Flechas curvas y mecanismos con flechas: las reglas, los patrones y cómo practicar
Respuesta corta: una flecha curva muestra el movimiento de un par de electrones. Empieza en los electrones: un par solitario, un enlace π o un enlace σ. Termina donde van: sobre un átomo, como un nuevo par solitario, o entre dos átomos, como un nuevo enlace. Una flecha de anzuelo mueve un electrón. Para practicar, abre la práctica de mecanismos con flechas curvas gratuita, toca dónde empieza y termina cada flecha y pulsa Comprobar respuesta.
Qué son los mecanismos con flechas curvas
Las flechas curvas son la forma en que los químicos muestran cómo ocurre una reacción, paso a paso. Cada flecha curva mueve electrones. Los enlaces se forman donde llegan pares de electrones entre átomos y se rompen donde los pares se van.
Un nucleófilo es una especie rica en electrones que cede un par de electrones, como HO⁻, NH₃, CN⁻ o un enlace π C=C. Un electrófilo es una especie pobre en electrones que acepta un par, como un carbocatión, el carbono del C=O, H⁺ o NO₂⁺. Las flechas siempre van del nucleófilo al electrófilo.
Las reglas
- Las flechas mueven electrones, no átomos. Una flecha completa (punta de dos lados) mueve dos electrones. Una flecha de anzuelo (punta de un lado) mueve uno.
- La cola está sobre los electrones. Empieza en un par solitario, un enlace π o un enlace σ. Nunca empieces en una carga positiva, un orbital vacío o un átomo de H aislado.
- La punta muestra adónde van los electrones. Si termina sobre un átomo, forma un par solitario. Si termina entre dos átomos, forma un enlace.
- Respeta los octetos. C, N y O pueden tener como máximo ocho electrones. Si llega un par a un átomo que ya está lleno, otra flecha debe sacar un par de él en el mismo paso.
- Las cargas siguen a las flechas. Un átomo que usa su par solitario para formar un enlace pasa a ser una unidad más positivo. Un átomo que gana un par solitario pasa a ser una unidad más negativo.
- La carga total se conserva. Suma las cargas antes y después. Deben coincidir.
Carga formal = electrones de valencia − electrones no enlazantes − número de enlaces. Úsala para comprobar cada átomo después de dibujar las flechas.
Flechas completas y flechas de anzuelo
| Flecha curva completa | Mueve un par de electrones. Se usa en reacciones polares: ácidos y bases, nucleófilos y electrófilos, SN1, SN2, E1, E2, adiciones y eliminaciones. |
|---|---|
| Flecha de anzuelo | Mueve un electrón. Se usa en reacciones radicalarias. Romper un enlace de forma simétrica (homólisis) requiere dos flechas de anzuelo, una hacia cada átomo. |
| Flecha de reacción (→) | Separa los materiales de partida de los productos. No es una flecha curva. |
| Flecha de resonancia (↔) | Une dos dibujos de la misma especie. No hay reacción. |
Patrones de flechas habituales
Casi todos los mecanismos se construyen con unos pocos patrones.
| Transferencia de protón | Par solitario de la base → H; enlace H–A → A. Ejemplo: HO⁻ + HCl → H₂O + Cl⁻. |
|---|---|
| Ataque nucleófilo | Par solitario o enlace π → átomo electrófilo. Ejemplo: agua + (CH₃)₃C⁺. |
| Pérdida de un grupo saliente | Enlace C–X → X. Ejemplo: (CH₃)₃C–Br → (CH₃)₃C⁺ + Br⁻. |
| SN2 | Nucleófilo → C y C–X → X, a la vez. |
| Adición al C=O | Nucleófilo → C y π del C=O → O. |
| E2 | Base → H β, C–H → C–C (nuevo enlace π), C–X → X. |
| Transposición de carbocationes | Enlace C–H o C–C → el C⁺ vecino. |
| Pericíclica | Flechas en un circuito cerrado, como en la reacción de Diels–Alder. |
| Radicalaria | Flechas de anzuelo, un electrón por flecha. |
Cómo usar la herramienta de práctica
- Abre la práctica de mecanismos con flechas curvas.
- Elige un Nivel (Inicial, Intermedio o Avanzado) y un Tipo de reacción, o deja ambos en todos.
- Lee la ecuación y la línea que indica cuántas flechas hay que dibujar.
- Toca el inicio de una flecha: un par de puntos (par solitario), un enlace o un solo punto (electrón desapareado). Después toca el átomo o el enlace adonde van los electrones.
- En los pasos radicalarios, pulsa Anzuelo (1 e⁻) antes de dibujar.
- Pulsa Comprobar respuesta. Cada flecha incorrecta recibe su propio mensaje. Elimínala con × o usa Deshacer o Borrar.
- Pulsa Pista si te atascas, o Mostrar respuesta para ver las flechas correctas en naranja, el producto y la explicación. Después pulsa Siguiente paso.
Las flechas se pueden dibujar en cualquier orden. La herramienta también acepta dibujos equivalentes, como una flecha de par solitario que termina en el enlace que forma en lugar de en el átomo. Tu progreso se guarda en tu navegador; Reiniciar progreso lo borra.
Ejemplos resueltos
1. SN2: hidróxido y bromometano
HO⁻ + CH₃Br → CH₃OH + Br⁻. La flecha 1 va de un par solitario del O⁻ al carbono. La flecha 2 va del enlace C–Br al bromo. El oxígeno pasa de −1 a 0 y el bromo de 0 a −1. Una sola flecha daría al carbono cinco enlaces, así que hacen falta las dos.
