Efecto alfa

El efecto alfa se refiere al aumento de la nucleofilia de un átomo debido a la presencia de un átomo adyacente (alfa) con pares de electrones solitarios. Este primer átomo no exhibe necesariamente una mayor basicidad en comparación con un átomo similar sin un átomo donador de electrones adyacente, lo que resulta en una desviación de la relación clásica de reactividad-basicidad de tipo Brønsted. El efecto está bien establecido con muchas teorías para explicar el efecto pero sin un ganador claro. El efecto se ilustra por la alta nucleofilia del hidroperóxido (HO ₂) y la hidracina (N ₂ H ₄).

El efecto fue observado por primera vez por Jencks y Carriuolo en 1960 en una serie de experimentos de cinética química que involucraban la reacción del éster acetato de p-nitrofenilo con una variedad de nucleófilos. Se encontró que los nucleófilos regulares tales como el anión fluoruro, la anilina, la piridina, la etilendiamina y el ión fenolato tenían velocidades de reacción de pseudo primer orden correspondientes a su basicidad medida por su _pKa. Sin embargo, otros nucleófilos reaccionaron mucho más rápido de lo esperado basándose únicamente en este criterio. Estos incluyen hidrazina, hidroxilamina, el ión hipoclorito y el anión hidroperóxido.

En 1962, Edwards y Pearson (el último de la teoría HSAB) introdujeron la frase efecto alfa para esta anomalía. Ofreció la sugerencia de que el efecto fue causado por un efecto de estabilización del estado de transición (TS): al ingresar al TS, el par de electrones libres en el nucleófilo se aleja del núcleo, causando una carga positiva parcial que puede ser estabilizada por un par solitario adyacente. como por ejemplo sucede en cualquier carbocatión.

A lo largo de los años, se han presentado muchas teorías adicionales que intentan explicar el efecto. La teoría de la desestabilización del estado fundamental propone que la repulsión electrón-electrón entre el par solitario alfa y el par de electrones nucleofílicos se desestabilizan entre sí por repulsión electrónica (interacción orbital lleno-lleno), disminuyendo así la barrera de activación al aumentar la energía del estado fundamental y haciéndola más reactivo. Esto explica la mayor reactividad de los nucleófilos α; sin embargo, este mecanismo electrónico también debería aumentar la basicidad y, por lo tanto, no puede explicar completamente el efecto α. La estabilización del estado de transición es posible asumiendo algún carácter de radical libre de TS o asumiendo que el TS tiene una formación de enlace nucleófilo-sustrato más avanzada. La polarizabilidad del nucleófilo o la participación de la catálisis intramolecular también juega un papel. Otro estudio in silico encontró una correlación entre el efecto alfa y la llamada energía de deformación, que es la energía electrónica necesaria para unir los dos reactivos en el estado de transición.

El efecto alfa también depende del solvente, pero no de manera predecible: puede aumentar o disminuir con la composición de la mezcla de solventes o incluso llegar a un máximo. Al menos en algunos casos, se ha observado que el efecto alfa desaparece si la reacción se lleva a cabo en fase gaseosa, lo que lleva a algunos a concluir que se trata principalmente de un efecto de solvatación.