Grupo metilo

Diferentes formas de representar a un grupo de metilo (situado en azul)

En química orgánica, un grupo metilo es un alquilo derivado del metano, que contiene un átomo de carbono unido a tres átomos de hidrógeno, que tiene la fórmula química CH₃. En las fórmulas, el grupo suele abreviarse como Yo. Este grupo de hidrocarburo se encuentra en muchos compuestos orgánicos. Es un grupo muy estable en la mayoría de las moléculas. Mientras que el grupo metilo suele ser parte de una molécula más grande, unido al resto de la molécula por un enlace covalente simple (−CH₃), se puede encontrar solo en cualquiera de las tres formas: anión metanuro (CH −3), catión de metilo (CH+3) o radical metilo (CH^•
₃ ). El anión tiene ocho electrones de valencia, el radical siete y el catión seis. Las tres formas son altamente reactivas y rara vez se observan.

Catión metilo, anión y radical

Catión metilo

El catión metilo (CH+3) existe en la fase gaseosa, pero de lo contrario no se encuentra. Algunos compuestos se consideran fuentes del CH+3 catión, y esta simplificación se usa ampliamente en química orgánica. Por ejemplo, la protonación de metanol da un reactivo de metilación electrofílico que reacciona por la vía S_N2:

CH₃OH + H⁺ →₃Oh.₂]⁺

Del mismo modo, el yoduro de metilo y el triflato de metilo se consideran el equivalente del catión metilo porque experimentan fácilmente reacciones S_N2 por parte de nucleófilos débiles.

Anión metilo

El anión metanuro (CH−3) existe solo en fase gaseosa enrarecida o bajo condiciones exóticas. Puede producirse por descarga eléctrica en cetena a baja presión (menos de un torr) y se determina que su entalpía de reacción es aproximadamente 252,2±3,3 kJ/mol. Es una superbase poderosa; solo se sabe que el anión de monóxido de litio (LiO⁻) y los dianiones de dietinilbenceno son más fuertes.

Al analizar los mecanismos de las reacciones orgánicas, el metil litio y los reactivos de Grignard relacionados a menudo se consideran sales de CH−3; y aunque el modelo puede ser útil para la descripción y el análisis, es sólo una ficción útil. Dichos reactivos se preparan generalmente a partir de los haluros de metilo:

2 M + CH₃X → MCH₃ + MX

donde M es un metal alcalino.

Radical metilo

El radical metilo tiene la fórmula CH^•
₃. Existe en gases diluidos, pero en forma más concentrada se dimeriza fácilmente a etano. Puede producirse por descomposición térmica de solo ciertos compuestos, especialmente aquellos con un enlace –N=N–.

Reactividad

La reactividad de un grupo metilo depende de los sustituyentes adyacentes. Los grupos metilo pueden ser bastante poco reactivos. Por ejemplo, en los compuestos orgánicos, el grupo metilo resiste el ataque incluso de los ácidos más fuertes.

Oxidación

La oxidación de un grupo metilo ocurre ampliamente en la naturaleza y la industria. Los productos de oxidación derivados del metilo son –CH₂OH, –CHO y –COOH. Por ejemplo, el permanganato a menudo convierte un grupo metilo en un grupo carboxilo (-COOH), p. la conversión de tolueno a ácido benzoico. En última instancia, la oxidación de los grupos metilo da protones y dióxido de carbono, como se ve en la combustión.

Metilación

La desmetilación (la transferencia del grupo metilo a otro compuesto) es un proceso común y los reactivos que experimentan esta reacción se denominan agentes metilantes. Los agentes de metilación comunes son el sulfato de dimetilo, el yoduro de metilo y el triflato de metilo. La metanogénesis, la fuente del gas natural, surge a través de una reacción de desmetilación. Junto con la ubiquitina y la fosforilación, la metilación es un proceso bioquímico importante para modificar la función de las proteínas.

Desprotonación

Ciertos grupos metilo se pueden desprotonar. Por ejemplo, la acidez de los grupos metilo en la acetona ((CH₃)₂CO) es unas 10²⁰ veces más ácido que el metano. Los carbaniones resultantes son intermediarios clave en muchas reacciones de síntesis orgánica y biosíntesis. Los ácidos grasos se producen de esta manera.

Reacciones de radicales libres

Cuando se colocan en posiciones bencílicas o alílicas, la fuerza del enlace C-H disminuye y la reactividad del grupo metilo aumenta. Una manifestación de esta reactividad mejorada es la cloración fotoquímica del grupo metilo en tolueno para dar cloruro de bencilo.

Metil quiral

En el caso especial en el que un hidrógeno se reemplaza por deuterio (D) y otro hidrógeno por tritio (T), el sustituyente metilo se vuelve quiral. Existen métodos para producir compuestos de metilo ópticamente puros, por ejemplo, ácido acético quiral (CHDTCO₂H). Mediante el uso de grupos metilo quirales, se ha analizado el curso estereoquímico de varias transformaciones bioquímicas.

Rotación

Un grupo metilo puede girar alrededor del eje R–C. Esta es una rotación libre solo en los casos más simples, como el cloruro de metilo gaseoso CH₃Cl. En la mayoría de las moléculas, el resto R rompe la simetría C_∞ del eje R–C y crea un potencial V(φ) que restringe el movimiento libre de los tres protones. Para el caso modelo de etano CH₃CH₃, esto se analiza bajo el nombre de barrera de etano. En las fases condensadas, las moléculas vecinas también contribuyen al potencial. La rotación del grupo metilo se puede estudiar experimentalmente mediante la dispersión de neutrones cuasielástica.

Etimología

Los químicos franceses Jean-Baptiste Dumas y Eugene Peligot, después de determinar la estructura química del metanol, introdujeron el "metileno" del griego methy "vino" y hȳlē "bosque, parche de árboles" con la intención de resaltar sus orígenes, "alcohol hecho de madera (sustancia)". El término "metilo" se derivó alrededor de 1840 por formación posterior a partir de "metileno", y luego se aplicó para describir "alcohol metílico" (que desde 1892 se llama "metanol").

Metil es el término de química orgánica de la nomenclatura IUPAC para una molécula de alcano (o alquilo), que utiliza el prefijo "meth-" para indicar la presencia de un solo carbono.