grupo acilo

En química , un grupo acilo es una unidad derivada por la eliminación de uno o más grupos hidroxilo de un oxoácido , ^{[ 1 ]} incluyendo ácidos inorgánicos . Contiene un átomo de oxígeno con doble enlace y un grupo organoide ( R−C=O ) o hidrógeno en el caso del grupo formilo ( H−C=O ). En química orgánica , el grupo acilo ( nombre IUPAC alcanoilo si el grupo organoide es alquilo ) generalmente se deriva de un ácido carboxílico , en cuyo caso tiene la fórmula R−C(=O)− , donde R representa un grupo organoide o hidrógeno . Aunque el término se aplica casi siempre a compuestos orgánicos, los grupos acilo pueden en principio derivarse de otros tipos de ácidos como ácidos sulfónicos y ácidos fosfónicos . En la disposición más común, los grupos acilo están unidos a un fragmento molecular más grande, en cuyo caso los átomos de carbono y oxígeno están unidos por un doble enlace .

Existen cinco tipos principales de derivados de acilo. Los haluros de ácido son los más reactivos frente a nucleófilos, seguidos de los anhídridos , ésteres y amidas . Los iones carboxilato son prácticamente inertes frente a la sustitución nucleofílica, ya que carecen de grupo saliente. La reactividad de estas cinco clases de compuestos abarca un amplio rango; las velocidades de reacción relativas de los cloruros de ácido y las amidas difieren en un factor de ^10¹³ . ^{[ 2 ]}

Un factor importante para determinar la reactividad de los derivados de acilo es la capacidad del grupo saliente, que está relacionada con la acidez. Las bases débiles son mejores grupos salientes que las bases fuertes; una especie con un ácido conjugado fuerte (p. ej., ácido clorhídrico ) será mejor grupo saliente que una especie con un ácido conjugado débil (p. ej. , ácido acético ). Por lo tanto, el ion cloruro es mejor grupo saliente que el ion acetato . La reactividad de los compuestos de acilo frente a los nucleófilos disminuye a medida que aumenta la basicidad del grupo saliente, como se muestra en la tabla. ^{[ 3 ]}

Otro factor que influye en la reactividad de los compuestos acilo es la resonancia . Las amidas presentan dos formas de resonancia principales. Ambas contribuyen significativamente a la estructura general, hasta el punto de que el enlace amida entre el carbono carbonílico y el nitrógeno amida tiene un carácter de doble enlace considerable . La barrera energética para la rotación alrededor de un enlace amida es de 75–85 kJ/mol (18–20 kcal/mol), mucho mayor que los valores observados para los enlaces simples normales. Por ejemplo, el enlace C–C en el etano tiene una barrera energética de solo 12 kJ/mol (3 kcal/mol). ^{[ 2 ]} Una vez que un nucleófilo ataca y se forma un intermedio tetraédrico, se pierde el efecto de resonancia energéticamente favorable. Esto ayuda a explicar por qué las amidas son uno de los derivados acilo menos reactivos. ^{[ 3 ]}

Los ésteres presentan menor estabilización por resonancia que las amidas, por lo que la formación de un intermedio tetraédrico y la consiguiente pérdida de resonancia no resulta tan desfavorable energéticamente. Los anhídridos experimentan una estabilización por resonancia aún menor, dado que la resonancia se divide entre dos grupos carbonilo, y son más reactivos que los ésteres y las amidas. En los haluros de ácido, la resonancia es mínima, por lo que la penalización energética para la formación de un intermedio tetraédrico es pequeña. Esto ayuda a explicar por qué los haluros de ácido son los derivados de acilo más reactivos. ^{[ 3 ]}

_Los compuestos acilo más conocidos son los cloruros de acilo , como el cloruro de acetilo (CH₃COCl ₎ y el cloruro de benzoílo (C₆H₅COCl ) _. Estos compuestos, que se tratan como fuentes de cationes acilio, son buenos reactivos para unir grupos acilo a diversos sustratos. Las amidas ( RC(O) NR′₂ ) y los ésteres ( RC(O) OR′) son clases de compuestos acilo, al igual que las cetonas ( RC(O) _R ′) y los aldehídos ( RC(O) H), donde R y R′ representan organilo (o hidrógeno en el caso del formilo ).

