7.7 : Regioselettività delle addizioni elettrofile agli alcheni: regola di Markovnikov

Se un insieme di reagenti può produrre più isomeri costituzionali, ma uno degli isomeri viene ottenuto come prodotto principale, la reazione è detta regioselettiva. In tali reazioni, la formazione o la rottura del legame è favorita in un sito di reazione rispetto ad altri.

L'idroalogenazione di un alchene asimmetrico può produrre due prodotti alogenoalcani, a seconda di quale carbonio vinilico assorbe l'alogeno. Tuttavia, solitamente predomina un prodotto, in cui l'idrogeno si aggiunge al carbonio vinilico contenente il maggior numero di idrogeni, e la parte negativa del reagente si aggiunge al carbonio vinilico più sostituito. Pertanto, è preferito un isomero costituzionale e l'idroalogenazione degli alcheni è altamente regioselettiva. Qui, la regioselettività è una conseguenza della stabilità relativa degli intermedi carbocationici per ciascun prodotto.

La reazione inizia con il trasferimento di una coppia di elettroni dall'alchene al protone dell'acido bromidrico, dando origine ad un carbocatione. La fase di protonazione è endoergonica con un'elevata energia di attivazione. È anche il passo lento che determina la velocità. La rapida combinazione del carbocatione con lo ione alogenuro nella fase successiva è esoergonica con bassa energia di attivazione.

Il postulato di Hammond indica che la struttura dello stato di transizione in un processo endoergonico assomiglia a quella dei prodotti in quanto sono più vicini in termini energetici. Pertanto, nella fase di protonazione, lo stato di transizione assomiglia strutturalmente al carbocatione intermedio. La protonazione può produrre il carbocatione primario meno sostituito o il carbocatione terziario più sostituito. I carbocationi terziari sono più stabili dei loro omologhi secondari o primari, poiché la loro formazione richiede un'energia di attivazione inferiore. Pertanto, la reazione preferisce il percorso con la barriera energetica più bassa attraverso l'intermedio più stabile, con conseguente regioselettività.

Quando l'idroalogenazione genera un nuovo centro chirale, la natura planare dell'intermedio carbocationico indica che il nucleofilo può avvicinarsi dall'alto o dal basso con uguale probabilità, dando luogo ad una miscela racemica di prodotti.

Quando le reazioni di addizione procedono attraverso meccanismi diversi dall'addizione elettrofila, l'idrogeno può addizionarsi al carbonio maggiormente sostituito, producendo il prodotto anti-Markovnikov.