Nitronio (10102-44-0) Propiedades físicas y químicas
Nitronio
Una especie NO2+ fuertemente electrófila típicamente suministrada como sales estabilizadas para su uso en nitración controlada y aplicaciones de química de procesos.
| Número CAS | 10102-44-0 |
| Familia | Ion nitronio (NO2+) |
| Forma típica | Estabilizado como sales cristalinas o en solución |
| Grados comunes | EP |
El nitronio es un pequeño oxocatión inorgánico de la clase nitrógeno–oxígeno; estructuralmente es el catión de dioxido de nitrógeno con fórmula \(\mathrm{NO}_2^{+}\). El ion es formalmente isoeléctrico con el dióxido de carbono y adopta una geometría lineal O–N–O con dos enlaces N=O equivalentes y una carga formal localizada en el entramado nitrógeno–oxígeno. La estructura electrónica está dominada por un fuerte enlace π entre nitrógeno y oxígeno y por la alta electrófilicidad del centro nitrogenado; los dos átomos de oxígeno proporcionan sitios de aceptación de pares solitarios pero la especie global es un catión con carga +1 sin donantes de enlaces de hidrógeno.
Debido a que es una especie cargada, no neutra, el nitronio es altamente polar y típicamente se encuentra como sales estabilizadas o como iones solvados en medios fuertemente ácidos en lugar de como especie neutral libre. Es un electrófilo potente y ácido de Lewis fuerte: efectúa con facilidad sustituciones electrófilas aromáticas (nitración) y reacciona con nucleófilos, agua y sustratos básicos. La hidrólisis y solvatación en medios próticos conducen a una rápida conversión a óxidos y oxiácidos de nitrógeno; por el contrario, el nitronio se genera in situ bajo condiciones deshidratantes y fuertemente ácidas (por ejemplo, sistemas de ácidos mixtos) o se aísla como sales con contraiones no nucleofílicos para uso como reactivos nitrantes.
Los grados comerciales comunes reportados para esta sustancia incluyen: EP.
Parámetros moleculares
Peso molecular y fórmula
- Fórmula molecular: \(\mathrm{NO}_2^{+}\) (reportado como NO2+).
- Peso molecular: 46.006 \(\mathrm{g}\,\mathrm{mol}^{-1}\).
- Masa exacta / masa monoisotópica: 45.992903243 (unidades de masa atómica).
El bajo peso molecular y la estructura triatómica compacta son coherentes con una alta densidad de carga; esto contribuye a una fuerte solvatación, baja lipofilia intrínseca y alta movilidad en redes iónicas o soluciones superácidas.
Estado de carga y tipo de ion
- Carga formal: \(+1\).
- Tipo de ion: oxocatión simple (dioxonitrogeno(1+)).
El nitronio es un catión de capa cerrada más que un radical; se comporta como un electrófilo ácido de Lewis clásico. En fases condensadas normalmente está presente en pares contrarionicos (sales) o como ion fuertemente solvado en medios ácidos.
LogP y polaridad
No existe un valor experimentalmente establecido para esta propiedad en el contexto actual de datos.
Cualitativamente, el nitronio es extremadamente polar debido a su carga positiva formal y tamaño pequeño. Como ion tiene una partición intrínseca despreciable en fases no polares; la lipofilia en la práctica está regulada por el contraión y el entorno de solvatación (por ejemplo, en medios orgánicos el nitronio puede transferirse como pares iónicos con aniones grandes y poco coordinantes).
Identificadores estructurales (SMILES, InChI)
- SMILES: N+=O
- InChI: InChI=1S/NO2/c2-1-3/q+1
- InChIKey: OMBRFUXPXNIUCZ-UHFFFAOYSA-N
El SMILES canónico y el InChI representan el catión dioxo lineal; estos identificadores son adecuados para búsquedas basadas en estructura y representación inequívoca automática del ion.
Comportamiento ácido–base
Ácido conjugado y especiación
Como especie catiónica, el nitronio no tiene un pKa convencional de desprotonación; en cambio, su comportamiento ácido–base se describe por su acidez de Lewis y por equilibrios que lo interconvierten con otras especies nitrógeno–oxígeno. En medios próticos o básicos el nitronio es rápidamente neutralizado por nucleófilos (incluyendo agua), convirtiéndose en ácido nítrico u otros óxidos de nitrógeno. En ambientes fuertemente ácidos y deshidratantes (por ejemplo, mezclas que eliminan agua del ácido nítrico) se genera nitronio y puede existir transitoriamente como electrófilo libre o como sal emparejada con aniones no nucleofílicos.
La especiación en solución depende por tanto fuertemente de la polaridad del disolvente, actividad del agua y naturaleza del contraión o medio; las sales cristalinas aisladas con aniones no coordinantes proporcionan las formas más estables en fase condensada.
Equilibrios ácido–base y discusión cualitativa de pKa
No existe un valor experimentalmente establecido para esta propiedad en el contexto actual de datos.
Cualitativamente, el nitronio funciona como una especie electrófila fuerte más que como ácido o base de Brønsted en el sentido habitual. Su formación a partir del ácido nítrico implica vías de protonación/deshidratación bajo condiciones fuertemente ácidas; en cambio, la transferencia de protones y reacciones hidrolíticas eliminan rápidamente el nitronio en presencia de nucleófilos próticos.
