Reacciones orgánicas — SN1, SN2, E1, E2 y adición

La forma más fácil de clasificar las reacciones orgánicas es preguntarse qué cambió. Si un grupo en un carbono $sp^3$ fue reemplazado, piensa en sustitución. Si se formó un nuevo enlace pi, piensa en eliminación. Si se añadieron átomos a través de un enlace $C=C$ o $C\equiv C$ ya existente, piensa en adición.

En la mayoría de las preguntas iniciales de química orgánica, esa primera división ya reduce las opciones a SN1, SN2, E1, E2 o adición. Luego revisa las condiciones: si hay un grupo saliente, si el carbono reactivo es primario, secundario o terciario, si hay una base fuerte o un nucleófilo fuerte, y si es realista formar un carbocatión.

Cómo distinguir rápido SN1, SN2, E1, E2 y adición

Tipo	Qué cambia	Suele favorecerse cuando	Idea central
SN1	se reemplaza el grupo saliente	el sustrato puede formar un carbocatión relativamente estable	sustitución en dos etapas
SN2	se reemplaza el grupo saliente	el sustrato no está demasiado impedido y un buen nucleófilo puede atacar directamente	sustitución en una etapa
E1	se forma un enlace pi	puede formarse un carbocatión y la eliminación compite después de que aparece ese intermedio	eliminación en dos etapas
E2	se forma un enlace pi	una base fuerte arranca un hidrógeno beta mientras sale el grupo saliente	eliminación en una etapa
Adición	se añaden átomos a través de un enlace pi	la molécula inicial ya tiene un enlace $C=C$ o $C\equiv C$	el enlace pi se convierte en nuevos enlaces sigma

Esta tabla es una guía, no una ley. Los resultados reales dependen del sustrato, del reactivo, del disolvente y, a veces, de la temperatura.

Una regla rápida de decisión que suele funcionar

• Si la molécula inicial tiene un grupo saliente en un carbono $sp^3$, la competencia principal suele ser sustitución vs. eliminación.
• Si la molécula inicial ya tiene un enlace pi y el problema no gira en torno a un grupo saliente, adición suele ser la mejor primera opción.
• Si el carbono reactivo es primario, SN2 suele ser más plausible que SN1.
• Si el carbono reactivo es terciario, la SN2 normal está bloqueada, así que la competencia habitual es SN1, E1 o E2 según las condiciones.
• Si hay una base fuerte y un hidrógeno beta disponible, E2 se vuelve mucho más probable.

Qué significa realmente cada tipo de reacción

SN1

SN1 significa sustitución nucleofílica unimolecular. La etapa lenta involucra solo al sustrato porque el grupo saliente se va primero y forma un carbocatión.

Eso hace que SN1 sea más plausible cuando el carbocatión sería relativamente estable, especialmente en muchos sustratos terciarios. Si una reorganización hiciera al carbocatión más estable, el producto puede cambiar.

SN2

SN2 significa sustitución nucleofílica bimolecular. El nucleófilo ataca al mismo tiempo que sale el grupo saliente, así que la reacción ocurre en una sola etapa.

Como el ataque debe llegar directamente al carbono reactivo, el impedimento estérico importa mucho. Los sustratos primarios suelen favorecer SN2 mucho más que los terciarios, y los sustratos terciarios no sufren una SN2 normal en ese carbono tan impedido.

E1

E1 significa eliminación unimolecular. Igual que SN1, empieza con la salida del grupo saliente para formar un carbocatión. Luego una base arranca un hidrógeno beta y se forma un enlace pi.

Como SN1 y E1 pasan por un carbocatión, a menudo compiten en condiciones parecidas. El calor suele hacer que la eliminación sea más importante, pero eso es una tendencia, no una garantía.

E2

E2 significa eliminación bimolecular. En una sola etapa concertada, una base arranca un hidrógeno beta mientras sale el grupo saliente y se forma el enlace pi.

E2 es común cuando hay una base fuerte y un hidrógeno beta disponible. En sustratos secundarios y terciarios, una base fuerte a menudo empuja la reacción hacia E2 en lugar de sustitución.

Adición

Las reacciones de adición suelen empezar con un alqueno o un alquino. En vez de perder un grupo, la molécula gana nuevos átomos a través del enlace pi.

