Metileno (compuesto)
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| Nombres | |||
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| Nombre IUPAC Dihidrurocarbono(2•) [1] | |||
| Nombre IUPAC preferido Metilideno [2] | |||
| Otros nombres | |||
| Identificadores | |||
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Modelo 3D ( JSmol ) |
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| 1696832 | |||
| EBICh |
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| Araña química |
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| 56 | |||
| Malla | carbeno | ||
Identificador de centro de PubChem |
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Panel de control CompTox ( EPA ) |
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| Propiedades | |||
| es 22• | |||
| Masa molar | 14,0266 g mol −1 | ||
| Apariencia | Gas incoloro | ||
| Reacciona | |||
| Ácido conjugado | Metenio | ||
| Termoquímica | |||
Entropía molar estándar ( S ⦵ 298 ) | 193,93 JK −1 mol −1 | ||
Entalpía estándar de formación (Δ f H ⦵ 298 ) | 386,39 kJ mol −1 | ||
| Compuestos relacionados | |||
Compuestos relacionados | Metil (CH 3 ) Metilidin (CH) Carburo (C) Silileno (SiH 2 ) | ||
Salvo que se indique lo contrario, los datos se proporcionan para los materiales en su estado estándar (a 25 °C [77 °F], 100 kPa). | |||
El metileno (nombre IUPAC: metilideno , también llamado carbeno o meteno ) es un compuesto orgánico con la fórmula química CH
2(también escrito [CH
2] ). Es un gas incoloro que emite fluorescencia en el rango infrarrojo medio y sólo persiste en dilución o como aducto .
El metileno es el carbeno más simple . [3] : p.7 [4] Generalmente se detecta solo a temperaturas muy bajas o como un intermedio de corta duración en reacciones químicas . [5]
Nomenclatura
El nombre trivial carbeno es el nombre IUPAC preferido . [2] Los nombres sistemáticos metilideno y dihidridocarbono , nombres IUPAC válidos , se construyen de acuerdo con las nomenclaturas sustitutivas y aditivas, respectivamente.
El metilideno se considera metano al que se le han quitado dos átomos de hidrógeno. Por defecto, este nombre no tiene en cuenta la radicalidad del metileno. Aunque en un contexto en el que se considera la radicalidad, también puede nombrar el estado excitado no radical , mientras que el estado fundamental radical con dos electrones desapareados se denomina metandiilo .
El metileno también se utiliza como nombre trivial para los grupos sustituyentes metanodiilo ( >CH
2) y metilideno ( =CH
2).
Grupo metilideno
Un grupo metilideno es cualquier parte de una molécula que consta de un grupo CH 2 =. [6] El grupo puede representarse como =CH 2 , donde el '=' denota el doble enlace.
Por el contrario, el metileno está conectado al resto de la molécula mediante dos enlaces simples . [7] La distinción suele ser importante, porque el doble enlace es químicamente diferente de dos enlaces simples.
El mismo nombre (metilideno) se utilizó para la molécula distinta CH 2 , también conocida como carbeno . [8] Anteriormente, el nombre metileno se utilizaba para los tres isómeros (metileno, metilideno y carbeno).
Muchos compuestos orgánicos se nombran y clasifican como si fueran el resultado de sustituir un grupo metilideno por dos átomos de hidrógeno adyacentes de alguna molécula madre (aunque en realidad no se obtengan de esa manera). Así, por ejemplo, el metilenciclopropeno recibe su nombre del ciclopropeno .
