Grado de insaturación

En el análisis de la fórmula molecular de las moléculas orgánicas, el grado de insaturación (DU) (también conocido como índice de deficiencia de hidrógeno (IHD), equivalentes de doble enlace (DBE) o índice de insaturación) es un cálculo que determina el número total de anillos y enlaces π. En química orgánica, se utiliza una fórmula para ayudar a dibujar estructuras químicas. No proporciona ninguna información sobre esos componentes individualmente: el número específico de anillos, o de enlaces dobles (un enlace π cada uno), o de enlaces triples (dos enlaces π cada uno). La estructura final se verifica mediante RMN, espectrometría de masas y espectroscopia IR, así como inspección cualitativa. Se basa en comparar la fórmula molecular real con lo que sería una fórmula posible si la estructura estuviera saturada (sin anillos y conteniendo solo enlaces σ) con todos los átomos con su valencia estándar.

La fórmula para el grado de insaturación es:

${\displaystyle \mathrm {DU} ={\sum n_{i}(v_{i}-2) \over 2}+1}$

donde n_i es el número de átomos con valencia v_i.

Es decir, un átomo que tiene una valencia de x aporta un total de x − 2 al grado de insaturación. El resultado se reduce a la mitad y se aumenta en 1.

Para ciertas clases de moléculas, la fórmula general se puede simplificar o reescribir de forma más clara. Por ejemplo:

${\displaystyle {\text{Doble bond equivalent}=(a+1)-{\frac {b-c+f}{2}}}$

donde

a = número de átomos de carbono en el compuesto

b = número de átomos de hidrógeno en el compuesto

c = número de átomos de nitrógeno en el compuesto

f = número de átomos de halógeno en el compuesto

o

${\displaystyle \mathrm {rings+\pi \ bonds} =C-{\frac {H}{2}-{\frac} {X}{2}+{\frac} {N}}+1\,}$

donde C = número de carbonos, H = número de hidrógenos, X = número de halógenos y N = número de nitrógenos, da un resultado equivalente.

En cualquier caso, el oxígeno y otros átomos divalentes no contribuyen al grado de insaturación, ya que 2 − 2 = 0.

En el caso de los hidrocarburos, el DBE (o IHD) nos indica la cantidad de anillos y/o enlaces adicionales en una estructura no saturada, lo que equivale a la cantidad de pares de hidrógeno que se requieren para saturar la estructura, simplemente porque unir dos elementos para formar un anillo o agregar un enlace adicional (por ejemplo, un enlace simple convertido en un enlace doble) en una estructura reduce la necesidad de dos H. En el caso de los no hidrocarburos, los elementos de un par pueden incluir cualquier elemento de la familia del litio y de la familia del flúor en la tabla periódica, no necesariamente todos los H.

Una forma popular de la fórmula es la siguiente:

${\displaystyle {\text{IHD}=C+1+{\frac} {N}{2}-{\frac} {H}{2}-{\frac} {X}{2}}$

donde C, N, H y X representan el número de átomos de carbono, nitrógeno, hidrógeno y halógeno, respectivamente. Cada uno de los términos del lado derecho se puede explicar, respectivamente, de la siguiente manera:

• Excepto por los carbonos terminales, cada carbono encadenado a la estructura con dos bonos individuales requiere un par de átomos de hidrógeno adheridos a ella. El número de carbonos en la fórmula representa realmente el número de pares de hidrógeno requeridos para que ese número de carbonos forme una estructura saturada. (Esto también es cierto si se agrega un carbono a la estructura, si se inserta en una cadena de columna vertebral, unida a un terminal para reemplazar un hidrógeno, o ramificado de un carbono para reemplazar un hidrógeno.)
• Cada uno de los dos carbonos terminales en la cadena de columna vertebral necesita un hidrógeno extra – es por eso que "1" se añade a la fórmula. (El terminal de una rama no necesita un H añadido en el cálculo porque el H reemplazado por la rama puede ser contado como el H añadido a la terminal de rama. Esto también es cierto para una rama terminada con cualquier elemento.)
• Excepto los nitrógenos terminales, cada nitrógeno en la cadena sólo requiere un H conectado a ella, que es medio par de hidrógenos, por eso + ⁠N/2⁠ está en la fórmula, que da un valor de 1 por cada dos nitrógenos. (Esto también es cierto si el nitrógeno se añade en la estructura, si se inserta en una cadena de columna vertebral, unida a una terminal para reemplazar una H, o ramificada de una C para reemplazar una H.)
• El ⁠H/2⁠ representa el número de pares de hidrógeno porque da un valor de 1 por cada dos átomos de hidrógeno. Se resta en la fórmula para contar cuántos pares de átomos de hidrógeno faltan en la estructura insaturada, que nos dice el grado de deficiencia de hidrógeno. (No faltan pares de hidrógeno IHD = 0, que no corresponde a ninguna deficiencia de hidrógeno.)
• La presencia de ⁠X/2⁠ es por una razón similar a ⁠H/2⁠.

Para añadir un átomo de oxígeno a la estructura no es necesario añadir hidrógeno, por lo que el número de átomos de oxígeno no aparece en la fórmula. Además, la fórmula se puede generalizar para incluir todos los elementos del Grupo I (la familia del hidrógeno y el litio), Grupo IV (la familia del carbono), Grupo V (la familia del nitrógeno) y Grupo VII (la familia del flúor) del grupo CAS A en la tabla periódica, de la siguiente manera:

${\displaystyle {\text{IHD}=G_{4}+1+{\frac} {G_{5}{2}-{\frac} {G_{1}{2} {\frac} {G_{7}{2}}}} {G_{7}} {}}} {\c}}}} {}}}}}} {}}}}}}} {}}}}}} {}}}} {}} {}}}}}}}}}}}}}}} {}}}}}}}}}}}} {}}}}}}}} {}}}}}}}}}} {}}}}}} {}}}}}}}}} {}}}}}}}}}}}}}} {}}}}}}}} {}}}}}}}}}}}}}}}}}} {}}}}}}}}}}} {}}}}}}}}}}}} {}}}}}}}}}}}}}}}}}}} {}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}$

O simplemente,

${\displaystyle {\text{IHD}=G_{4}+1+{\frac} {G_{5}-G_{1}-G_{7}{2}}$

• Número de yodo - medida práctica del número de bonos dobles en una muestra

Young, Paul R. (2000). Espectroscopia práctica. ISBN 0-534-37230-9.

• Peso molecular y grado de calculadora de insaturación
• Degree of Unsaturation Archived 2014-01-04 at the Wayback Machine