Metanenitronato (18137-96-7) Propiedades Físicas y Químicas
Metanenitronato
Metanenitronato es el anión nitrometano desprotonado (nitronato), suministrado como sales o aniones aislados y comúnmente utilizado como intermedio nucleofílico y reactivo en I+D y química de procesos.
| Número CAS | 18137-96-7 |
| Familia | Nitronatos (aniones orgánicos) |
| Forma típica | Polvo o sólido cristalino |
| Grados comunes | EP |
Metanenitronato es el anión nitronato desprotonado derivado del nitrometano; pertenece a la clase estructural nitroalcano–nitronato (aniones nitro alquilo simples). Estructuralmente, el anión se representa mejor como el nitronato estabilizado por resonancia, con la carga negativa deslocalizada principalmente sobre los dos átomos de oxígeno del grupo nitro y un carácter parcial de doble enlace entre carbono y nitrógeno. Esta deslocalización electrónica reduce la basicidad en comparación con carbaniones alquilo simples y confiere un grado sustancial de nucleofilia centrada en oxígeno en muchos contextos reactivos.
Electrónicamente, el anión no posee donadores de enlace de hidrógeno y presenta múltiples sitios aceptores: tres átomos con pares libres contribuyen a un área polar superficial topológica computada de 45.8. La carga formal es −1 y la especie muestra baja lipofilia inherente (XLogP computado ≈ 0.1) consistente con buena solubilidad acuosa en sus sales con contraiones hidrofílicos. El comportamiento químico típico de los nitronatos incluye alquilación fácil en carbono bajo condiciones básicas, posible O-alquilación dependiendo del electrófilo y condiciones, y participación en adiciones conjugadas y transformaciones tipo Henry/aza-Henry como nucleófilos.
En la práctica industrial y de laboratorio, el metanenitronato se encuentra principalmente como sales y se usa como intermedio sintético o reactivo en química para formación de enlaces carbono–carbono y como anión modelo en estudios mecanísticos y enzimáticos de sustratos con grupo nitro. Los grados comerciales comunes reportados para esta sustancia incluyen: EP.
Parámetros Moleculares
Peso molecular y fórmula
- Fórmula molecular: \(\ce{CH2NO2-}\)
- Peso molecular (computado): 60.032 (valor reportado)
- Masa exacta / monoisotópica: 60.008553307 (ambos valores reportados)
- Conteo de átomos pesados: 4
La fórmula \(\ce{CH2NO2-}\) denota el anión nitronato; el bajo peso molecular y la carga aniónica deslocalizada son consistentes con sales fácilmente solubles en medios polares cuando se emparejan con contraiones hidrofílicos.
Estado de carga y tipo de ión
- Carga formal: −1 (reportada)
- Tipo de ión: anión monovalente (nitronato)
La carga negativa está deslocalizada a lo largo del grupo nitro; las formas de resonancia colocan densidad negativa en los átomos de oxígeno y reducen el carácter carbaniónico en carbono respecto a un carbanión localizado. Esta deslocalización modera la basicidad y estabiliza el anión en disolventes polares y en sales cristalinas.
LogP y polaridad
- XLogP3-AA computado: 0.1 (reportado)
- Área polar superficial topológica (TPSA): 45.8 (reportado)
- Conteo de donadores de enlace de hidrógeno: 0 (reportado)
- Conteo de aceptadores de enlace de hidrógeno: 3 (reportado)
- Conteo de enlaces rotables: 0 (reportado)
Un XLogP computado cerca de 0.1 indica lipofilia muy baja; combinado con TPSA = 45.8 y tres sitios aceptores, el anión es polar y se espera que esté bien solvatado en agua y otros disolventes polares. La ausencia de enlaces rotables y baja flexibilidad molecular corresponden a un anión pequeño y rígido.
Identificadores estructurales (SMILES, InChI)
- SMILES:
[CH2-][N+](=O)[O-] - InChI:
InChI=1S/CH2NO2/c1-2(3)4/h1H2/q-1 - InChIKey:
FMXOEQQPVONPBU-UHFFFAOYSA-N
Los identificadores estructurales anteriores corresponden a la representación canónica del anión nitronato; el SMILES muestra la separación formal de cargas con un carbono metileno cargado negativamente enlazado a un grupo nitro, representado en la descripción de resonancia zwitteriónica.
Comportamiento ácido–base
Ácido conjugado y especiación
El ácido conjugado del metanenitronato es el nitrometano, comúnmente escrito como \(\ce{CH3NO2}\). En solución, el sistema nitroalcano/nitronato puede existir como un anión estabilizado por resonancia (nitronato) o, en terminología tautomerica, en equilibrio con la forma aci-nitro bajo condiciones fuertemente polares o próticas; formas neutras relacionadas como el tautómero aci-nitro (a menudo representado como la forma aci del nitrometano) están documentadas en conjuntos de compuestos relacionados.
La especiación en solución depende fuertemente de la polaridad del disolvente y pH: en medios próticos y neutros predomina el nitrometano neutro, mientras que en medios básicos se favorece el anión metanenitronato. La identidad del contraión y la fuerza iónica influirán en la solubilidad y cristalización de formas salinas particulares.
Equilibrios ácido–base y discusión cualitativa del pKa
Los nitroalcanos son relativamente ácidos entre los hidrocarburos debido al grupo nitro con efecto retirador de electrones y a la estabilización por resonancia del anión. La forma aniónica está significativamente estabilizada en comparación con carbaniones alquilo simples, lo que reduce la acidez efectiva del nitroalcano padre. No se dispone de un valor experimentalmente establecido para esta propiedad en el contexto actual de datos.