Preparación
El metileno se puede preparar por descomposición de compuestos con un grupo metilideno o metanodiilo, como la cetena (etenona) ( CH
2=CO), diazometano ( CH lineal
2= N
2), diazirina (cíclica [- CH
2-N=N-]) y diyodometano (I- CH
2-I). La descomposición puede efectuarse por fotólisis , reactivos fotosensibilizados (como la benzofenona ) o descomposición térmica. [5] [9] El metileno se puede producir por fotólisis del diazometano . [10] En su espectro ultravioleta , el metileno gaseoso absorbe alrededor de 141,5 nm. Se ha demostrado que tiene un ángulo de enlace de aproximadamente 140°. [11]
Las reacciones del metileno también se estudiaron alrededor de 1960 mediante espectroscopia infrarroja utilizando experimentos de aislamiento de matriz . [12] [13]
Propiedades químicas
Carácter radical
Muchos de los estados electrónicos del metileno se encuentran relativamente cerca unos de otros, lo que da lugar a diversos grados de química radical. El estado fundamental es un radical triplete con dos electrones desapareados ( X ̃ 3 B 1 ), [9] y el primer estado excitado es un no radical singlete ( ã 1 A 1 ). Con el no radical singlete solo 38 kJ por encima del estado fundamental, [9] una muestra de metileno existe como una mezcla de estados electrónicos incluso a temperatura ambiente, lo que da lugar a reacciones complejas. Por ejemplo, las reacciones del radical triplete con especies no radicales generalmente implican abstracción, mientras que las reacciones del no radical singlete no solo implican abstracción, sino también inserción o adición.
- [ES
2] 2• ( X ̃ 3 B 1 ) + H
2O → [CH
3] • + [HO] • - [ES
2] ( ã 1 A 1 ) + H
2O → H
2CO2 + H2
2o H
3COH
El estado singlete también es más estereoespecífico que el triplete. [9]
El metileno se autopolimeriza espontáneamente para formar varios oligómeros excitados, el más simple de los cuales es la forma excitada del alqueno etileno . Los oligómeros excitados se descomponen en lugar de desintegrarse a un estado fundamental. Por ejemplo, la forma excitada del etileno se descompone en acetileno e hidrógeno atómico. [9]
- 2 canales
2→ O
2CCH*
2→HCCH+2H
El metileno excitado y no solubilizador formará oligómeros estables en estado fundamental.
- 2 canales*
2→ O
2CCH
2
Estructura
El estado fundamental del metileno tiene una energía de ionización de 10,396 eV . Tiene una configuración doblada, con un ángulo HCH de 133,84 ° , [9] y, por lo tanto, es paramagnético . (La predicción correcta de este ángulo fue un éxito temprano de la química cuántica ab initio . [9] ) Sin embargo, la conversión a una configuración lineal requiere solo 5,5 kcal / mol . [9]
El estado singlete tiene una energía ligeramente superior (aproximadamente 9 kcal/mol) que el estado triplete [9] y su ángulo HCH es menor, aproximadamente 102°. En mezclas diluidas con un gas inerte, los dos estados se convertirán entre sí hasta alcanzar un equilibrio [9] .
Reacciones químicas
Química orgánica
Los complejos de metileno neutros experimentan diferentes reacciones químicas dependiendo del carácter pi del enlace coordinado al centro de carbono. Una contribución débil, como en el diazometano, produce principalmente reacciones de sustitución, mientras que una contribución fuerte, como en la etenona , produce principalmente reacciones de adición. Tras el tratamiento con una base estándar, los complejos con una contribución débil se convierten en un metóxido metálico. Con ácidos fuertes (por ejemplo, ácido fluorosulfúrico ), pueden protonarse para dar CH
3yo+
La oxidación de estos complejos produce formaldehído y la reducción produce metano.
El metileno libre sufre las reacciones químicas típicas de un carbeno . Las reacciones de adición son muy rápidas y exotérmicas. [14]
Cuando la molécula de metileno está en su estado de menor energía , los electrones de valencia desapareados están en orbitales atómicos separados con espines independientes , una configuración conocida como estado triplete .
El metileno puede ganar un electrón produciendo un anión monovalente metanidilo ( CH•−
2), que puede obtenerse como trimetilamonio (( CH
3) 4 N+
) sal por la reacción de fenil sodio ( C
6yo
5Na ) con bromuro de trimetilamonio (( CH
3) 4 N+
Es−
). [5] El ion tiene una geometría doblada, con un ángulo HCH de aproximadamente 103°. [9]
Reacciones con compuestos inorgánicos
El metileno también es un ligando común en compuestos de coordinación , como el metileno de cobre (CuCH).
