Regra de Markovnikov

Em físico-química orgânica, a regra de Markovnikov é uma observação, relacionada à reação de adição eletrofílica.Foi formulada pelo químico russo Vladimir Vasilevich Markovnikov em 1870.

Esta regra diz que, numa reação reação química encontrada particularmente em química orgânica, a regra estabelece que, quando se adiciona um composto assimétrico do tipo H-X (normalmente um hidrácido) a um alceno ou alcino, o átomo de hidrogênio lábil, ácido, liga-se ao átomo de carbono com maior número de hidrogênios (o dobro ou o triplo de ligações com o maior número de átomos de hidrogênio), e o grupo halogênio (X) se une ao átomo de carbono de dupla ou tripla ligação com o menor número de átomos de hidrogênio (o outro carbono da dupla ligação.

CH₂=CH-CH₃ + HCl → CH₃-CHCl-CH₃

Propeno + ácido clorídrico → 2-Cloropropano

CH₂=CH-CH₂-CH₃ + HBr → CH₃-CHBr-CH₂-CH₃

1-Buteno + Brometo de hidrogênio → 2-Bromobutano

A regra de Markovnikov é ilustrada pela reação do propeno com HBr, É indicado o produto obtido em maior quantidade.

Note-se que esta regra deriva de o carbono menos substituído, ao ser rodeado por mais hidrogênios, ter maior eletronegatividade, pelo que tem maior tendência a atrair/captar o eletrófilo - componente positivo - enquanto que o outro carbono envolvido na ligação dupla tem maior tendência a captar o nucleófilo, pois ao ser mais substituído tende a constituir um dipolo menos negativo.

O mesmo é verdade quando um alceno reage com água em uma reação catalisada por ácidos mineraiss, para produzir álcoois. O grupo hidroxilo (OH) se une ao átomo de carbono que tem o maior número de ligações carbono-carbono, enquanto que o átomo de hidrogênio se une ao átomo de carbono no outro extremo da ligação dupla, o que tem o maior número de ligações carbono-hidrogênio.

A base química para a regra de Markovnikov é a formação do carbocátion mais estável, durante o processo de adição. A adição do átomo de hidrogênio a um dos átomos de carbono origina uma carga formal positiva no outro átomo de carbono, formando um carbocátion intermediário. Quanto mais substituído está um carbocátion (mais ligações tem a outro átomo de carbono ou outros substituintes eletrodoadores), mais estável é, devido ao efeito indutivo, hiperconjugação e impedimento estérico. O produto principal da reação de adição será o que tenha o intermediário mais estável. Em consequência, o produto principal da adição do HX (onde X é um halogênio, átomo ou grupo funcional mais eletronegativo que o átomo de hidrogênio) a um alceno tem o átomo de hidrogênio na posição menos substituída e o grupo X na posição mais substituída. É importante notar que, entretanto, também se formará o carbocátion menos estável, ainda que em menor grau, e tenderá a formar o produto minoritário com a disposição dos átomos na forma oposta.

Como uma técnica mnemônica, pode-se resumir em "o rico se torna mais rico e o pobre se torna mais pobre" (ou ainda mais resumidamente, “dinheiro atrai dinheiro”): um átomo de carbono rico em substituintes ganhará mais substituintes, e o átomo de carbono com mais átomos de hidrogênio unidos ganhará mais átomos de hidrogênio.

Contexto histórico

Uma das reações orgânicas nas que Markovnikov baseou sua regra foi a que ocorre entre o iodeto de hidrogênio com o brometo de vinilo (efetuada pela primera vez em 1865). Em outra manifestação de sua regra, observou que o átomo de halogênio se uniu ao átomo de carbono que já levava um átomo de halogênio. A hidrólise de halogenetos germinais do produto inicial de reação com óxido de prata úmido ou hidrogenado a etanal provou que a substituição era 1,1.

Hidroiodação do brometo de vinilo

Tem sido observado que a publicação original de Markovnikov de 1869 era superficial e que não foi realizado muito trabalho experimental. A própria regra apareceu apenas como uma nota de rodapé em um artigo de 26 páginas, o que pode ajudar a explicar por que levou 60 anos até que tal regra tivesse sido aceita.

Regra de Anti-Markovnikov

Quando o mecanismo seguido pela reação impede a formação de um intermediário carbocátion, a reação pode seguir outros mecanismos que também são regiosseletivos, mas contrários às predições da regra de Markovnikov, como a adição de radical livre.

Tais reações são ditas serem anti-Markovnikov, dado que o átomo de halogênio se une ao átomo de carbono menos substituído. Esta reação é exatamente oposta à reação de Markovnikov quanto a seus resultados, e daí seu nome. Novamente, do mesmo modo que com a carga positiva, o radical é mais estável quando está na posição mais substituída.

O comportamento anti-Markovnikov se extende a outras reações químicas distintas às simples adições aos alcenos. Uma manifestação anti-Markovnikov é observada na hidratação del fenilacetileno que, catalisada com ouro, produz a acetofenona esperada, mas com um catalisador especial de rutênio o outro regioisômero 2-fenilacetaldeído:

Hidratação anti-Markovnikov

O comportamento anti-Markovnikov também pode se manifestar em certas reações de transposição. Em uma substituição nucleofílica formal catalisada por cloreto de titânio (IV) no composto 1 enantiopuro no esquema a seguir, se formam os dois produtos racêmicos 2a e 2b:

Transposição anti-Markovnikov

Esta distribuição do produto pode ser pensada como sendo que a perda do grupo hidroxilo em 1 produza o carbocátion terciário A, que se rearranja ao aparentemente menos estável carbocátion secundário B. O cloro pode aproximar-se a este centro a partir de duas faces, conduzindo à mistura observada de isômeros.

Porém, talvez o exemplo mais conhecido de adição anti-Markovnikov é a hidroboração.

Um novo método de adição anti-Markovnikov foi descrito por Hamilton e Nicewicz, o qual usa moléculas aromáticas e energia leve de um díodo de baixa energia para transformar o alceno em um radical cátion.