Compuesto nitro

En química orgánica, los compuestos nitro son compuestos orgánicos que contienen uno o más grupos funcionales nitro (−NO₂). El grupo nitro es uno de los explosóforos (grupo funcional que convierte a un compuesto en explosivo) más comunes utilizados a nivel mundial. El grupo nitro también es fuertemente aceptor de electrones. Debido a esta propiedad, los enlaces C−H alfa (adyacentes) al grupo nitro pueden ser ácidos. Por razones similares, la presencia de grupos nitro en compuestos aromáticos retarda la sustitución aromática electrófila pero facilita la sustitución aromática nucleófila. Los grupos nitro rara vez se encuentran en la naturaleza. Casi invariablemente se producen mediante reacciones de nitración que comienzan con ácido nítrico.

Síntesis

Preparación de compuestos nitro aromáticos

Los compuestos nitro aromáticos normalmente se sintetizan mediante nitración. La nitración se logra utilizando una mezcla de ácido nítrico y ácido sulfúrico, que producen el ion nitronio (NO+< span>2), que es el electrófilo:

+

H⁺

El producto de nitración producido a mayor escala, con diferencia, es el nitrobenceno. Muchos explosivos se producen mediante nitración, incluidos el trinitrofenol (ácido pícrico), el trinitrotolueno (TNT) y el trinitroresorcinol (ácido estífnico). Otro método, aunque más especializado, para obtener grupos arilo-NO₂ a partir de fenoles halogenados es la nitración de Zinke.

Preparación de nitrocompuestos alifáticos

Los nitrocompuestos alifáticos se pueden sintetizar mediante varios métodos; ejemplos notables incluyen:

• Nitración radical libre de alcanes. La reacción produce fragmentos de la alcana matriz, creando una mezcla diversa de productos; por ejemplo, nitrometano, nitroetano, 1-nitropropano y 2-nitropropano se producen mediante el tratamiento de propano con ácido nítrico en la fase de gas (por ejemplo, 350-450 °C y 8–12 atm).
• Reacciones de sustitución nucleofílica entre halocarbonos o organosulfates con sales de nitrito de plata o alcalino.
• El nitrometano se puede producir en el laboratorio mediante el tratamiento de la cloroaceta sodio con nitrito sodio.
• Oxidación de óxidos o aminas primarias.
• Reducción de alcoholes β-nitro o nitroalkenes.
• Por decarboxilación de ácidos α-nitro carboxílico formados de nitrilos y nitrato de etilo.

Ter Meer Reacción

En la sustitución alifática nucleofílica, el nitrito de sodio (NaNO₂) reemplaza un haluro de alquilo. En la llamada reacción de Ter Meer (1876), que lleva el nombre de Edmund ter Meer, el reactivo es un 1,1-halonitroalcano:

Se propone el mecanismo de reacción en el que en el primer paso lento se extrae un protón del nitroalcano 1 a un carbanión 2 seguido de la protonación a un aci-nitro 3 y finalmente el desplazamiento nucleofílico del cloro basado en un efecto isotópico cinético del hidrógeno observado experimentalmente de 3,3. Cuando el mismo reactivo se hace reaccionar con hidróxido de potasio, el producto de la reacción es el dímero 1,2-dinitro.

Ocurrencia

En la naturaleza

El cloranfenicol es un raro ejemplo de un compuesto nitro natural. Al menos algunos grupos nitro naturales surgieron por oxidación de grupos amino. El 2-nitrofenol es una feromona de agregación de las garrapatas.

Los ejemplos de compuestos nitro son raros en la naturaleza. Ácido 3-nitropropiónico que se encuentra en hongos y plantas (Indigofera). El nitropentadeceno es un compuesto de defensa que se encuentra en las termitas. El nitrofeniletano se encuentra en Aniba canelilla. El nitrofeniletano también se encuentra en miembros de Annonaceae, Lauraceae y Papaveraceae.

En productos farmacéuticos

A pesar del uso ocasional en productos farmacéuticos, el grupo nitro está asociado con mutagenicidad y genotoxicidad y, por lo tanto, a menudo se considera un inconveniente en el proceso de descubrimiento de fármacos.

Reacciones de nitrocompuestos alifáticos

Reducción

Los nitrocompuestos participan en varias reacciones orgánicas, siendo la más importante su reducción a las correspondientes aminas:

RNO₂ + 3 H₂ → RNH₂ + 2 H₂O

Las variaciones de este método es una de las principales técnicas para la producción de arilamina.

Hidrólisis

En la reacción de Nef, un compuesto nitro se hidroliza para liberar una cetona/aldehído y óxido nitroso.

Reacciones ácido-base

El carbono α de los nitroalcanos es algo ácido. Los valores pK_a del nitrometano y del 2-nitropropano son respectivamente 17,2 y 16,9 en solución de dimetilsulfóxido (DMSO). Estos valores sugieren un pK_a acuoso de aproximadamente 11. En otras palabras, estos ácidos carbónicos se pueden desprotonar en solución acuosa. La base conjugada se llama nitronato y se forman como intermedios en la reacción de nitroaldol y en las reacciones de Nef.

Reacciones de condensación

El nitrometano sufre adiciones catalizadas por bases a aldehídos en adición 1,2 en la reacción del nitroaldol. De manera similar, se agrega a compuestos carbonílicos alfa-beta insaturados como una adición 1,4 en la reacción de Michael como donante de Michael. Los nitroalquenos son aceptores de Michael en la reacción de Michael con compuestos enolatos.

Reacciones bioquímicas

Muchas enzimas flavinadependientes son capaces de oxidar compuestos nitro alifáticos a aldehídos y cetonas menos tóxicos. La nitroalcano oxidasa y la 3-nitropropionato oxidasa oxidan exclusivamente compuestos nitro alifáticos, mientras que otras enzimas como la glucosa oxidasa tienen otros sustratos fisiológicos.

Reacciones de compuestos nitro aromáticos

La reducción de compuestos nitro aromáticos con hidrógeno sobre catalizadores metálicos da anilinas. Prácticamente todas las aminas aromáticas (anilinas) se derivan de nitroaromáticos. Una variación es la formación de un dimetilaminoareno con paladio sobre carbono y formaldehído:

Las síntesis de indol de Leimgruber-Batcho, Bartoli y Baeyer-Emmerling comienzan con compuestos nitro aromáticos. El índigo se puede sintetizar en una reacción de condensación a partir de ortonitrobenzaldehído y acetona en condiciones fuertemente básicas en una reacción conocida como síntesis de índigo de Baeyer-Drewson.

Explosiones

La descomposición explosiva de compuestos organonitro son reacciones redox, en las que tanto el oxidante (grupo nitro) como el combustible (sustituyente hidrocarburo) están unidos dentro de la misma molécula. El proceso de explosión genera calor formando productos altamente estables que incluyen nitrógeno molecular (N₂), dióxido de carbono y agua. El poder explosivo de esta reacción redox aumenta porque estos productos estables son gases a temperaturas suaves. Muchos explosivos de contacto contienen el grupo nitro.