6.2
Muchas reacciones de química orgánica se producen en condiciones catalizadas por ácidos o bases, incluidas las reacciones de sustitución nucleofílica.
Considere una simple reacción ácido-base de ácido clorhídrico con hidróxido de sodio. Aquí, el ion hidróxido es una especie rica en electrones y actúa como una base de Lewis. Desprotona el hidrógeno ácido, formando iones de agua y cloruro como base conjugada del HCl.
Ahora, considere una reacción de sustitución nucleofílica entre el clorometano y el hidróxido de sodio. El hidróxido de sodio sigue siendo el componente rico en electrones conocido como nucleófilo. El ion hidróxido es la base conjugada del agua, que es un ácido débil con un pKa de 15,7. Por lo tanto, es una base conjugada fuerte y un nucleófilo fuerte.
El clorometano, por otro lado, es un haluro de alquilo primario. Aquí, el componente deficiente en electrones es análogo a un ácido de Lewis y se llama electrófilo.
Similar a una reacción ácido-base, el ion hidróxido reacciona con el electrófilo donando su único par de electrones y formando un nuevo enlace con el carbono.
Simultáneamente, el enlace entre el cloruro, llamado grupo saliente, y el carbono se rompe, y el ion cloruro se va, llevándose consigo ambos electrones.
Sin embargo, una sustitución nucleofílica también puede proceder de una manera diferente. Considere la reacción entre el 2-bromo-2-metilpropano, un sustrato terciario, y el agua, donde funciona como solvente y nucleófilo. Una reacción en la que un disolvente se comporta como un nucleófilo se conoce como solvólisis.
Tras la ionización en el disolvente polar, primero se rompe el enlace entre el sustrato terciario y el grupo saliente. El grupo saliente toma ambos electrones del enlace, formando un carbocatión estabilizado.
El agua, al tener dos pares solitarios, actúa como nucleófilo y dona un par de electrones al carbocatión electrófilo formando una especie de oxonio. Después de la desprotonación, se forma 2-metilpropan-2-ol.
Pero, ¿qué dicta el mecanismo de reacción? Como se muestra en lecciones posteriores, el mecanismo de una sustitución nucleofílica está influenciado por la naturaleza del sustrato, la polaridad del grupo saliente, el nucleófilo, el electrófilo y el solvente.
Perspectiva histórica
En 1896, el químico alemán Paul Walden descubrió que podía interconvertir ácidos enantioméricos puros (+) y (-) málico mediante…
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