Enlace carbono-oxígeno
Un enlace carbono-oxígeno es un enlace covalente entre un átomo de carbono y otro de oxígeno y es uno de los más abundantes en química orgánica y bioquímica.[1] En el contexto de la regla del octeto,el oxígeno tiene 2 electrones de valencia y necesita compartir dos de sus electrones uniéndose o enlazándose a otro átomo -como el carbono- dejando los restantes 4 electrones no-enlazantes en 2 pares no compartidos. Un ejemplo simple de este tipo de enlace es el etanol, o alcohol etílico, con un enlace carbono-oxígeno y un enlace carbono-hidrógeno.
Enlace simple carbono-oxígeno
Un enlace C-O está fuertemente polarizado hacia el oxígeno (electronegatividad C vs O = 2.55:3.44). Muchos alcoholes son solubles en agua por esta polaridad y por la formación de enlaces de hidrógeno. La longitud de enlace para los enlaces simples C-O tiene un valor aproximado de 143 picometros, menor que la longitud de los enlaces C-N o C-C. Un enlace simple acortado se encuentra en los ácidos carboxílicos (136 pm) debido al carácter de doble enlace parcial; un enlace alargado se encuentra en los epóxidos (147 pm).[2] La energía de enlace C-O es también mayor que la de los enlaces C-N o C-C. Por ejemplo, las energías de enlace son de 91 kcal/mol (a 298 K) en el metanol, 87 kcal/mol en metilamina, y de 88 kcal/mol en etano.
Enlace doble carbono-oxígeno
Carbono y oxígeno forman enlace doble terminal C=O llamado grupo carbonilo en grupos funcionales como cetonas, ésteres, ácidos carboxílicos y muchos más. También se encuentran enlaces C=O internos en iones oxonio, cargados positivamente, pero sobre todo aparece en compuestos intermediarios de reacción. En los furanos, el átomo de oxígeno contribuye a la deslocalización de los electrones π gracias a su orbital p lleno, de ahí que los furanos sean compuestos aromáticos. Las longitudes de los enlaces C=O son de aproximadamente 123 pm en los compuestos carbonilo. La longitud de enlace C=O en los haluros de acilos tiene carácter parcial de triple enlace y consecuentemente es más corto: 117 pm. Los enlaces dobles C=O también tiene energías muy altas, incluso mayores que la del triple enlace N-N.[3]
No existen compuestos con triple enlace formal C-O, más allá del monóxido de carbono.
Química de los enlaces C-O y C=O
En química orgánica, la reactividad de los enlaces carbono-oxígeno se deriva de la carga parcial positiva que induce el oxígeno en el carbono, frente a enlaces menos polares C-C o C-H, de la carga parcial negativa que reside en el oxígeno, y de la posibilidad de cambiar el carácter enlace entre simple y doble, o bien de rotura heterolítica del enlace simple, ya que el oxígeno en general puede estabilizar una carga negativa. Algunas reacciones importantes en las que aparecen compuestos con enlaces carbono-oxígeno son:
- La síntesis de éteres de Williamson,
- La sustitución nucleofílica al grupo acilo y
- La adición electrofílica a alquenos.
- La reacción de Paterno-Buchi es el equivalente de una reacción de metátesis con el grupo carbonilo .
Grupos funcionales que contienen oxígeno
Los enlaces carbono-oxígeno están presentes en estos grupos funcionales:
| Serie homóloga | Orden de enlace | Fórmula | Fórmula estructural | Ejemplo |
|---|---|---|---|---|
| Ácidos carboxílicos | 1+2 | RCOOH | Ácido acético | |
| Alcoholes | 1 | R3C-OH | Etanol | |
| Éteres | 1 | R3C-O-CR3 | Dietiléter | |
| Peróxidos | 1 | R3C-O-O-CR3 | Peróxido de diterbutilo | |
| Ésteres | 1+2 | R3C-CO-O-CR3 | Acrilato de etilo | |
| Ésteres carbónicos | 1 | R3C-O-CO-O-CR3 | Carbonato de etileno | |
| Cetonas | 2 | R3C-CO-CR3 | Acetona | |
| Aldehídos | 2 | R3C-CHO | Acroleína | |
| Furanos | 1.5 | Furfural | ||
| Sales de pirilio | 1.5 | Antocianinas |
Principales moléculas inorgánicas con enlace carbono-oxígeno
Fuera de la química orgánica también hay moléculas importantes con enlace carbono-oxígeno, como son:
- el dióxido de carbono, protagonista del ciclo del carbono, fundamental para la vida, su producto de equilibrio con el agua, el ácido carbónico, y sus productos de desprotonación, el anión bicarbonato y el anión carbonato
- el monóxido de carbono, de gran relevancia práctica por su toxicidad y su generación como subproducto en muchos procesos de combustión, y que también tiene aplicaciones en química de coordinación, donde típicamente estabiliza metales en estados bajos de oxidación
- los aniones acetato y oxalato, aunque estrictamente se pueden considerar orgánicos por ser ácidos carboxílico, son muy relevantes para la química inorgánica donde se usan como ligandos de diversa denticidad
- los productos de oxidación parcial de grafenos, fullerenos y nanotubos de carbono
Véase también
- La química de los átomos de carbono unidos a los otros elementos de la Tabla Periódica:
Enlaces químicos del carbono con el resto de átomos
| CH | He | |||||||||||||||||
| CLi | CBe | CB | CC | CN | CO | CF | Ne | |||||||||||
| CNa | CMg | CAl | CSi | CP | CS | CCl | CAr | |||||||||||
| CK | CCa | CSc | CTi | CV | CCr | CMn | CFe | CCo | CNi | CCu | CZn | CGa | CGe | CAs | CSe | CBr | CKr | |
| CRb | CSr | CY | CZr | CNb | CMo | CTc | CRu | CRh | CPd | CAg | CCd | CIn | CSn | CSb | CTe | CI | CXe | |
| CCs | CBa | CHf | CTa | CW | CRe | COs | CIr | CPt | CAu | CHg | CTl | CPb | CBi | CPo | CAt | Rn | ||
| Fr | CRa | Rf | Db | CSg | Bh | Hs | Mt | Ds | Rg | Cn | Nh | Fl | Mc | Lv | Ts | Og | ||
| ↓ | ||||||||||||||||||
| CLa | CCe | CPr | CNd | CPm | CSm | CEu | CGd | CTb | CDy | CHo | CEr | CTm | CYb | CLu | ||||
| Ac | CTh | CPa | CU | CNp | CPu | CAm | CCm | CBk | CCf | CEs | Fm | Md | No | Lr | ||||
| Química orgánica básica. | Muchos usos en Química. |
| Investigación académica, pero no un amplio uso. | Enlace desconocido / no evaluado. |
Referencias
- Organic Chemistry John McMurry 2nd Ed.
- CRC Handbook of Chemistry and Physics 65Th Ed.
- Standard Bond Energies el 21 de noviembre de 2016 en Wayback Machine., Department of Chemistry, Michigan State University