Reacciones de adición en química orgánica: halogenuros, hidratación, enlaces y octanaje

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. El electrófilo (H⁺) se une primero al doble enlace generando un carbocatión; posteriormente, el nucleófilo (X⁻) se une al carbocatión.

Adición de agua (hidratación)

• Adición de agua (hidratación): En presencia de un ácido fuerte, se separa el ion de hidrógeno (H⁺) y se facilita la adición del agua. El agua se adiciona para formar alcoholes, lo que cambia el sufijo a "-ol", siguiendo también la Regla de Markovnikov. El grupo hidroxilo (–OH) pasa a ser el grupo alcohol en la molécula resultante.

Conceptos clave

• Electrófilo: especie que acepta un par de electrones (por ejemplo H⁺).
• Nucleófilo: especie que dona un par de electrones (por ejemplo X⁻).
• Regla de Markovnikov: el protón se incorpora en el carbono del doble enlace que ya posee más hidrógenos.

Enlaces sigma y pi

— ¿Con la unión de qué orbitales se forman los enlaces sigma y pi?

• Sigma (σ): se forman por el traslape frontal entre orbitales. Ejemplos de combinaciones: s–s, s–sp, s–sp2, s–sp3, sp–sp, sp2–sp2, sp3–sp3.
• Pi (π): se forman por el solapamiento lateral de orbitales p; los electrones no apareados de los orbitales p de átomos vecinos se superponen lateralmente, dando origen al enlace π.

Octanaje de las gasolinas

— ¿Qué es el octanaje de las gasolinas? El octanaje es la resistencia que tiene una gasolina a la detonación (autoignición) cuando se comprime y se somete a las condiciones de combustión en un motor.

— ¿Qué produce un bajo octanaje?

Un combustible que está formado principalmente por alcanos de cadena lineal tiende a tener una velocidad de combustión elevada y, al ser comprimido, presenta mayor propensión a la autoignición o detonación, lo que se traduce en un bajo octanaje.

— Opciones para elevar el octanaje:

• Aplicar tratamientos y aditivos como el MTBE (metil-terbutil-éter).
• Mezclar con gasolinas reformadas de muy alto índice de octano obtenidas en procesos de ciclación o reformación catalítica con platino.
• Utilizar cracking catalítico en presencia de catalizadores de alúmina y sílice a temperaturas entre 400 y 500 °C.

Procedimiento de la reacción de adición mediada por radicales libres

— Iniciación: Primero, un peróxido, por efecto del calor o de luz ultravioleta, se disocia en dos radicales libres alcoxi. Los radicales libres alcoxi, altamente reactivos, reaccionan con HBr (una molécula estable), quitándole su átomo de hidrógeno para convertirse en moléculas estables de alcohol y, a su vez, convirtiendo al átomo de bromo en un radical libre, electrófilo y altamente reactivo.

— Propagación: En el segundo paso del proceso, denominado propagación, los radicales libres de bromo rompen el enlace π del alqueno uniéndose al carbono del doble enlace que tiene el mayor número de hidrógenos, formando un enlace σ estable con él y convirtiendo al otro átomo de carbono del doble enlace (el que tiene menos hidrógenos) en un radical libre de alta reactividad. El alcano ahora convertido en radical libre reacciona con una molécula de bromuro de hidrógeno estable y le quita el hidrógeno, convirtiéndose en un alcano bromado estable y generando un nuevo radical libre que continúa el proceso de propagación hasta consumirse las moléculas de alqueno o las de bromuro de hidrógeno (HBr) presentes.

— Terminación: El proceso puede concluir cuando dos radicales libres se combinan para formar una molécula estable, deteniendo así la cadena de reacciones radicalarias.

Términos y conceptos relacionados

• Peróxido: iniciador que genera radicales libres bajo calor o luz UV.
• Radical libre: especie con electrones no apareados, muy reactiva.
• Propagación: etapa en la que los radicales generan nuevos radicales y productos estables.