Los iones acilio son cationes de la fórmula RCO ⁺ . ^{[ 4 ]} La longitud del enlace carbono-oxígeno en estos cationes es cercana a 1,1 Å (110-112 pm), que es más corta que los 112,8 pm del monóxido de carbono e indica un carácter de triple enlace . ^{[ 5 ] [ 6 ] [ 7 ]} 

Los centros de carbono de los iones acilio generalmente tienen una geometría lineal e hibridación atómica sp , y se representan mejor mediante una estructura de resonancia que lleva una carga positiva formal en el oxígeno (en lugar del carbono): [ R−C≡O ⁺ ] . Son fragmentos característicos observados en los espectros de masas EI- de cetonas .

Los iones acilio son intermedios reactivos comunes, por ejemplo, en la acilación de Friedel-Crafts y en muchas otras reacciones orgánicas como el reordenamiento de Hayashi . Las sales que contienen iones acilio se pueden generar mediante la eliminación del haluro de los haluros de acilo :

RC(O)Cl + SbCl ₅ → [ RCO] ⁺ [ SbCl ₆ ] ⁻

Los radicales acilo se generan comúnmente cuando los radicales tiilo u otros radicales más electrófilos sustraen átomos de hidrógeno de los aldehídos (los radicales alquilo lo hacen de forma muy ineficiente). Sin embargo, sufren una descarbonilación rápida y reversible ^{[ 8 ]} para dar lugar al radical alquilo: ^{[ 9 ]}

RC(H)=O → RC ^• =O → R ^• + C≡O

Los aniones acilo son casi siempre inestables, generalmente demasiado inestables para ser explotados sintéticamente. Reaccionan fácilmente con el aldehído neutro para formar un dímero de aciloína . Por lo tanto, los químicos sintéticos han desarrollado varios equivalentes sintéticos de aniones acilo , como los ditianos , como sustitutos. Sin embargo, como excepción parcial, las dialquilformamidas impedidas (por ejemplo, diisopropilformamida, HCON i Pr ₂ ) pueden sufrir desprotonación a baja temperatura (−78  °C) con diisopropilamida de litio como base para formar un anión carbamoílo estable a estas temperaturas. ^{[ 10 ]}

En bioquímica existen numerosos ejemplos de grupos acilo, en todas las categorías principales de moléculas bioquímicas.

Los acil-CoA son derivados de acilo que se forman mediante el metabolismo de los ácidos grasos . El acetil-CoA , el derivado más común, actúa como donante de acilo en muchas transformaciones biosintéticas. Estos compuestos de acilo son tioésteres .

Los nombres de los grupos acilo de los aminoácidos se forman reemplazando el sufijo -ina por -ilo . Por ejemplo, el grupo acilo de la glicina es glicil y el de la lisina es lisil .

Los nombres de los grupos acilo de los ribonucleósidos monofosfatos, como el AMP (ácido 5′-adenílico), el GMP (ácido 5′-guanílico), el CMP (ácido 5′-citidílico) y el UMP (ácido 5′-uridílico), son adenililo, guanililo, citidililo y uridililo, respectivamente.

En los fosfolípidos , el grupo acilo del ácido fosfatídico se llama fosfatidil-.

Finalmente, muchos sacáridos están acilados.

Los ligandos acilo son intermedios en muchas reacciones de carbonilación , las cuales son importantes en algunas reacciones catalíticas. Los acilos metálicos se originan generalmente mediante la inserción de monóxido de carbono en enlaces metal - alquilo . También se originan a partir de reacciones que involucran cloruros de acilo con complejos metálicos de baja valencia o por la reacción de compuestos de organolitio con carbonilos metálicos. Los acilos metálicos se describen a menudo mediante dos estructuras de resonancia, una de las cuales enfatiza la basicidad del centro de oxígeno. La O -alquilación de acilos metálicos produce complejos de carbeno de Fischer . ^{[ 11 ]}

Los nombres comunes de los grupos acilo se derivan típicamente reemplazando el sufijo de ácido -ico del nombre común del ácido carboxílico correspondiente por -ilo (o -oilo ), como se muestra en la tabla a continuación.

