Las reacciones de adición son acciones importantes con respecto a las síntesis orgánicas, porque a través de ellas se pueden desarrollar un número interesante de sustancias orgánicas.
Para que ocurra la reacción de adición, es necesario crear dos sitios de unión en la cadena de carbono, lo que ocurre simplemente cuando la cadena está insaturada (presencia de enlace pi). Por lo tanto, cuando el enlace pi se rompe, los sitios aparecen en la cadena.
Un grupo de sustancias que se pueden utilizar además de síntesis son cicloalcanos o ciclanes, grupo de hidrocarburos con cadenas cíclicas y saturadas. Se escapan de la regla general de la suma ya que no tienen un enlace pi, pero dependiendo de algunas condiciones (calor, catalizador de metal, medio ácido) pueden sufrir una ruptura de cadena entre dos átomos de carbono, lo que hace que aparezcan dos sitios de unión para que tenga lugar la adición. Sin embargo, existe un hecho que restringe el uso de estos compuestos. El hecho es la llamada teoría de la tensión de anillo, propuesta por Adolf V. Bayer en 1885.
Para que se rompa el enlace sigma entre los carbonos, debe haber cierta inestabilidad entre los carbonos. Esta inestabilidad está relacionada con el ángulo de enlaces entre los carbonos. Según Bayer, el ángulo que proporciona un gran estabilidad para el enlace sigma es 109.47O. Por lo tanto, las cadenas que tienen un ángulo entre carbonos menor de 109,47O tienden a tener inestabilidad en los enlaces sigma entre los carbonos que forman las cadenas, lo que favorece su rotura aliado a una condición externa ideal.
Los únicos cicloalcanos que tienen un ángulo menor a 109,47O entre sus carbonos se encuentran ciclopropano (60O), ciclobutano (90O) y ciclopentano (108O). El ciclopentano tiene un ángulo muy cercano a 109,47O tiene enlaces sigma muy estables, por lo que no puede sufrir ninguna reacción de adición. A continuación tenemos las estructuras de estos tres cicloalcanos:
Fórmula estructural de ciclopropano, ciclobutano y ciclopentano, respectivamente.
Observación: Cualquier cicloalcano que tenga más de 5 carbonos en la cadena llevará a cabo una reacción de sustitución de ejemplo, y nunca una adición porque los enlaces sigma entre sus átomos de carbono son extremadamente estable.
Las reacciones de adición que pueden ocurrir con los cicloalcanos son básicamente todas, pero con el ciclopentano las únicas que puede sufrir son la hidrogenación y la halogenación. A continuación se muestran ejemplos de adiciones con cicloalcanos y sus condiciones de aparición:
a) Hidrogenación
Reacción del cicloalcano con la molécula de hidrógeno en presencia de catalizador metálico en polvo (zinc, níquel o platino) en presencia de calentamiento (alrededor de 180 ° COC). En esta reacción, el cicloalcano dará lugar a una alcano. En esta reacción, después de que se rompe el ciclo, se agrega un átomo de hidrógeno a cada uno de los carbonos del enlace sigma que se rompió.
Reacción de adición en ciclobutano usando hidrógeno
b) Halogenación
Reacción del cicloalcano con la molécula de halógeno (cloro, bromo, yodo, por ejemplo) con la presencia de un catalizador de cloruro de hierro III (FeCl3). En esta reacción, el cicloalcano dará lugar a una haluro orgánico con dos átomos de halógeno en la cadena. Después de que se rompe el ciclo, tenemos la adición de un átomo de halógeno en cada uno de los carbonos del enlace sigma que se rompió.
Reacción de adición en ciclobutano usando bromo
c) Reacción con hidruros de halógeno (haluros de ácido)
Reacción del cicloalcano con la molécula de hidrato inorgánico que contiene halógeno (HCl. HBr, HI). Como se usa un ácido como reactivo, no se usa un catalizador. En esta reacción, el cicloalcano dará lugar a una haluro orgánico con un solo átomo de halógeno en la cadena. Después de que se rompe el ciclo, tenemos la adición de un átomo de hidrógeno en uno de los carbonos del enlace sigma que se rompió y un halógeno en el otro carbono. Obedeciendo la regla de Markovnikov (H en el carbono más hidrogenado y halógeno en el carbono menos hidrogenado).
Nota: Solo ocurre con ciclopropano y ciclobutano.
Reacción de adición en ciclopropano usando ácido clorhídrico.
Nota: Solo ocurre con ciclopropano y ciclobutano.
d) Hidratación
Reacción de cicloalcano con una molécula de agua en presencia de ácido sulfúrico y calentamiento. En esta reacción, el cicloalcano dará lugar a una mono alcohol (alcohol con un solo grupo OH en la cadena). Después de que se rompe el ciclo, tenemos la adición de un átomo de hidrógeno en uno de los carbonos del enlace sigma que se rompió y un hidroxilo (OH) en el otro carbono. Obedeciendo la regla de Markovnikov (H en el carbono más hidrogenado e hidroxilo en el carbono menos hidrogenado).
Nota: Solo ocurre con ciclopropano y ciclobutano.
Reacción de adición en ciclopropano usando ácido clorhídrico.
Por mí. Diogo Lopes Dias
Fuente: Escuela Brasil - https://brasilescola.uol.com.br/quimica/adicoes-ciclanos.htm