Nitrilo: Definición, grupo funcional y estructura

¿Qué es el nitrilo?

Por definición, un nitrilo es cualquier compuesto orgánico que tiene un grupo ciano (-CN) como grupo funcional. Un nitrilo también produce un ácido por hidrólisis con eliminación de amoníaco. El significado literal de nitrilo indica un grupo funcional específico CN, que es intercambiable con el prefijo ciano-. Este prefijo se utiliza para indicar la presencia de un grupo funcional nitrilo en una molécula. Cualquier molécula que tenga el prefijo ciano- contiene un nitrilo. Los nitrilos son sólidos o líquidos incoloros que tienen un olor distintivo. Se encuentran en muchos compuestos útiles como el cianoacrilato de metilo y el caucho de nitrilo. El cianoacrilato de metilo se utiliza en superpegamento y el caucho de nitrilo (un polímero de nitrilo) se utiliza en la fabricación de guantes médicos y como sustituto del látex en los laboratorios. El caucho de nitrilo también se utiliza para sellos automotrices y de otro tipo debido a sus propiedades resistivas contra combustibles y aceites.

Los carbonos orgánicos que contienen múltiples grupos nitrilo se denominan cianocarbonos. Los compuestos inorgánicos que contienen el grupo ciano se denominan cianuros, mientras que los compuestos orgánicos que contienen el grupo ciano se denominan nitrilos. En los compuestos inorgánicos, el grupo ciano existe como un anión, mientras que los compuestos orgánicos tienen un enlace covalente entre el grupo alquilo y el ciano. Por ejemplo, el cianuro de hidrógeno es un ejemplo de cianuro, mientras que el propionitrilo es un compuesto de nitrilo.

Estructura de nitrilo

En la estructura del nitrilo, el átomo de carbono del grupo ciano está unido al nitrógeno mediante un triple enlace. Por tanto, la fórmula general de un nitrilo es RC = N. Aquí, R son los grupos alquilo (CH3-, CH3CH2-,…..). El grupo alquilo está unido al grupo ciano mediante un enlace covalente sencillo.

Los nitrilos tienen una geometría lineal con un ángulo de enlace RCN 180º. La distancia del enlace CN es corta en 1,16 Å.

Grupo funcional nitrilo

Los nitrilos tienen un grupo funcional ciano (-C = N) en el que el carbono tiene un triple enlace con el nitrógeno. El átomo de nitrógeno contiene un conjunto de pares de electrones solitarios. Tanto el carbono como el nitrógeno tienen hibridación sp y los dos orbitales 2p restantes de ambos se superponen para formar los dos enlaces pi en el triple enlace.

Propiedades del nitrilo

Las propiedades de los nitrilos se dan de la siguiente manera:

• Son sólidos o líquidos incoloros a temperatura ambiente con olor dulce.
• El punto de ebullición de los nitrilos aumenta con el aumento del tamaño del grupo alquilo. Su punto de ebullición oscila entre 82 y 118ºC.

• Son moléculas polares debido a la presencia de un nitrógeno electronegativo en el grupo ciano.
• Debido a la presencia de nitrógeno altamente electronegativo, los electrones del triple enlace son atraídos fácilmente hacia el extremo nitrógeno del enlace. Por lo tanto, los nitrilos tienen fuertes interacciones dipolo-dipolo permanentes, así como fuerzas de dispersión de Van der Waals entre las moléculas. Tienen un alto valor de momento dipolar.
• Los miembros inferiores de los nitrilos son solubles en agua debido a la formación de enlaces de hidrógeno con moléculas de agua. Con el aumento del peso molecular, la solubilidad de los nitrilos disminuye. Sin embargo, los nitrilos son muy solubles en disolventes orgánicos como alcohol, éter, éster y otros.
• Tienen una permitividad relativa alta.

Reacciones de nitrilo

Los nitrilos sufren diferentes reacciones. Estos incluyen hidrólisis, reducción y desprotonación. Los diversos conjuntos de reacciones del nitrilo incluyen los siguientes:

• Hidrólisis: cuando el nitrilo se pone a reflujo con ácido clorhídrico diluido, sufre hidrólisis para producir ácidos carboxílicos. En presencia de un álcali diluido como el hidróxido de sodio, se forma la sal sódica de los ácidos carboxílicos.

• Reducción: Los nitrilos se reducen a aminas primarias tratándolos con hidruro de litio y aluminio (LiAlH4) o sodio y alcohol. También se pueden reducir mediante reacción con gas hidrógeno en presencia de un catalizador metálico como Ni, Pt o Pa. El grupo -CN de nitrilo se convierte en un grupo -CH2NH2 de aminas primarias.

• Desprotonación: Los nitrilos que tienen hidrógeno alfa con respecto al grupo ciano son muy ácidos y sufren desprotonación en presencia de bases de amida metálica (amida sódica) o alquilos metálicos (butil litio) para producir aniones de nitrilo. Estos carbaniones pueden sufrir fácilmente alquilación.

