En química , una reacción intermedia , o intermedio , es una entidad molecular que surge dentro de la secuencia de una reacción química por pasos . Se forma como el Producto de reacción de un paso elemental, de los reactivos y/o intermedios precedentes, pero que se consume en un paso posterior. No aparece en la ecuación química de la reacción general. [1]
Por ejemplo, considere esta reacción hipotética:
Si esta reacción global comprende dos pasos elementales así:
entonces X es un intermedio de reacción.
La frase en sí, reacción intermedia , a menudo se abrevia con la palabra intermedia , y esta es la forma preferida del término por la IUPAC . [2] Pero esta forma más corta tiene otros usos. A menudo se refiere a intermediarios reactivos . También se utiliza más ampliamente para productos químicos como el cumeno , que se comercializan dentro de la industria química pero que generalmente no tienen valor fuera de ella.
El Libro de Oro de la IUPAC define [3] un intermedio como un compuesto que tiene una vida útil mayor que una vibración molecular , se forma (directa o indirectamente) a partir de los reactivos y reacciona aún más para dar (ya sea directa o indirectamente) los productos de una sustancia química. reacción . La condición de vida distingue los intermediarios verdaderos y químicamente distintos, tanto de los estados vibratorios como de los estados de transición (que, por definición, tienen vidas cercanas a las de la vibración molecular).
Los diferentes pasos de una reacción de varios pasos a menudo difieren mucho en sus velocidades de reacción . Cuando la diferencia es significativa, un producto intermedio consumido más rápidamente que otro puede describirse como un producto intermedio relativo . Un intermedio reactivo es aquel que debido a su corta vida útil no permanece en la mezcla del producto. Los intermediarios reactivos suelen tener alta energía, son inestables y rara vez están aislados.
Los cationes , a menudo carbocationes , sirven como intermediarios en varios tipos de reacciones para sintetizar nuevos compuestos.
Los carbocationes se forman en dos reacciones principales de adición de alquenos . En una reacción de adición de HX, el enlace pi de un alqueno actúa como nucleófilo y se une con el protón de una molécula de HX, donde el X es un átomo de halógeno . Esto forma un carbocatión intermedio y luego el X se une al carbono positivo que está disponible, como en la siguiente reacción de dos pasos. [4]
De manera similar, en una reacción de adición de H 2 O, el enlace pi de un alqueno actúa como nucleófilo y se une con el protón de una molécula de H 3 O + . Esto forma un intermediario carbocatión (y un átomo de H2O) ; el átomo de oxígeno del H2O se une luego con el carbono positivo del intermedio. El oxígeno finalmente se desprotona para formar un producto alcohólico final , como sigue. [4]
Las reacciones de sustitución nucleofílica ocurren cuando una molécula nucleofílica ataca un centro electrofílico positivo o parcialmente positivo rompiendo y creando un nuevo enlace. S N 1 y S N 2 son dos mecanismos diferentes de sustitución nucleofílica, y S N 1 implica un intermediario carbocatión. En S N 1, un grupo saliente se rompe para crear un intermedio de reacción carbocatión. Luego, un nucleófilo ataca y forma un nuevo enlace con el carbocatión intermedio para formar el producto final sustituido, como se muestra en la reacción del 2-bromo-2-metilpropano para formar 2-metil-2-propanol . [4]
En esta reacción, (CH 3 ) 3 C + es el carbocatión intermedio formado para formar el producto alcohólico.
Las reacciones de eliminación o eliminación β ocurren mediante la pérdida de un grupo saliente sustituyente y la pérdida de un protón para formar un enlace pi. E1 y E2 son dos mecanismos diferentes para reacciones de eliminación, y E1 implica un intermediario carbocatión. En E1, un grupo saliente se desprende de un carbono para formar un intermedio de reacción de carbocatión. Luego, un disolvente elimina un protón, pero los electrones utilizados para formar el enlace del protón forman un enlace pi, como se muestra en la reacción que se muestra a la derecha. [4]
Un carbanión es una molécula orgánica donde un átomo de carbono no tiene deficiencia de electrones pero contiene una carga negativa general. Los carbaniones son nucleófilos fuertes que pueden usarse para extender la cadena principal de carbono de un alqueno en la reacción de síntesis que se muestra a continuación. [5]
El carbanión alquino, CHC - , es un intermedio de reacción en esta reacción. [4]
Los radicales son muy reactivos y de vida corta, ya que tienen un electrón desapareado que los hace extremadamente inestables. Los radicales a menudo reaccionan con hidrógenos unidos a moléculas de carbono, convirtiendo efectivamente el carbono en un radical y al mismo tiempo estabilizando el radical anterior en un proceso llamado propagación. El producto formado, un radical de carbono, puede reaccionar con una molécula no radical para continuar la propagación o reaccionar con otro radical para formar una nueva molécula estable, como una cadena de carbono más larga o un haluro de alquilo. [4]
El siguiente ejemplo de cloración con metano muestra una reacción de varios pasos que involucra radicales.