En la nomenclatura IUPAC de química orgánica , los nombres sistemáticos de los grupos acilo se derivan exactamente reemplazando el sufijo -ilo del nombre sistemático del grupo hidrocarbilo correspondiente (o el sufijo -oico del nombre sistemático del ácido carboxílico correspondiente) por -oilo , como se muestra en la tabla a continuación.

Los grupos acilo se encuentran entre los hidrocarbilos y los ácidos carboxílicos.

Los nombres de los grupos hidrocarbilo que terminan en -ilo no son grupos acilo, sino grupos alquilo derivados de alcanos ( metilo , etilo , propilo , butilo ), grupos alquenilo derivados de alquenos ( propenilo , butenilo) o grupos arilo ( bencilo ).

Los compuestos acilo reaccionan con nucleófilos mediante un mecanismo de adición: el nucleófilo ataca el carbono carbonílico, formando un intermedio tetraédrico . Esta reacción puede acelerarse en condiciones ácidas , que hacen que el carbonilo sea más electrófilo , o en condiciones básicas , que proporcionan un nucleófilo más aniónico y, por lo tanto, más reactivo. El intermedio tetraédrico puede ser un alcohol o un alcóxido , según el pH de la reacción.

El intermedio tetraédrico de un compuesto acilo contiene un sustituyente unido al carbono central que puede actuar como grupo saliente . Después de que se forma el intermedio tetraédrico, este colapsa, recreando el enlace carbonilo C=O y expulsando el grupo saliente en una reacción de eliminación . Como resultado de este proceso de adición/eliminación en dos etapas, el nucleófilo toma el lugar del grupo saliente en el compuesto carbonilo a través de un estado intermedio que no contiene un carbonilo. Ambas etapas son reversibles y, por lo tanto, las reacciones de sustitución nucleofílica de acilo son procesos de equilibrio. ^{[ 12 ]} Dado que el equilibrio favorecerá el producto que contiene el mejor nucleófilo, el grupo saliente debe ser un nucleófilo relativamente débil para que una reacción sea práctica.

Condiciones ácidas

En condiciones ácidas, el grupo carbonilo del compuesto acilo 1 se protona, lo que lo activa para el ataque nucleofílico. En el segundo paso, el carbonilo protonado 2 es atacado por un nucleófilo (H−Z) para dar el intermedio tetraédrico 3. La transferencia de un protón del nucleófilo (Z) al grupo saliente (X) da 4 , que luego colapsa para expulsar el grupo saliente protonado (H−X), dando el compuesto carbonilo protonado 5. La pérdida de un protón da el producto de sustitución, 6. Debido a que el último paso implica la pérdida de un protón, las reacciones de sustitución nucleofílica de acilo se consideran catalíticas en medio ácido. También cabe señalar que en condiciones ácidas, un nucleófilo normalmente existirá en su forma protonada (es decir, H−Z en lugar de Z− ⁾ .

Condiciones básicas

En condiciones básicas , un nucleófilo (Nuc) ataca el grupo carbonilo del compuesto acilo 1 para dar el intermedio alcóxido tetraédrico 2. El intermedio se descompone y expulsa el grupo saliente (X) para dar el producto de sustitución 3. Si bien las reacciones de sustitución nucleofílica de acilo pueden ser catalizadas por bases, la reacción no ocurrirá si el grupo saliente es una base más fuerte que el nucleófilo (es decir, el grupo saliente debe tener un pKa menor que _el nucleófilo). A diferencia de los procesos catalizados por ácidos, tanto el nucleófilo como el grupo saliente existen como aniones en condiciones básicas.

Este mecanismo está respaldado por experimentos de marcaje isotópico . Cuando el propionato de etilo con un grupo etoxi marcado con oxígeno-18 se trata con hidróxido de sodio (NaOH), el oxígeno-18 está completamente ausente del ácido propiónico y se encuentra exclusivamente en el etanol . ^{[ 13 ]}

En los grupos aciloxi , el grupo acilo está unido al oxígeno: R−C(=O)−O−R′ donde R−C(=O) es el grupo acilo.

Los iones acilio son cationes de la fórmula R−C≡O ⁺ . Son intermedios en las acilaciones de Friedel-Crafts .

• Acilación
• Grupo funcional

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