Un ejemplo introductorio común es añadir $HBr$ a través de un alqueno. El doble enlace se rompe, y los átomos del reactivo terminan en los dos carbonos que antes estaban unidos por el doble enlace.

La intuición que hace que estas reacciones encajen

La forma más rápida de entender estas reacciones es preguntarse qué puede hacer estructuralmente la molécula.

Si hay un grupo saliente en un carbono saturado, la molécula puede reemplazar ese grupo o quitar un hidrógeno vecino y formar un enlace pi. Si ya hay un enlace pi, la molécula puede reaccionar añadiéndose a través de él. Esa sola pregunta estructural separa la mayoría de los problemas de nivel inicial incluso antes de pensar en flechas curvas.

Después de eso, pregúntate si el reactivo actúa más como nucleófilo o más como base. Los nucleófilos fuertes suelen favorecer la sustitución. Las bases fuertes suelen favorecer la eliminación. Algunos reactivos pueden hacer ambas cosas, así que el sustrato y las condiciones deciden qué camino predomina.

Ejemplo resuelto: por qué 2-bromopropano suele dar E2

Considera la reacción de $2$-bromopropano con etóxido de sodio, $\mathrm{NaOEt}$, en etanol.

Empieza por el sustrato. El carbono que lleva el bromo es secundario, así que tanto la sustitución como la eliminación son posibles en principio.

Ahora revisa el reactivo. El etóxido es una base fuerte y también un buen nucleófilo. En un sustrato secundario, eso ya hace que E2 sea una candidata fuerte.

Luego pregúntate qué necesita E2. Necesita un grupo saliente y un hidrógeno beta. Esta molécula tiene ambos, así que la eliminación puede ocurrir en una sola etapa.

En condiciones habituales de clase, a menudo se predice E2 como la vía principal, especialmente si hay calor. El producto orgánico es propeno porque la base arranca un hidrógeno beta mientras el bromuro sale en la misma etapa.

Por qué importa este ejemplo:

• un sustrato secundario significa que puede haber competencia real
• una base fuerte hace más probable la eliminación
• la formación de un alqueno identifica la reacción como eliminación, no como sustitución

Si cambias el sustrato o el reactivo, la predicción puede cambiar. Un sustrato primario menos impedido haría que SN2 fuera mucho más competitiva.

Errores comunes al clasificar reacciones orgánicas

Tratar base fuerte y nucleófilo fuerte como si fueran lo mismo

Algunos reactivos pueden actuar como ambos. El sustrato importa tanto como eso. Un nucleófilo fuerte con un sustrato primario suele apuntar hacia SN2, mientras que una base fuerte con un sustrato más impedido suele apuntar hacia E2.

Suponer que terciario significa automáticamente SN1

Los sustratos terciarios no pueden hacer una SN2 normal, pero eso no significa que automáticamente hagan SN1. Con una base fuerte, E2 suele ser la mejor predicción.

Olvidar que SN1 y E1 comparten un carbocatión

Si se forma un carbocatión, las reorganizaciones pueden volverse posibles, y la sustitución y la eliminación pueden competir. Por eso estos dos mecanismos suelen estudiarse juntos.

Llamar adición a toda reacción de alquenos

La adición requiere que se añadan átomos a través del enlace pi. Si la reacción crea el doble enlace en lugar de usarlo, entonces es una eliminación.

Dónde se usan estos tipos de reacciones orgánicas

Estos tipos de reacción son la base de la síntesis orgánica introductoria y de los problemas de mecanismos. Te ayudan a predecir:

• si una molécula se vuelve más sustituida o más insaturada
• si es probable que un reactivo reemplace un grupo saliente o arranque un hidrógeno
• cómo las condiciones de reacción cambian el producto mayoritario
• por qué el mismo sustrato puede comportarse de manera distinta con diferentes reactivos

También importan más allá de los exámenes. Las mismas ideas ayudan a los químicos a planificar rutas desde un esqueleto carbonado hasta otro.

Prueba un problema de clasificación similar

Toma un sustrato con un grupo saliente, como $1$-bromobutano, y pregúntate cómo cambia la predicción si lo combinas con cianuro de sodio, etóxido de sodio o agua. Cambiar solo una condición cada vez es una de las formas más rápidas de hacer que SN1, SN2, E1 y E2 se sientan lógicas en vez de memorizadas. Si quieres una continuación cercana, compara esta página con sustitución nucleofílica.