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Intermediario de reacción

En química , un intermedio de reacción , o intermedio , es una entidad molecular que surge dentro de la secuencia de una reacción química por etapas . Se forma como la Producto ...

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En química , un intermedio de reacción , o intermedio , es una entidad molecular que surge dentro de la secuencia de una reacción química por etapas . Se forma como laProducto de reacción de una etapa elemental , a partir de los reactivos y/o intermedios precedentes, pero que se consume en una etapa posterior. No aparece en la ecuación química de la reacción global. [ 1 ] Por ejemplo, considérese esta reacción hipotética:

A + B → C + D

Si esta reacción global comprende dos pasos elementales, entonces:

A + B → X
X → C + D

entonces X es un intermedio de reacción.

La frase intermedio de reacción se abrevia a menudo a la palabra intermedia , y esta es la forma preferida del término por la IUPAC . [ 2 ]

En la mayoría de los casos no biológicos, un intermedio de reacción es también un intermedio reactivo : una especie efímera y de alta energía, demasiado reactiva para su aislamiento. Cuando se genera en una reacción química , se convierte rápidamente en una molécula más estable. Solo en casos excepcionales se pueden aislar y almacenar estos compuestos, por ejemplo, a bajas temperaturas o mediante aislamiento en matriz . En cambio, los intermedios reactivos solo se pueden observar mediante métodos espectroscópicos rápidos . Cuando se detecta su existencia, los intermedios reactivos pueden ayudar a explicar cómo tiene lugar una reacción química. [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ]

Definición de la IUPAC

El Libro de Oro de la IUPAC define [ 7 ] un intermedio como un compuesto que tiene una vida media mayor que la de una vibración molecular , se forma (directa o indirectamente) a partir de los reactivos y reacciona posteriormente para dar (directa o indirectamente) los productos de una reacción química . La condición de vida media distingue a los intermedios verdaderos y químicamente distintos, tanto de los estados vibracionales como de los estados de transición (que, por definición, tienen vidas medias cercanas a la de una vibración molecular).

Las distintas etapas de una reacción en múltiples pasos suelen presentar velocidades de reacción muy diferentes . Cuando la diferencia es significativa, un intermedio que se consume más rápidamente que otro puede describirse como un intermedio relativo .

Un intermedio reactivo es aquel que, debido a su corta vida útil, no permanece en la mezcla de productos. Los intermedios reactivos suelen tener alta energía, son inestables y rara vez se aíslan.

Intermediarios reactivos comunes

Los intermedios reactivos tienen varias características en común:

Carbocationes

Los cationes , a menudo carbocationes , actúan como intermedios en la adición electrofílica a alquenos , las sustituciones SN1 y las eliminaciones E1 . Por ejemplo, en una reacción de adición de HX, el enlace pi de un alqueno actúa como nucleófilo y se une al protón de una molécula de HX, donde X es un átomo de halógeno . Esto forma un carbocatión intermedio, y X se une entonces al carbono positivo disponible, como en la siguiente reacción de dos pasos. [ 8 ]

CH 2 CH 2 + HX → CH 3 CH + 2 + X −
CH 3 CH + 2 + X − → CH 3 CH 2 X

El proceso inverso es precisamente la eliminación de E1: [ 8 ]

Carbaniones

Un carbanión es una molécula orgánica en la que un átomo de carbono no es deficiente en electrones, pero posee una carga negativa global. Los carbaniones son nucleófilos fuertes que pueden utilizarse para extender la cadena carbonada de un alqueno en la reacción de síntesis que se muestra a continuación. [ 9 ]

C 2 H 2 con NaNH 2 en NH 3 (l) → CHC −
CHC − + BrCH 2 CH 3 → CHC−CH 2 CH 3

El carbanión alquino, CHC − , es un intermedio de reacción en esta reacción. [ 8 ]

radicales

Los radicales son altamente reactivos y de corta duración, ya que poseen un electrón desapareado que los hace extremadamente inestables. Los radicales suelen reaccionar con hidrógenos unidos a moléculas de carbono, convirtiendo efectivamente el carbono en un radical y estabilizando el radical original en un proceso denominado 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. [ 8 ]

Otros intermedios reactivos

Intermediarios biológicos

En el contexto biológico, los intermediarios de reacción suelen ser moléculas estables; las reacciones ocurren mediante catálisis enzimática y la reactividad incontrolada provocaría daño celular . La investigación de los intermediarios en las vías de reacción puede ayudar a comprender los mecanismos de señalización y catálisis celular. Por ejemplo, las bacterias adquieren resistencia a los antibióticos β-lactámicos , como la penicilina, mediante la enzima metalo-β-lactamasa. Las técnicas espectroscópicas han revelado que el intermediario de reacción de la metalo-β-lactamasa utiliza zinc en la vía de resistencia. [ 10 ]

