Reacción de Eliminación en Química Orgánica: definición y ejemplos

¿Qué es una reacción de eliminación?

Una reacción de eliminación es cuando un compuesto pierde elementos para formar un nuevo enlace pi (un nuevo enlace doble o triple). Si la reacción de eliminación ocurre en un compuesto con un enlace simple carbono-carbono (un alcano), esto dará como resultado la creación de un doble enlace carbono-carbono (un alqueno). Si la reacción de eliminación ocurre en un compuesto con un doble enlace carbono-carbono, esto dará como resultado la creación de un triple enlace carbono-carbono (un alquino). Algunas reacciones comenzarán con un alcano y tendrán dos reacciones de eliminación rápidamente sucesivas que darán como resultado un alquino.

Los alcanos, alquenos y alquinos no reaccionan muy fácilmente porque tienen un pKa muy alto. El pKa se refiere a qué tan fuerte es el ácido, que es una medida de la facilidad con la que los compuestos pueden reaccionar con otros compuestos. Cuanto mayor sea el pKa, más débil será el ácido y menos fácilmente reaccionará con otros compuestos. Esto hace que las reacciones de eliminación sean importantes porque es una de las pocas formas de formar alquenos y alquinos.

Tipos de reacciones de eliminación en química orgánica

Hay dos tipos principales de reacciones de eliminación en química orgánica, reacciones E1 y E2. Las reacciones E1 también se denominan reacciones de eliminación de alcohol y las reacciones E2 también se denominan reacciones de eliminación de haluro de alquilo. Tanto la reacción E1 como la E2 con un alcano dan como resultado un alqueno, pero difieren en cómo se desarrollan las reacciones:

• En las reacciones E1, el grupo saliente y el hidrógeno (protón beta) salen en dos pasos (el hidrógeno sale primero)
• Reacción E2, el grupo saliente y el hidrógeno (protón beta) salen al mismo tiempo

Mecanismo E1

Como se mencionó, el pKa de los alcanos es muy alto, lo que les dificulta reaccionar. El primer paso requiere el mayor uso de energía, eliminando el protón beta. Esto da como resultado la formación de un carbocatión (un carbono con carga positiva). El pKa de un carbocatión es muy bajo, quiere reaccionar para deshacerse de esa carga positiva. Esto significa que incluso los ácidos débiles, como el agua, pueden reaccionar tomando un protón (hidrógeno), de modo que se puede formar el doble enlace en el alqueno. Normalmente, esta reacción ocurre cuando hay un enlace haluro de carbono presente en el compuesto, pero también puede ocurrir con alcoholes, en las circunstancias adecuadas. Los haluros son elementos del grupo de los halógenos, incluidos el flúor, el cloro, el bromo y el yodo.

Esta reacción ocurre con los siguientes pasos:

1. El enlace carbono-haluro se rompe, dejando un carbocatión y un halógeno.
2. Una base débil elimina el hidrógeno del carbono correspondiente y se forma un doble enlace.

Las reacciones E1 ocurren más rápido cuanto más sustituido está el carbono con el haluro. Esto se debe a que el carbocatión resultante es más estable en un carbono más sustituido. Un carbono más sustituido se refiere a un carbono que ha sustituido enlaces carbono-carbono por enlaces carbono-hidrógeno.

En la imagen de arriba, observe que el hidrógeno rodeado por un círculo rojo es eliminado por una base débil (en este caso, agua) y termina en el agua. Los electrones del enlace carbono-fluoruro (encerrados en un círculo verde) terminan con el flúor, y los electrones del enlace carbono-hidrógeno (encerrados en un círculo negro) terminan en el doble enlace.

Mecanismo E2

La reacción E2 ocurre en un solo paso, donde suceden tres cosas casi simultáneamente:

• Una base fuerte elimina el protón beta (hidrógeno del enlace carbono-hidrógeno)
• Los electrones descienden hacia un doble enlace.
• Esto rompe el enlace carbono-haluro, y los electrones van con el haluro.

Esta reacción también ocurre más rápido cuanto más sustituido está el carbono. También sucede más rápido cuanto más reactivo es el haluro, al descender en la tabla periódica aumenta la reactividad. Esto significa que el flúor es el menos reactivo, seguido del cloro, luego el bromo y finalmente el yodo.

Tanto en la reacción E1 como en la E2, los electrones del enlace carbono-haluro terminan en el haluro y los electrones del enlace carbono-hidrógeno terminan en el doble enlace. La principal diferencia es que con un E2 se necesita utilizar una base fuerte y se produce con un solo paso.

Ejemplos de reacciones de eliminación

Hay muchos compuestos diferentes que se pueden utilizar en una reacción de eliminación. El grupo saliente más común son los haluros, pero también puede ser un alcohol que se convirtió primero en agua. Los siguientes son algunos ejemplos de reacciones de eliminación.

Reacción de haluro de alquilo E2

Puede ocurrir una reacción con 2-fluorobutano y una base fuerte como el hidróxido de sodio. La reacción ocurre cuando el hidróxido de sodio elimina el hidrógeno del carbono 3, forma un doble enlace entre los carbonos 2 y 3 y libera el flúor.

{eq}CH_3CHFCH_2CH_3 + NaOH \rightarrow CH_3CHCHCH_3 + NaF {/eq}

En este caso, el hidrógeno del C3 se elimina y se coloca sobre el hidróxido, formando agua. Se elimina el flúor, con carga negativa, y formará una sal con el sodio.

Reacción del alcohol E1

Si bien los haluros son el método más común para que se produzcan reacciones de eliminación, los alcoholes también pueden experimentar reacciones de eliminación si el alcohol se hidrogena primero. Comenzando con butanol ({eq}CH_3CH(OH)CH_2CH_3 {/eq}), la reacción terminará con buteno y agua. Esta reacción comienza con butanol:

Primero, el alcohol se hidrogena utilizando un ácido fuerte:

El oxígeno hidrogenado es ahora un excelente grupo saliente y puede salir por sí solo, como agua, dejando una carga positiva en el carbono:

Ahora cualquier compuesto, incluida el agua, puede eliminar fácilmente el hidrógeno del C3, formando un doble enlace:

Resumen de la lección

Las reacciones de eliminación son reacciones que eliminan un protón y un haluro para formar un doble enlace (o triple enlace) carbono-carbono. Estos se utilizan para formar alquenos y alquinos. Son difíciles de formar porque los alcanos son muy estables y tienen un pKa elevado. Hay dos tipos de reacciones de eliminación, E1 y E2. Las reacciones E1 (también llamadas eliminación de alcohol) se basan en la reducción del pKa del alcano, y las reacciones E2 (también llamadas haluro de alquilo) dependen del uso de bases fuertes para que se produzca la reacción. Las reacciones E1 ocurren en dos pasos:

1. El haluro se va, tomando los electrones del enlace carbono-haluro.
2. El agua elimina el hidrógeno y los electrones forman el doble enlace carbono-carbono.

Normalmente, los haluros se utilizan como grupo saliente, pero los alcoholes también pueden salir si primero se hidrogenan y luego saldrán como agua.

Las reacciones E2 ocurren en un solo paso donde suceden tres cosas al mismo tiempo:

• Una base fuerte elimina el hidrógeno.
• Se forma el doble enlace
• El haluro se desprende

Las reacciones de eliminación son importantes para formar nuevos enlaces pi en alquenos y alquinos.