Aplicaciones de los nitrilos

Los nitrilos encuentran aplicaciones en diferentes campos médicos e industriales. Algunos de los usos de los nitrilos se detallan a continuación:

• Dado que los nitrilos son resistentes a los productos químicos, se utilizan para fabricar guantes, sellos y mangueras de nitrilo.
• Los nitrilos se utilizan como fármaco antidiabético en el tratamiento del cáncer de mama.
• Un compuesto de nitrilo conocido como periciazina se utiliza como fármaco antipsicótico para tratar la dependencia de opiáceos. Este compuesto se encuentra en varias fuentes vegetales y animales.
• Se utilizan en aplicaciones de sustancias resistentes al aceite, así como para usos a baja temperatura.
• Se utilizan en la fabricación de piezas de aviones, automóviles y sistemas hidráulicos.

Ejemplos de nitrilos

Algunos de los compuestos de nitrilo se dan de la siguiente manera:

• Etanonitrilo: El nitrilo más simple y pequeño es el etanonitrilo (CH3CN). Es un líquido incoloro a temperatura ambiente que tiene un olor dulce parecido al del éter. Se forma como subproducto durante la fabricación de acrilonitrilo. El punto de ebullición del etanonitrilo es 82ºC. Es muy soluble en agua debido a la formación de enlaces de hidrógeno con las moléculas de agua. El etanonitrilo por hidrólisis con ácido clorhídrico diluido da ácido etanoico. Tras la reducción con hidruro de litio y aluminio, el etanonitrilo da etanamina. Por su naturaleza volátil y polar, se utiliza para extraer ácidos grasos y aceites animales y vegetales. Se utiliza como disolvente para la secuenciación de ADN y la síntesis de péptidos. En los laboratorios, el etanonitrilo se utiliza ampliamente para analizar el resultado de la cromatografía líquida de alta resolución (HPLC).

• Propanonitrilo: es un nitrilo alifático simple con la fórmula química CH3CH2CN. Es un líquido incoloro con olor a éter. El punto de ebullición del propanonitrilo es 97ºC. Se utiliza como disolvente en el refinado de petróleo y como materia prima en la fabricación de medicamentos. El propanonitrilo es también el precursor de muchos compuestos orgánicos, como las propilaminas formadas por hidrogenación y los cianoacetatos por oxidación del propanonitrilo.
• Acrilonitrilo: El acrilonitrilo es un líquido tóxico de color amarillo pálido que tiene un grupo alqueno (doble enlace carbono-carbono) además del grupo ciano. Tiene la fórmula química CH2=CHCN. Es soluble en agua y en la mayoría de disolventes orgánicos. El acrilonitrilo es una sustancia química reactiva que polimeriza al calentarse o en presencia de un álcali fuerte y puede explotar en contacto con la llama. Se utiliza comúnmente en la fabricación de fibras sintéticas, resinas, plásticos, caucho, productos químicos y una variedad de otros productos. Es un compuesto tóxico que causa irritación en los ojos y la piel y puede dañar los pulmones y el sistema nervioso. También puede causar cáncer.

Resumen de la lección

Un nitrilo es cualquier compuesto orgánico que contiene un grupo funcional -CN. El prefijo ciano- se utiliza para indicar la presencia de un grupo nitrilo en una molécula. Los nitrilos se encuentran en varios compuestos útiles, como el caucho de nitrilo y el superpegamento. Los compuestos orgánicos que contienen muchos grupos nitrilo se denominan cianocarbonos. La principal diferencia entre nitrilos y cianuros es que los cianuros se utilizan para referirse a compuestos inorgánicos que contienen el grupo ciano, mientras que los nitrilos deben ser un compuesto orgánico. La fórmula general de un nitrilo es RC = N, donde -C = N es su grupo funcional. El nitrógeno tiene un triple enlace al carbono y el carbono, a su vez, está unido a un grupo alquilo mediante un enlace covalente simple. Los nitrilos tienen una geometría lineal y tanto el carbono como el nitrógeno tienen hibridación sp. Son moléculas polares debido a la presencia de nitrógeno electronegativo. Por tanto, tienen fuertes atracciones dipolo-dipolo. Los nitrilos tienen una permitividad relativa alta.

Los nitrilos se someten a hidrólisis en presencia de un ácido o una base para producir ácidos carboxílicos. También sufren reacciones de reducción en presencia de hidruro de litio y aluminio o hidrogenación catalítica para producir aminas primarias. La desprotonación del nitrilo conduce a la formación de anión nitrilo. Los nitrilos se utilizan ampliamente en la fabricación de guantes, sellos, mangueras y otros productos de nitrilo. También se utilizan en la fabricación de medicamentos y productos farmacéuticos. El etanonitrilo (CH3CN) es el nitrilo más pequeño y se usa comúnmente como solvente. El propanonitrilo (CH3CH2CN) se utiliza como disolvente en el refinado de petróleo y como materia prima para la fabricación de fármacos y otros compuestos orgánicos. El acrilonitrilo es un compuesto de nitrilo tóxico que se utiliza en la fabricación de fibras sintéticas, látex, cauchos, plásticos, resinas y otros. Tiene propiedades cancerígenas.

Rodrigo Ricardo Editor y fundador