2. [15]
El metileno puede unirse como un ligando terminal, que se llama metilideno , o como un ligando puente, que se llama metanodiilo .
En la cultura popular
La fórmula de la molécula de metileno (CH2 ) fue mencionada como parte de un cómic de Disney por el personaje del Pato Donald en un cómic en 1944 en tono humorístico. Con el mismo espíritu, el cómic fue citado finalmente en la literatura científica por Peter Gaspar y George S. Hammond . [16] [17] El cómic ha sido citado en otras fuentes desde entonces, incluido un libro de texto ampliamente adoptado sobre química orgánica de Robert Morrison y Robert Boyd. [18]
Véase también
Referencias
- ^ ab "metanodiilo (CHEBI:29357)". Entidades químicas de interés biológico . Reino Unido: Instituto Europeo de Bioinformática. 14 de enero de 2009. Nombres IUPAC . Consultado el 2 de enero de 2012 .
- ^ por Henri A. Favre; Warren H. Powell (2014). Nomenclatura de la química orgánica: recomendaciones de la IUPAC y nombres preferidos 2013. Cambridge, Inglaterra: Royal Society of Chemistry. p. 1054. ISBN 978-0-85404-182-4.
- ^ Roald Hoffman (2005), Orbitales moleculares de complejos de metales de transición . Oxford. ISBN 0-19-853093-5
- ^ IUPAC , Compendio de terminología química , 2.ª ed. (el "Libro de oro") (1997). Versión corregida en línea: (2006–) "carbenos". doi :10.1351/goldbook.C00806
- ^ abc WB DeMore y SW Benson (1964), Preparación, propiedades y reactividad del metileno . En Advances in Photochemistry , John Wiley & Sons, 453 páginas. ISBN 0470133597
- ^ "metilideno (nombre IUPAC preferido)" (PDF) . pág. 314.
- ^ "metileno (nombre IUPAC preferido)" (PDF) . pág. 58.
- ^ "metilideno (nombre IUPAC preferido)" (PDF) . pág. 921.
- ^ abcdefghijk Shavitt, Isaiah (1985). "Geometría y brecha de energía singlete-triplete en metileno: una revisión crítica de determinaciones experimentales y teóricas". Tetrahedron . 41 (8): 1531–1542. doi :10.1016/S0040-4020(01)96393-8.
- ^ Herzberg, G.; Shoosmith, J. (1959). "Espectro y estructura del radical metileno libre". Nature . 183 (4678): 1801–1802. Código Bibliográfico :1959Natur.183.1801H. doi :10.1038/1831801a0. S2CID 4272040.
- ^ PR Bunker, 'El espectro, la estructura y la división singlete-triplete en metileno CH 2 .' Capítulo en 'Comparación de la química cuántica ab initio con experimentos para moléculas pequeñas', ed. Rodney J. Bartlett, Reidel Dordrecht, Países Bajos (1985). ISBN 978-9027721297
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- ^ Gaspar, Peter P.; Hammond, George S. (1964). "Capítulo 12: Los estados de espín de los carbenos". En Kirmse, Wolfgang (ed.). Química de los carbenos . Vol. 1. Nueva York: Academic Press. págs. 235-274. OCLC 543711.
Entre los experimentos que, según nuestro conocimiento, aún no se han llevado a cabo, se encuentra uno de naturaleza sumamente intrigante sugerido en la literatura de hace no menos de 19 años (91).
La nota 91 cita el número pertinente de Walt Disney's Comics and Stories . - ^ "Si mezclo CH 2 con NH 4 y hiervo los átomos en niebla osmótica, debería obtener nitrógeno moteado". Walt Disney's Comics and Stories , número 44, 1944.
- ^ Morrison, Robert Thornton; Boyd, Robert Neilson (1973). Química orgánica. Allyn y Bacon. ISBN 978-0-205-04136-7.