Reactividad química
Estabilidad química
El nitronio es inherentemente reactivo y típicamente inestable frente a nucleófilos y humedad. Es un potente electrófilo que nitrata con facilidad sistemas aromáticos activados y otros sustratos nucleofílicos. La estabilidad se incrementa cuando el catión está emparejado con aniones débilmente coordinantes y no nucleofílicos (p. ej., ciertos aniones fluorados) y en medios apróticos, anhidros y de baja nucleofilicidad o sales sólidas.
La estabilidad térmica y oxidativa de las sales de nitronio depende fuertemente del contraión y la red cristalina; algunas sales son aislables y cristalinas, mientras que el ion libre en solución es de corta vida útil a menos que el ambiente sea fuertemente deshidratante y ácido.
Vías de formación e hidrólisis
Formación: - Generación común en laboratorio: química de deshidratación/protonación en sistemas de ácidos mixtos (p. ej., ácido nítrico concentrado en presencia de un ácido fuerte deshidratante) produce nitronio como electrófilo activo para reacciones de nitración. - Aislamiento químico: formación de sales cristalinas de nitronio con aniones no coordinantes da fuentes aislables del catión para uso preparativo.
Hidrólisis / neutralización: - El nitronio reacciona con agua y otros nucleófilos; una reacción hidrolítica representativa es la conversión a ácido nítrico y un protón, p. ej. \(\mathrm{NO}_2^{+} + \mathrm{H}_2\mathrm{O} \rightarrow \mathrm{HNO}_3 + \mathrm{H}^{+}\). - La reacción con nucleófilos orgánicos generalmente resulta en nitración o transformaciones oxidativas dependiendo del sustrato y condiciones.
Estas vías de formación y destrucción sustentan el papel del nitronio como electrófilo en química de nitración industrial y de laboratorio y explican la necesidad de condiciones anhidras y controladas para el manejo de la especie o sus sales.
Identificadores y sinónimos
Números de registro y códigos
- Número CAS: 10102-44-0
- ID ChEBI: CHEBI:29424
- Número Nikkaji: J2.460.898K
- Wikidata: Q418329
- InChIKey: OMBRFUXPXNIUCZ-UHFFFAOYSA-N
Estas entradas de registro e identificadores corresponden a la especie iónica nitronio y a los registros nomenclaturales asociados.
Sinónimos y Nombres Estructurales
Los sinónimos comunes y nombres alternativos reportados incluyen: - nitronio - dioxidonitrógeno(1+) - ion nitronio - Catión nitryl - NO2+ - (NO2)(+) - óxido de oxoazano #
Estos sinónimos reflejan tanto la nomenclatura sistemática como la trivial para la especie \(\mathrm{NO}_2^{+}\).
Aplicaciones Industriales y Comerciales
Rol como Principio Activo o Intermedio
El nitronio (como electrófilo activo) es central en la química de nitración: es la especie reactiva que introduce grupos funcionales nitro en sustratos aromáticos y ciertos alifáticos. En la práctica, el nitronio se usa o genera como un intermedio en la producción de intermedios nitroaromáticos para colorantes, principios activos farmacéuticos, agroquímicos y materiales energéticos. Las sales de nitronio aislables con aniones no coordinantes se emplean como reactivos de nitración almacenables y convenientes o como activadores electrófilos en síntesis química.
Contextos Representativos de Aplicación
- Nitración electrófila aromática en química fina y procesos industriales, típicamente generado in situ a partir de mezclas ácidas o suministrado como reactivo en forma de sal de nitronio.
- Preparación de intermedios funcionalizados con grupos nitro para elaboraciones sintéticas posteriores (reducción, sustitución u otras transformaciones).
- Aplicaciones de investigación que requieren un electrófilo fuerte y bien definido o catalizador ácido de Lewis en medios anhidros y no nucleofílicos.
Si no se proporciona un resumen conciso de la aplicación en una especificación de suministro particular, la selección de fuentes de nitronio normalmente se basa en la reactividad requerida, influencia del contraión y compatibilidad con las condiciones del proceso posterior.
Resumen de Seguridad y Manipulación
Toxicidad y Efectos Biológicos
El nitronio y sus sales son corrosivos y pueden causar quemaduras químicas graves en contacto con piel, ojos y mucosas. El ion y muchas de sus sales son oxidantes fuertes y reaccionan exotérmicamente con agua y materiales orgánicos; la inhalación de aerosoles o nieblas es peligrosa. Las medidas de control de exposición deben priorizar la eliminación del contacto, ventilación efectiva y el uso de equipo de protección personal adecuado (guantes resistentes a productos químicos, protección ocular, pantalla facial, ropa protectora y protección respiratoria adecuada cuando no se pueda excluir la concentración en el aire).
Para puntos finales toxicológicos cuantitativos (DL50, límites de exposición ocupacional) consulte la documentación de seguridad específica del producto; tales valores numéricos no se proporcionan aquí.
Consideraciones para Almacenamiento y Manipulación
- Almacenar las sales de nitronio y reactivos generadores de nitronio bajo atmósfera seca e inerte y en recipientes compatibles con ácidos fuertes y oxidantes.
- Evitar el contacto con humedad, agentes reductores, combustibles orgánicos y materiales incompatibles; manipular en campanas extractoras o sistemas cerrados diseñados para reactivos corrosivos y oxidantes.
- Usar contención secundaria y control de temperatura para evitar hidrólisis descontrolada o reacciones exotérmicas.
- Desechar los residuos y restos neutralizados conforme a las regulaciones locales aplicables y procedimientos institucionales.
Para información detallada sobre peligros, transporte y normativa, los usuarios deben consultar la Ficha de Datos de Seguridad (SDS) específica del producto y la legislación local.