2. E2: hidróxido y bromoetano
Flecha 1: del par solitario del O⁻ a un hidrógeno del carbono contiguo al C–Br. Flecha 2: de ese enlace C–H al enlace C–C, que se convierte en el enlace π. Flecha 3: del enlace C–Br al bromo. El producto es eteno, agua y bromuro. La segunda flecha termina en el enlace, no en el átomo de carbono.
3. Adición aldólica
El enolato CH₂=CH–O⁻ ataca al acetaldehído. Flecha 1: el par solitario del O⁻ vuelve a formar el C=O. Flecha 2: el enlace π C=C ataca al carbono del aldehído y forma el nuevo enlace C–C. Flecha 3: el enlace π C=O del aldehído pasa a su oxígeno y da un alcóxido.
4. Cloración radicalaria del metano
Cl• + CH₄ → HCl + •CH₃ usa tres flechas de anzuelo. Un electrón del Cl• y otro del enlace C–H se aparean para formar el enlace H–Cl. El otro electrón del C–H se queda en el carbono como radical metilo.
5. Transposición 1,2 de hidruro
Un carbocatión secundario contiguo a un C–H pasa a ser terciario. Una flecha va del enlace C–H al carbono positivo. El hidrógeno se mueve con sus dos electrones, como hidruro. Si la flecha terminara en el enlace C–C, describiría una eliminación.
Tabla resumen
| Paso | Flechas · cambio de carga |
|---|---|
| Transferencia de protón | 2 · la base gana +1, el A del ácido gana −1 |
| Ionización SN1 | 1 · el C pasa a +, el grupo saliente a − |
| SN2 | 2 · nucleófilo +1, grupo saliente −1 |
| Adición al C=O | 2 · el O pasa a − |
| E2 | 3 · grupo saliente −1 |
| Formación del enolato | 3 · el O pasa a − |
| Sustitución electrofílica aromática | 2 para atacar, 2 para perder H⁺ |
| Diels–Alder | 3 en un anillo · sin cargas |
| Abstracción radicalaria | 3 flechas de anzuelo · sin cargas |
Errores comunes
- Flechas al revés. Dibujarlas del electrófilo al nucleófilo, o del H⁺ a la base.
- Empezar en una carga +. Un carbocatión no tiene electrones que ceder.
- Demasiados enlaces. Atacar un carbono lleno sin sacar un par da un carbono con cinco enlaces.
- Romper el enlace equivocado del C=O. En las adiciones, solo el enlace π pasa al oxígeno.
- Puntas de flecha imprecisas. Una flecha que se queda a medio camino no indica si se forma un enlace o un par solitario.
- Flechas completas en pasos radicalarios, o flechas de anzuelo en pasos polares.
- Olvidar actualizar las cargas. Vuelve a contar cada átomo que haya tocado una flecha.
Consejos para el examen
- Dibuja todos los pares solitarios de los átomos que reaccionan. Los examinadores buscan la cola sobre un par solitario.
- Empieza cada flecha exactamente sobre el par solitario o el enlace, y termínala exactamente sobre el átomo o el enlace.
- Escribe las cargas en cada intermedio. Olvidar las cargas suele costar puntos.
- En la SN2, muestra el ataque por el lado opuesto al grupo saliente.
- En la E2, dibuja el H y el grupo saliente en disposición antiperiplanar.
- Comprueba la estabilidad de cualquier carbocatión que formes y busca una transposición de hidruro o de metilo.
- Aprende los patrones, no reacciones sueltas. La mayoría de los mecanismos de examen combinan tres o cuatro de ellos.
Preguntas y respuestas
¿Qué significa una flecha curva en química?
Una flecha curva muestra un par de electrones que se mueve durante un paso de reacción. La cola indica dónde están ahora los electrones y la punta, dónde terminan. Los átomos no siguen la flecha; solo los electrones.
¿Puede una flecha curva empezar en una carga positiva?
No. Una carga positiva significa que a un átomo le faltan electrones, así que no tiene ninguno que ceder. Las flechas apuntan hacia los centros positivos, como un carbocatión o el carbono δ+ del C=O, nunca salen de ellos.
¿Cuándo uso una flecha de anzuelo?
Usa una flecha de anzuelo, con la punta de un solo lado, cuando se mueve un solo electrón. Ocurre en las reacciones radicalarias: la homólisis de Cl₂ o Br₂ con luz, la abstracción de hidrógeno por un radical halógeno y la adición radicalaria a alquenos. Romper un enlace de forma simétrica requiere dos flechas de anzuelo.
¿Por qué la flecha va del nucleófilo al electrófilo?
El nucleófilo es rico en electrones y aporta el par de electrones que forma el nuevo enlace. El electrófilo es pobre en electrones y lo acepta. Como las flechas siguen a los electrones, siempre van del nucleófilo al electrófilo, y de un enlace al grupo saliente.
¿Cuántas flechas necesita cada paso de un mecanismo?
Tantas como pares de electrones se muevan. La pérdida de un grupo saliente necesita una. La SN2 y la adición al C=O necesitan dos. La E2 y la formación de un enolato necesitan tres. La reacción de Diels–Alder necesita tres flechas en un anillo. Una adición de Michael desde un enolato necesita cuatro.
¿Cómo compruebo que mis flechas son correctas?
Aplica cada flecha y vuelve a dibujar el producto. Cada átomo debe conservar un octeto razonable, las cargas formales deben deducirse de las flechas y la carga total no debe cambiar. La práctica de flechas curvas gratuita de MolDraw hace esta comprobación por ti en 35 pasos reales.
¿Qué diferencia hay entre una flecha curva y una flecha de resonancia?
Una flecha curva mueve electrones dentro de una estructura o entre estructuras. Una flecha recta de doble punta (↔) une estructuras resonantes, que son dos dibujos de la misma molécula, no una reacción. Las flechas curvas dibujadas sobre una forma resonante muestran cómo pasar de un dibujo al siguiente.