Isomería Cis-Trans y Reacciones de Alcanos, Alquenos y Alquinos: propiedades y mecanismos

Isomería cis‑trans

Isomería cis‑trans: Debido a que el doble enlace impide la rotación, los sustituyentes pueden quedar del mismo lado (cis) o en lados opuestos (trans), generando compuestos con propiedades distintas. Solo puede haber isomería cuando los sustituyentes unidos a un mismo carbono son diferentes.

Regla de Markovnikov

◦ Regla de Markovnikov: En reacciones de adición de reactivos asimétricos (como HCl), el hidrógeno se une al carbono del doble enlace que ya tiene más hidrógenos.

Todas las reacciones de los alcanos, alquenos y alquinos

1. Reacciones de los alcanos (parafinas)

Aunque los alcanos son relativamente inertes frente a la mayoría de los reactivos en condiciones moderadas, bajo condiciones especiales (como alta temperatura o luz) presentan las siguientes reacciones:

Combustión

Combustión: Reaccionan con el oxígeno del aire desprendiendo dióxido de carbono (CO₂), agua (H₂O) y abundante calor, lo que los hace excelentes combustibles. En otras palabras, producen dióxido de carbono y agua.

Halogenación

• Halogenación: Es una reacción de sustitución donde átomos de hidrógeno son reemplazados por halógenos como cloro o bromo. Es una reacción fotoquímica que requiere luz o temperaturas elevadas. La sustitución ocurre con preferencia en los carbonos terciarios antes que en los secundarios y primarios.

Nitración

Nitración: Sustitución de un hidrógeno por el grupo nitro (−NO₂) al reaccionar con ácido nítrico concentrado a altas temperaturas (420–475 °C) en presencia de ácido sulfúrico.

Ciclación y reformación

Ciclación: Los hidrocarburos lineales de 6 a 10 carbonos pueden deshidrogenarse en presencia de catalizadores y a temperaturas altas (entre 500 °C y 700 °C) para formar hidrocarburos aromáticos. Este proceso se usa, entre otros fines, para elevar el octanaje de las gasolinas.

Pirólisis o cracking

Pirólisis o cracking: Es la descomposición térmica de alcanos pesados para producir alcanos más pequeños, alquenos e hidrógeno. En presencia de catalizadores como alúmina o sílice y a temperaturas entre 400 °C y 500 °C, se favorece la producción de gasolinas de alto octanaje mediante cracking catalítico.

Reacciones de los alquenos (olefinas)

Los alquenos se caracterizan por una elevada reactividad debido a la presencia del enlace pi (π), que es más débil que el enlace sigma (σ). Entre sus reacciones más importantes están:

Hidrogenación

Hidrogenación: Adición de hidrógeno (H₂) en presencia de catalizadores (platino, paladio o níquel) para convertirse en alcanos.

Adición de halógenos

Adición de halógenos: Adición de cloro o bromo para formar dihalogenuros de alquilo.

Adición de halogenuros de hidrógeno

Adición de halogenuros de hidrógeno: Sigue la Regla de Markovnikov, donde el hidrógeno se une al carbono que ya tiene más hidrógenos. En la adición electrófila, el electrófilo (por ejemplo H⁺) se une primero al doble enlace formando un carbocatión; posteriormente el nucleófilo (X⁻) se une al carbocatión.

Hidratación (adición de agua)

Adición de agua (hidratación): En presencia de un ácido fuerte, el agua se adiciona al doble enlace para formar alcoholes, siguiendo también la Regla de Markovnikov. El grupo hidroxilo (−OH) queda ubicado en el carbono más sustituido y el sufijo del compuesto cambia a -ol.

Polimerización

Polimerización: Unión de múltiples moléculas pequeñas (monómeros) para formar cadenas largas denominadas polímeros.

Enlaces sigma y pi: orbitales implicados

Con la unión de qué orbitales se forman los enlaces sigma y pi:

• Enlace sigma (σ): se forma por el traslape entre orbitales. Ejemplos: s–s, s–sp, s–sp2, s–sp3, sp–sp, sp2–sp2, sp3–sp3.
• Enlace pi (π): se forma cuando los orbitales p no hibridados de átomos vecinos se solapan lateralmente; los electrones desemparejados de cada orbital p forman el par compartido que constituye el enlace π.

Octanaje

¿Qué es? El octanaje es la resistencia que tiene una gasolina a la autoignición o detonación prematura al ser comprimida en el motor.

¿Qué produce un bajo octanaje? Que la gasolina esté formada principalmente por alcanos de cadena lineal, lo cual provoca una velocidad de combustión elevada y aumenta la tendencia a la autoignición o detonación.

Opciones para elevar el octanaje

Recibir tratamiento y aditivos como el MTBE (metil‑tert‑butil éter); hacer mezclas con gasolinas reformadas de muy alto índice de octano obtenidas en el proceso de reformación catalítica (con platino); o mediante el cracking catalítico en presencia de catalizadores de alúmina y sílice a temperaturas entre 400 °C y 500 °C.

Nota final

Este documento conserva los conceptos principales: isomería cis‑trans, regla de Markovnikov, y las reacciones características de alcanos, alquenos y procesos industriales como reformación y cracking, así como factores que influyen en el octanaje.