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]
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).
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 .
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]
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.
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]
El metileno excitado y no solubilizador formará oligómeros estables en estado fundamental.
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] .
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]
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 .
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]
{{cite journal}}: CS1 maint: nombres múltiples: lista de autores ( enlace ) CS1 maint: nombres numéricos: lista de autores ( enlace )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).