Otro ejemplo de la importancia de los intermediarios de reacción se observa en la AAA-ATPasa p97, una proteína que participa en diversos procesos metabólicos celulares. La p97 también está relacionada con enfermedades degenerativas y cáncer . En un estudio sobre los intermediarios de reacción de la función de la AAA-ATPasa p97, se encontró que un intermediario de nucleótido ADP ·Pi es importante para el funcionamiento molecular de la p97. [ 11 ]

Otro ejemplo de intermediarios de reacción biológicamente relevantes se encuentra en las enzimas RCL, que catalizan los enlaces glucosídicos . Al estudiarlas mediante metanólisis , se observó que la reacción requería la formación de un intermediario de reacción. [ 12 ]

Véase también

Referencias

  1. ↑ Moore, John W. (2015). Química  : la ciencia molecular . Conrad L. Stanitski (Quinta  ed.). Stamford, CT. ISBN 978-1-285-19904-7OCLC 891494431​​ {{cite book}}: CS1 mantenimiento: falta el editor de ubicación ( enlace )
  2. ↑ Química (IUPAC), Unión Internacional de Química Pura y Aplicada. "IUPAC - intermedio (I03096)" . goldbook.iupac.org . doi : 10.1351/goldbook.R05171 . Consultado el 22 de septiembre de 2023 .
  3. ↑ Carey, Francis A.; Sundberg, Richard J.; (1984). Química orgánica avanzada, parte A: Estructura y mecanismos (2.ª ed.). Nueva York, NY: Plenum Press. ISBN 0-306-41198-9.
  4. ↑ March Jerry; (1992). Química orgánica avanzada: reacciones, mecanismos y estructura (4.ª ed.). Nueva York: John Wiley & Sons ISBN 0-471-60180-2
  5. ↑ Gilchrist, TL (1966). Carbenos, nitrenos y arinos . Springer US. ISBN 9780306500268.
  6. ↑ Moss, Robert A.; Platz, Matthew S.; Jones, Jr., Maitland (2004). Química de intermedios reactivos . Hoboken, NJ: Wiley-Interscience. ISBN 9780471721499.
  7. ↑ Química (IUPAC), Unión Internacional de Química Pura y Aplicada. "IUPAC - intermedio (I03096)" . goldbook.iupac.org . doi : 10.1351/goldbook.I03096 . Consultado el 17 de noviembre de 2022 .
  8. 1 2 3 4 Brown, William Henry (2018). Química orgánica . Brent L. Iverson, Eric V. Anslyn, Christopher S. Foote (Octava ed.). Boston, MA. ISBN  978-1-305-58035-0OCLC 974377227​​ {{cite book}}: CS1 mantenimiento: falta el editor de ubicación ( enlace )
  9. ↑ Ouellette, Robert J. (2014). Química orgánica : estructura, mecanismo y síntesis . J. David Rawn. [Lugar de publicación no identificado]: Elsevier. ISBN  978-1-306-87645-2OCLC 881509857​​ 
  10. ↑ Garrity, James D.; Bennett, Brian; Crowder, Michael W. (2005-01-01). "Evidencia directa de que el intermedio de reacción de la metalo-β-lactamasa L1 está unido a un metal" . Biochemistry . 44 ( 3): 1078– 1087. doi : 10.1021/bi048385b . ISSN 0006-2960 . PMID 15654764. S2CID 10042904 .   
  11. ↑ Rydzek, Simon; Shein, Mikhail; Bielytskyi, Pavlo; Schütz, Anne K. (26 de agosto de 2020). "La observación de un intermedio de reacción transitorio ilumina el ciclo mecanoquímico de la AAA-ATPasa p97" . Journal of the American Chemical Society . 142 (34): 14472– 14480. Bibcode : 2020JAChS.14214472R . doi : 10.1021/jacs.0c03180 . ISSN 0002-7863 . PMID 32790300. S2CID 221123424 .   
  12. ↑ Doddapaneni, Kiran; Zahurancik, Walter; Haushalter, Adam; Yuan, Chunhua; Jackman, Jane; Wu, Zhengrong (2011-05-31). "RCL hidroliza 2′-desoxirribonucleósido 5′-monofosfato mediante la formación de un intermedio de reacción" . Biochemistry . 50 (21): 4712– 4719. doi : 10.1021/bi101742z . ISSN 0006-2960 . PMID 21510673 .  
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