De manera cualitativa, la acidez es dependiente del disolvente y los equilibrios de transferencia protónica son sensibles a interacciones de enlace de hidrógeno; por ello, disolventes próticos polares y bases fuertes favorecen la desprotonación completa al anión nitronato, mientras que medios no polares y bases débiles favorecen la forma neutra protonada.
Reactividad química
Estabilidad química
El metanenitronato está estabilizado por resonancia pero sigue siendo nucleofílico en los centros de carbono y oxígeno. Los patrones típicos de reactividad para nitronatos incluyen: - Alquilación en carbono bajo condiciones tipo SN2 con electrófilos adecuados, dando nitroalcanos sustituidos tras protonación. - Vías competitivas de O-alquilación dependientes de la dureza del electrófilo y condiciones de reacción. - Participación en adiciones tipo Michael y reacciones de condensación (p. ej., condensaciones tipo Henry) actuando como nucleófilo centrado en carbono.
La estabilidad térmica y oxidativa es moderada para aniones nitroalquilo pequeños; como en muchos compuestos nitro, condiciones oxidativas o reductoras pueden conducir a transformaciones más extensas, por lo que la estabilidad debe evaluarse bajo las condiciones procesales previstas.
Vías de formación e hidrólisis
Vías de formación: - La ruta primaria de formación en contextos sintéticos es la desprotonación del nitrometano (\(\ce{CH3NO2}\)) con base para obtener el anión metanenitronato. - La formación de sales con cationes apropiados proporciona reactivos aislables o materiales cristalinos para su manipulación.
Hidrólisis: - No existe una vía rutinaria de escisión hidrolítica para nitronatos simples que produzca productos de oxidación de moléculas pequeñas bajo condiciones acuosas neutras; la química acuosa típica implica equilibrios de protonación–desprotonación más que descomposición hidrolítica. - Bajo condiciones fuertemente ácidas, fuertemente oxidativas o reductoras, pueden ocurrir vías de degradación; por lo tanto, las condiciones del proceso deben seleccionarse para evitar química redox incompatible.
Identificadores y Sinónimos
Números de Registro y Códigos
- Número CAS: 18137-96-7
Se reportan cadenas adicionales de registro e identificación para esta estructura que incluyen el InChI y el InChIKey indicados arriba. Otros códigos identificadores depositados (por ejemplo, números internos del depositante) se han asociado con entradas relacionadas.
Sinónimos y Nombres Estructurales
Los sinónimos reportados y variantes de nombres incluyen:
- Metaninitronato
- nitronato
- nitrometanido
- anión nitrometano
- metano, aci-nitro- (notación tautomérica neutra relacionada)
Estos sinónimos reflejan tanto la nomenclatura formal del anión como descriptores históricos/alternativos para el sistema tautomérico nitroalcano/aci-nitro.
Aplicaciones Industriales y Comerciales
Función como Principio Activo o Intermedio
El metaninitronato se utiliza principalmente como intermedio sintético y anión reactivo en síntesis orgánica. Como nucleófilo pequeño y estabilizado por resonancia, se emplea en secuencias de formación de enlaces carbono–carbono y como sustrato modelo en estudios mecanísticos y enzimáticos que investigan la reactividad de nitroalcanos. Existen referencias en literatura de patentes para químicas que involucran este motivo estructural.
Contextos Representativos de Aplicación
- Uso como reactivo o sal precursora en reacciones de construcción de enlaces carbono a escala de laboratorio y proceso.
- Empleo en estudios mecanísticos de transformaciones de nitroalcanos y en el estudio de enzimas que actúan sobre sustratos con nitro.
- Como con muchos aniones inorgánicos u orgánicos simples, el uso industrial específico suele ser como contraión en sales o como intermedio más que como producto comercial final.
Si se requiere un resumen conciso, específico para el producto, deben consultarse las hojas de datos del producto y descripciones de procesos de los fabricantes o licenciantes.
Resumen de Seguridad y Manipulación
Toxicidad y Efectos Biológicos
Las moléculas pequeñas que contienen nitro y sus aniones pueden presentar actividad biológica que varía desde baja hasta toxicidad significativa según la estructura, dosis y vía de exposición. Los peligros potenciales de los aniones derivados de nitroalcanos incluyen irritación de piel, ojos y tracto respiratorio tras exposición, y en algunos casos activación metabólica a especies reactivas. No se proporcionan aquí datos experimentales de toxicología; se deben asumir medidas higiénicas de precaución.
Consideraciones para el Almacenamiento y Manipulación
- Manipular con equipo de protección personal adecuado (guantes, protección ocular, bata de laboratorio) y controles de ingeniería para prevenir inhalación de polvo o aerosoles cuando se usen sales sólidas.
- Almacenar sales en recipientes bien cerrados, en un lugar fresco, seco y bien ventilado, alejado de agentes oxidantes fuertes y agentes reductores fuertes; muchos materiales con función nitro son sensibles a condiciones redox agresivas.
- Minimizar la exposición a condiciones que puedan conducir a reacciones redox incontroladas (calor intenso, ácidos/bases fuertes en combinaciones incompatibles) y consultar datos específicos de estabilidad del producto respecto a higroscopicidad o comportamiento dependiente del contraión.
- Para información detallada sobre peligros, transporte y regulación, los usuarios deben consultar la Hoja de Datos de Seguridad (SDS) específica del producto y la legislación local.
