En química orgánica , la regla de Zaytsev (o regla de Zaitsev , regla de Saytzeff , regla de Saytzev ) es una regla empírica para predecir los 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 se trata 2-yodobutano con hidróxido de potasio alcohólico (KOH), el but-2-eno es el producto principal y el but-1-eno es el producto secundario. [1]
De manera más general, la regla de Zaytsev predice que en una reacción de eliminación el producto más sustituido será el más estable y, por tanto, el más favorecido. La regla no hace generalizaciones sobre la estereoquímica del alqueno recién formado, sino sólo sobre la regioquímica de la reacción de eliminación. Si bien es eficaz para predecir el producto favorecido en muchas reacciones de eliminación, la regla de Zaytsev está sujeta a muchas excepciones. Muchos de ellos incluyen excepciones bajo el producto Hofmann (análogo al producto Zaytsev). Estos 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 sean halógenos, excepto flúor; otros dan el producto Zaytsev. [ se necesita aclaración ]
Alexander Zaytsev publicó por primera vez sus observaciones sobre los productos de reacciones de eliminación en Justus Liebigs Annalen der Chemie en 1875. [2] [3] Aunque el artículo contenía algunas investigaciones originales realizadas por los estudiantes de Zaytsev, fue en gran medida una revisión de la literatura y se basó en gran medida en investigaciones anteriores. trabajo publicado. [4] En él, Zaytsev propuso una regla puramente empírica para predecir la regioquímica favorecida 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 tuvo muchas referencias durante todo el 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 que publicó 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 trabajó en la Universidad de Kazán, por lo que probablemente estaba al tanto. de la regla propuesta por Popov. A pesar de esto, el artículo Liebigs Annalen de Zaytsev de 1875 no menciona el trabajo de Popov. [3] [4]
Cualquier discusión sobre el gobierno 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 eran acérrimos rivales. Markovnikov, que publicó en 1870 lo que hoy se conoce como la regla de Markovnikov , y Zaytsev mantenían puntos de vista contradictorios sobre las reacciones de eliminación: el primero creía que el alqueno menos sustituido sería favorecido, mientras que el segundo pensaba 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 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 reacciones de suma. [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 donan electrones por efecto inductivo y aumentan la densidad de electrones en el enlace sigma del alqueno. Además, los grupos alquilo son estéricamente grandes y más estables cuando están lejos unos de otros. En un alcano, la separación máxima es la del ángulo del enlace tetraédrico , 109,5°. En un alqueno, el ángulo de enlace aumenta hasta cerca de 120°. Como resultado, la separación entre 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. En lo que respecta 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 con hibridación sp 3 . Los cálculos revelan un efecto de hiperconjugación estabilizador dominante de 6 kcal/mol por grupo alquilo. [8]
En las reacciones de eliminación E2 , una base abstrae un protón que es beta a un grupo saliente, como un haluro. La eliminación del protón y la pérdida del grupo saliente se producen en un paso único y concertado para formar un nuevo doble enlace. Cuando se utiliza una base pequeña y sin obstáculos, como hidróxido de sodio , metóxido de sodio o etóxido de sodio , para una eliminación de E2, el producto de Zaytsev generalmente se prefiere al 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 Zaytsev con 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 extraer fácilmente el protón que conduciría al producto de Zaytsev. En estas situaciones, se abstrae preferentemente un protón con menos impedimento estérico. Como resultado, el producto Hofmann suele ser el preferido cuando se utilizan bases voluminosas. Cuando se trata 2-bromo-2-metilbutano con terc -butóxido de potasio en lugar de etóxido de sodio, se prefiere el producto de Hofmann. [10]
Las interacciones estéricas dentro del sustrato también previenen la formación del producto 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 verse favorecido debido a interacciones estéricas intramoleculares. El grupo amonio cuaternario es grande y las interacciones con 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. De este modo se forma preferentemente el producto de Hofmann. La eliminación de Cope es muy similar a la eliminación de Hofmann en principio, pero ocurre 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 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 con respecto al grupo saliente 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 con respecto al grupo saliente, la eliminación puede ocurrir y de hecho ocurre. Como resultado, esta reacción particular produce sólo el producto de Hofmann.