Adición en química orgánica: definición, mecanismos y ejemplos

Adición en química orgánica: definición, mecanismos y ejemplos claros. Aprende cómo actúan nucleófilos y electrófilos, tipos de enlaces y reacciones clave paso a paso.

En química orgánica, una reacción de adición se produce cuando dos moléculas se unen para formar una más grande. Esto sólo puede ocurrir cuando una de las moléculas ya tiene un enlace doble o triple. Pueden ser enlaces carbono-carbono o incluso carbono-oxígeno, carbono-nitrógeno y otros. Una de las dos moléculas se denomina nucleófila, y es la que cede los electrones a la otra para realizar el nuevo enlace. La otra molécula se llama electrófila, y es la que recibe los electrones.

Una reacción de adición es lo contrario de una reacción de eliminación. Ejemplos comunes de reacciones de adición son la adición de agua a través de un doble enlace y el ataque nucleofílico a un carbonilo.

Tipos de adición

• Adición electrófila: típica en alquenos y alquinos. Un electrófilo ataca el doble enlace, formando generalmente un intermedio cargado (por ejemplo, un carbocatión) que después es capturado por un nucleófilo.
• Adición nucleofílica: común en sistemas polarizados como los carbonilos (C=O). El nucleófilo ataca el átomo electrofílico (ej. el carbono del carbonilo) y se forma un intermedio tetraédrico.
• Adición por radicales: ocurre mediante mecanismos en cadena iniciados por radicales libres; es importante en polímeros y en ciertas hidrogenaciones o halogenaciones bajo condiciones radicalarias.
• Adición conjugada (1,4): en sistemas α,β-insaturados el nucleófilo puede atacar en la posición β (adición 1,4 o «conjugada»), produciendo productos distintos de la adición directa al carbonilo (1,2).
• Adición sincrónica o concertada: p. ej. reacciones pericíclicas o la hidrogenación catalítica, donde los enlaces se forman simultáneamente y no hay intermedios claramente detectables.

Mecanismos comunes

• Adición electrófila a alquenos: (1) el electrófilo E+ se añade al doble enlace formando un carbocatión o un intermedio ciclado (p. ej. bromonio); (2) el nucleófilo Nu− ataca el intermedio para dar el producto de adición. Este mecanismo explica la regiochemistría y la sensibilidad a estabilización del carbocatión.
• Adición nucleofílica a carbonilos: el nucleófilo ataca el carbono carbonílico formando un intermediario tetraédrico (alcoholato), que después se protona para dar alcoholes o derivados (hemiacetales, acetales).
• Adición radicalaria: inicia mediante la formación de radicales (por ejemplo por peróxidos o luz), sigue con la adición al doble enlace generando un radical secundario o terciario que propaga la cadena y finalmente se termina por combinación o abstracción.
• Hidrogenación catalítica: la adición de H2 sobre dobles/triples enlaces en presencia de un catalizador metálico (Pt, Pd, Ni) es generalmente concertada y produce adición syn (ambos hidrógenos se añaden por el mismo lado).

Regio- y estereoquímica

• Regioselectividad: reglas como la de Markovnikov (en adiciones electrophilicas de HX a alquenos, el H se añade al carbono más sustituido en reacciones radicalarias o anti-Markovnikov en presencia de peróxidos) ayudan a predecir dónde se forma el nuevo enlace.
• Estereoselectividad: la adición puede ser syn (ambos grupos se añaden al mismo lado del doble enlace) o anti (caras opuestas). Por ejemplo, la halogenación de alquenos suele dar productos de adición anti vía intermediarios ciclodos.
• Control por catalizadores: catalizadores quirales pueden inducir enantioselectividad en adiciones (p. ej. hidrogenación asimétrica), lo que es crucial en síntesis farmacéutica.

Ejemplos representativos

• Hidratación de alquenos: H2O se añade al doble enlace en presencia de un ácido (adición electrophilic), dando alcoholes según la regla de Markovnikov salvo que se usen rutas alternativas (hydroboration-oxidation produce alcoholes anti-Markovnikov).
• Hidrohalogenación (HX): adición de HBr o HCl a alquenos; la presencia de peróxidos puede invertir la regioreglaje (anti-Markovnikov) vía mecanismo radicalario.
• Halogenación (X2): adición de Br2 o Cl2 a alquenos forma dibromuros/dicloro derivados; procede por un intermedio bromonio (adición anti).
• Hidrogenación: adición de H2 sobre alquenos o alquinos con catalizador metálico → alcanos o alquenos saturados (sin transferencia sincrónica de H → syn).
• Adición nucleofílica a carbonilos: reacción de carbonilos con nucleófilos como organometálicos (p. ej. reactivos de Grignard) para formar alcoholes terciarios/secundarios; formación de cianohidrinas por HCN; formación de hemiacetales y acetales con alcoholes.
• Adición conjugada (Michael): nucleófilos blandos (enolatos, tioéteres) se añaden a α,β-insaturados en posición β (1,4), muy útil en síntesis orgánica para construir cadenas funcionalizadas.

Factores que afectan las reacciones de adición

• Tipo de sustrato: la sustitución y la polaridad del doble/triple enlace influyen en la estabilidad de intermedios (carbocationes, radicales) y, por tanto, en la rapidez y regioselectividad.
• Condiciones y catalizadores: ácidos, bases, catalizadores de Lewis, metales de transición o peróxidos determinan el mecanismo predominante y la selectividad.
• Solvente: solventes polares estabilizan estados cargados y pueden favorecer mecanismos iónicos; solventes apolares favorecen procesos radicalarios en algunos casos.
• Temperatura y concentración: afectan la cinética y la competencia entre rutas (p. ej. adición vs. polimerización).

Importancia y aplicaciones

Las reacciones de adición son fundamentales en la síntesis orgánica: permiten transformar enlaces múltiples en grupos funcionales más útiles, construir cadenas y anillos, y realizar modificaciones selectivas en moléculas complejas. Se aplican en:

• Síntesis farmacéutica y agroquímica (construcción de centros quirales, incorporación de grupos funcionales).
• Producción industrial (hidrogenación de aceites, fabricación de polímeros por adición de radicales).
• Química de materiales (funcionalización de superficies, síntesis de monómeros y polímeros).

En resumen, la adición abarca una amplia variedad de mecanismos y selectividades. Comprender el tipo de sustrato, los posibles intermedios y las condiciones de reacción permite predecir y controlar los productos obtenidos en síntesis orgánica.

Preguntas y respuestas

P: ¿Qué es una reacción de adición en química orgánica?

P: ¿Qué tipos de enlaces pueden tener reacciones de adición?

P: ¿Qué es un nucleófilo en una reacción de adición?

P: ¿Qué es un electrófilo en una reacción de adición?

P: ¿En qué se diferencia una reacción de adición de una reacción de eliminación?

P: ¿Cuál es un ejemplo de reacción de adición?

P: ¿Pueden producirse reacciones de adición sin dobles o triples enlaces?

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