En química orgánica , la regla de Zaytsev (o regla de Zaitsev , regla de Saytzeff , regla de Saytzev ) es una regla empírica para predecir el producto o productos alquenos favorecidos en reacciones de eliminación . Mientras estaba en la Universidad de Kazán , el químico ruso Alexander Zaytsev estudió una variedad de reacciones de eliminación diferentes y observó una tendencia general en los alquenos resultantes. Basándose en esta tendencia, Zaytsev propuso que el alqueno formado en mayor cantidad es el que corresponde a la eliminación del hidrógeno del carbono alfa que tiene la menor cantidad de sustituyentes de hidrógeno . Por ejemplo, cuando el 2-yodobutano se trata con hidróxido de potasio alcohólico (KOH), el but-2-eno es el producto principal y el but-1-eno es el producto secundario. [1]
En términos más generales, la regla de Zaytsev predice que en una reacción de eliminación el producto más sustituido será el más estable y, por lo tanto, el más favorecido. La regla no hace generalizaciones sobre la estereoquímica del alqueno recién formado, sino solo sobre la regioquímica de la reacción de eliminación. Si bien es eficaz para predecir el producto favorecido para muchas reacciones de eliminación, la regla de Zaytsev está sujeta a muchas excepciones. Muchas de ellas incluyen excepciones bajo el producto de Hofmann (análogo al producto de Zaytsev). Estas incluyen compuestos que tienen nitrógeno cuaternario y grupos salientes como NR 3 + , SO 3 H, etc. En estas eliminaciones se prefiere el producto de Hofmann. En caso de que el grupo saliente sea halógeno, excepto flúor; otros dan el producto de Zaytsev. [ aclaración necesaria ]
Alexander Zaytsev publicó por primera vez sus observaciones sobre los productos de las reacciones de eliminación en Annalen der Chemie de Justus Liebig en 1875. [2] [3] Aunque el artículo contenía algunas investigaciones originales realizadas por los estudiantes de Zaytsev, era en gran medida una revisión de la literatura y se basaba en gran medida en trabajos publicados anteriormente. [4] En él, Zaytsev propuso una regla puramente empírica para predecir la regioquímica preferida en la deshidrohalogenación de yoduros de alquilo, aunque resulta que la regla también es aplicable a una variedad de otras reacciones de eliminación. Si bien el artículo de Zaytsev fue muy citado a lo largo del siglo XX, no fue hasta la década de 1960 que los libros de texto comenzaron a utilizar el término "regla de Zaytsev". [3]
Zaytsev no fue el primer químico en publicar la regla que ahora lleva su nombre. Aleksandr Nikolaevich Popov publicó una regla empírica similar a la de Zaytsev en 1872, [5] y presentó sus hallazgos en la Universidad de Kazán en 1873. Zaytsev había citado el artículo de Popov de 1872 en trabajos anteriores y trabajaba en la Universidad de Kazán, por lo que probablemente conocía la regla propuesta por Popov. A pesar de esto, el artículo de Zaytsev de 1875 en los Liebigs Annalen no menciona el trabajo de Popov. [3] [4]
Cualquier discusión sobre la regla de Zaytsev estaría incompleta sin mencionar a Vladimir Vasilyevich Markovnikov . Zaytsev y Markovnikov estudiaron con Alexander Butlerov , enseñaron en la Universidad de Kazán durante el mismo período y fueron rivales acérrimos. Markovnikov, quien publicó en 1870 lo que ahora se conoce como la regla de Markovnikov , y Zaytsev tenían puntos de vista conflictivos con respecto a las reacciones de eliminación: el primero creía que el alqueno menos sustituido sería el favorecido, mientras que el segundo sentía que el alqueno más sustituido sería el producto principal. Quizás una de las principales razones por las que Zaytsev comenzó a investigar las reacciones de eliminación fue para refutar a su rival. [3] Zaytsev publicó su regla para las reacciones de eliminación justo después de que Markovnikov publicara el primer artículo de una serie de tres partes en Comptes Rendus detallando su regla para las reacciones de adición. [4]
La hidrogenación de alquenos a alcanos es exotérmica . La cantidad de energía liberada durante una reacción de hidrogenación, conocida como calor de hidrogenación, está inversamente relacionada con la estabilidad del alqueno de partida: cuanto más estable es el alqueno, menor es su calor de hidrogenación. El examen de los calores de hidrogenación de varios alquenos revela que la estabilidad aumenta con la cantidad de sustitución. [6]