La cloración del metano es una reacción en cadena. Si sólo se analizan los productos y reactivos, el resultado es:
Sin embargo, esta reacción tiene 3 reactivos intermedios que se forman durante una secuencia de 4 reacciones irreversibles de segundo orden hasta llegar al producto final. Por eso se llama reacción en cadena. Siguiendo únicamente las especies que contienen carbono en serie:
Reactivos:
Productos:
Las otras especies son intermediarios de reacción:
Estos son el conjunto de reacciones irreversibles de segundo orden:
Las concentraciones de estas especies intermedias se pueden calcular integrando el sistema de ecuaciones cinéticas. La reacción completa es una reacción de propagación de radicales libres que se detalla a continuación.
Iniciación : Esta reacción puede ocurrir por termólisis (calentamiento) o fotólisis (absorción de luz) que conduce a la rotura de un enlace molecular de cloro.
Cuando se rompe el enlace se producen dos átomos de cloro altamente reactivos.
Propagación : Esta etapa tiene dos clases de reacción distintas. El primero es la extracción de hidrógeno de las especies de carbono por parte de los radicales cloro. Esto ocurre porque los átomos de cloro por sí solos son inestables y estos átomos de cloro reaccionan con uno de los hidrógenos de las especies de carbono. El resultado es la formación de ácido clorhídrico y un nuevo radical grupo metilo.
Estas nuevas especies que contienen radicales de carbono ahora reaccionan con una segunda molécula de Cl 2 . Esto regenera el radical cloro y el ciclo continúa. Esta reacción se produce porque, si bien las especies de radicales metilo son más estables que los radicales cloros, la estabilidad general de las especies de clorometano recién formadas compensa con creces la diferencia de energía.
Durante la propagación de la reacción, hay varias especies altamente reactivas que se eliminarán y estabilizarán en el paso de terminación.
Terminación : este tipo de reacción tiene lugar cuando las especies radicales interactúan directamente. Los productos de las reacciones de terminación suelen tener un rendimiento muy bajo en comparación con los productos principales o intermedios, ya que las especies radicales altamente reactivas están en concentraciones relativamente bajas en relación con el resto de la mezcla. Este tipo de reacción produce productos secundarios, reactivos o intermedios estables y ralentiza la reacción de propagación al reducir la cantidad de radicales disponibles para propagar la reacción en cadena.
Existen muchas combinaciones de terminaciones diferentes, algunos ejemplos son:
Unión de radicales metilo de un enlace CC que conduce a etano (un subproducto).
Unión de un radical metilo a un radical Cl formando clorometano (otra reacción formando un intermedio).
Unión de dos radicales Cl para reformar cloro gaseoso (una reacción que reforma un reactivo).
Los intermediarios de reacción tienen propósitos en una variedad de entornos biológicos. Un ejemplo de esto se demuestra con la reacción enzimática intermedia de la metalo-β-lactamasa, que las bacterias pueden utilizar para adquirir resistencia a los antibióticos de uso común , como la penicilina . La metalo-β-lactamasa puede catalizar los β-lactámicos , una familia de antibióticos comunes. Las técnicas de espectroscopía han descubierto que el intermedio de reacción de la metalo-β-lactamasa utiliza zinc en la vía de resistencia. [6]
Otro ejemplo de la importancia de los intermediarios de reacción se ve con AAA-ATPasa p97, una proteína que se utiliza en una variedad de procesos metabólicos celulares. p97 también está relacionado con enfermedades degenerativas y cáncer . En un estudio que analizó los intermedios de reacción de la función AAA-ATPasa p97, se encontró que un importante intermediario de nucleótido ADP.P i es importante en la operación molecular de p97. [7]
Un ejemplo adicional de intermediarios de reacción biológicamente relevantes se puede encontrar con las enzimas RCL, que catalizan enlaces glicosídicos . Cuando se estudió mediante metanólisis , se descubrió que la reacción requería la formación de un intermedio de reacción. [8]
En la industria química, el término intermedio también puede referirse al producto (estable) de una reacción que en sí misma es valiosa sólo como precursor químico para otras industrias. Un ejemplo común es el cumeno , que se elabora a partir de benceno y propileno y se utiliza para producir acetona y fenol en el proceso del cumeno . El cumeno en sí tiene relativamente poco valor en sí mismo y, por lo general, sólo lo compran y venden empresas químicas. [9]
![{\displaystyle {\ce {Cl-Cl ->[h \nu] Cl. +Cl.}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/eff5160d1afd95205c2317ac116d8ab0c191f43b)
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