1 se producen mediante la eliminación de un grupo saliente, lo que da lugar a la designación E. Dado que este mecanismo implica la disociación inicial de un único material de partida, formando un carbocatión, se considera una reacción unimolecular. La participación de una sola especie en la fase inicial de la reacción refuerza la designación mecanística de E1 .

Una eliminación E2 se produce cuando una base extrae un protón adyacente a un grupo saliente, con la eliminación simultánea de dicho grupo y la generación de un doble enlace.

De forma similar a la relación entre las eliminaciones E1 y los mecanismos _SN1 , las eliminaciones E2 suelen competir con las reacciones _SN2 . Esta observación se aprecia con mayor frecuencia cuando la base también es un nucleófilo. Para minimizar esta competencia, se suelen utilizar bases no nucleofílicas para llevar a cabo las eliminaciones E2.

Las eliminaciones E2 se producen mediante la extracción inicial de un protón por una base o nucleófilo, lo que lleva a la eliminación de un grupo saliente, justificando así la denominación E. Debido a que este mecanismo se desarrolla mediante la interacción de dos especies (sustrato y base/nucleófilo), las reacciones E2 se consideran bimoleculares. Por lo tanto, la participación de dos especies en la fase inicial de la reacción refuerza la denominación mecanística E2 .

Las reacciones de adición ocurren cuando los nucleófilos reaccionan con carbonilos . Cuando un nucleófilo se adiciona a un aldehído o cetona simple , el resultado es una adición 1,2. Cuando un nucleófilo se adiciona a un sistema carbonílico conjugado, el resultado es una adición 1,4. Las designaciones 1,2 y 1,4 se derivan de la numeración de los átomos del compuesto inicial, donde el oxígeno se etiqueta como "1" y cada átomo adyacente al oxígeno se numera secuencialmente hasta el sitio de adición nucleofílica. Una adición 1,2 ocurre con la adición nucleofílica en la posición 2, mientras que una adición 1,4 ocurre con la adición nucleofílica en la posición 4.

Las reacciones de adición-eliminación son reacciones de adición seguidas inmediatamente de reacciones de eliminación. En general, estas reacciones tienen lugar cuando los ésteres (o grupos funcionales relacionados) reaccionan con nucleófilos. De hecho, el único requisito para que se produzca una reacción de adición-eliminación es que el grupo que se elimina sea un mejor grupo saliente que el nucleófilo entrante.