El aumento de la estabilidad asociado con sustituciones adicionales es el resultado de varios factores. Los grupos alquilo son donantes de electrones por efecto inductivo y aumentan la densidad electrónica en el enlace sigma del alqueno. Además, los grupos alquilo son estéricamente grandes y son más estables cuando están alejados entre sí. En un alcano, la separación máxima es la del ángulo de enlace tetraédrico , 109,5°. En un alqueno, el ángulo de enlace aumenta hasta cerca de 120°. Como resultado, la separación entre los grupos alquilo es mayor en el alqueno más sustituido. [7]
La hiperconjugación , que describe la interacción estabilizadora entre el HOMO del grupo alquilo y el LUMO del doble enlace, también ayuda a explicar la influencia de las sustituciones de alquilo en la estabilidad de los alquenos. Con respecto a la hibridación orbital , un enlace entre un carbono sp 2 y un carbono sp 3 es más fuerte que un enlace entre dos carbonos hibridados sp 3 . Los cálculos revelan un efecto de hiperconjugación estabilizadora dominante de 6 kcal/mol por grupo alquilo. [8]
En las reacciones de eliminación E2 , una base abstrae un protón que está en beta a un grupo saliente, como un haluro. La eliminación del protón y la pérdida del grupo saliente ocurren en un solo paso concertado para formar un nuevo doble enlace. Cuando se utiliza una base pequeña y sin impedimentos (como hidróxido de sodio , metóxido de sodio o etóxido de sodio ) para una eliminación E2, el producto de Zaytsev suele ser favorecido sobre el alqueno menos sustituido, conocido como producto de Hofmann . Por ejemplo, el tratamiento de 2-bromo-2-metilbutano con etóxido de sodio en etanol produce el producto de Zaytsev con una selectividad moderada. [9]
Debido a las interacciones estéricas , una base voluminosa (como el terc -butóxido de potasio , la trietilamina o la 2,6-lutidina ) no puede abstraer fácilmente el protón que daría lugar al producto de Zaytsev. En estas situaciones, se abstrae preferentemente un protón menos impedido estéricamente. Como resultado, el producto de Hofmann suele ser el preferido cuando se utilizan bases voluminosas. Cuando el 2-bromo-2-metilbutano se trata con terc -butóxido de potasio en lugar de etóxido de sodio, se favorece el producto de Hofmann. [10]
Las interacciones estéricas dentro del sustrato también impiden la formación del producto de Zaytsev. Estas interacciones intramoleculares son relevantes para la distribución de productos en la reacción de eliminación de Hofmann , que convierte aminas en alquenos. En la eliminación de Hofmann, el tratamiento de una sal de yoduro de amonio cuaternario con óxido de plata produce iones hidróxido, que actúan como base y eliminan la amina terciaria para dar un alqueno. [11]
En la eliminación de Hofmann, el alqueno menos sustituido suele ser el preferido debido a las interacciones estéricas intramoleculares. El grupo amonio cuaternario es grande y las interacciones con los grupos alquilo del resto de la molécula son indeseables. Como resultado, la conformación necesaria para la formación del producto de Zaytsev es menos favorable energéticamente que la conformación requerida para la formación del producto de Hofmann. Como resultado, el producto de Hofmann se forma preferentemente. La eliminación de Cope es muy similar a la eliminación de Hofmann en principio, pero se produce en condiciones más suaves. También favorece la formación del producto de Hofmann, y por las mismas razones. [12]
En algunos casos, la estereoquímica del material de partida puede impedir la formación del producto de Zaytsev. Por ejemplo, cuando se trata el cloruro de mentilo con etóxido de sodio, se forma exclusivamente el producto de Hofmann, [13] pero con un rendimiento muy bajo: [14]
Este resultado se debe a la estereoquímica del material de partida. Las eliminaciones de E2 requieren una geometría antiperiplanar , en la que el protón y el grupo saliente se encuentran en lados opuestos del enlace CC, pero en el mismo plano. Cuando el cloruro de mentilo se dibuja en la conformación de silla , es fácil explicar la distribución inusual del producto.
La formación del producto de Zaytsev requiere eliminación en la posición 2, pero el grupo isopropilo (no el protón) es antiperiplanar al grupo saliente de cloruro; esto hace que la eliminación en la posición 2 sea imposible. Para que se forme el producto de Hofmann, la eliminación debe ocurrir en la posición 6. Debido a que el protón en esta posición tiene la orientación correcta en relación con el grupo saliente, la eliminación puede ocurrir y ocurre. Como resultado, esta reacción en particular produce solo el producto de Hofmann.