Metil o grupo metilo

¿Qué es el metil o grupo metilo?

El metil o grupo metilo es un sustituyente alquílico cuya fórmula química es CH₃. Es el más simple de todos los sustituyentes carbonados en química orgánica, posee un solo carbono y tres hidrógenos; deriva del gas metano. Debido a que únicamente puede enlazarse a otro carbono, su posición indica el final de una cadena, su terminación.

En la imagen inferior se tiene una de las tantas representaciones para este grupo. Las sinuosidades a su derecha señalan que detrás del enlace H₃C- puede haber cualquier átomo o sustituyente: uno alquílico, R, aromático o arilo, Ar, o un heteroátomo o grupo funcional, como OH o Cl.

Cuando el grupo funcional enlazado al metilo es OH, tenemos al alcohol metanol, CH₃OH, y si se trata del Cl, entonces tendremos al cloruro de metilo, CH₃Cl. En la nomenclatura orgánica se le menciona simplemente como ‘metil’ precedido por el número de su posición en la cadena carbonada más larga.

El grupo metilo CH₃ es fácil de identificar durante las elucidaciones de estructuras orgánicas, especialmente gracias a la espectroscopia de resonancia magnética nuclear del carbono 13 (RMN C¹³). De él, tras fuertes oxidaciones se obtienen grupos ácidos COOH, siendo una ruta sintética para sintetizar ácidos carboxílicos.

Representaciones del metil o grupo metilo

Arriba se tienen las cuatro representaciones posibles asumiendo que el CH₃ está enlazado a un sustituyente alquílico R. Todas son equivalentes, pero mientras se va de izquierda a derecha se evidencia los aspectos espaciales de la molécula.

Por ejemplo, R-CH₃ da la impresión de que es plana y lineal. La representación que sigue, demuestra los tres enlaces covalentes C-H, los cuales permiten identificar al metilo en cualquier estructura de Lewis y dan la falsa impresión de ser una cruz.

Luego, siguiendo a la derecha (la penúltima), se observa la hibridación sp³ en el carbono del CH₃ a causa de su geometría tetraédrica. En la última representación ni siquiera se escribe el símbolo químico del carbono, pero se mantiene el tetraedro para indicar cuáles átomos H están frente o detrás del plano.

Aunque no está en la imagen, otro modo muy recurrente al momento de representar al CH₃ consiste en simplemente colocar el guion (-) “desnudo”. Esto resulta de mucha utilidad cuando se dibujan esqueletos carbonados grandes.

Estructura del metil o grupo metilo

La imagen superior es la representación tridimensional de la primera. La esfera negra y lustrosa corresponde al átomo de carbono, mientras que las blancas son los átomos de hidrógeno.

Nuevamente, el carbono tiene un entorno tetraédrico producto de su hibridación sp³, y como tal es un grupo relativamente voluminoso, con las rotaciones de su enlace C-R impedidas estéricamente; es decir, no puede rotar porque las esferas blancas interferirían con las nubes electrónicas de sus átomos vecinos y sentirían su repulsión.

No obstante, los enlaces C-H sí pueden vibrar, al igual que el enlace C-R. Por lo tanto, el CH₃ es un grupo de geometría tetraédrica que puede elucidarse (determinarse, averiguarse) por espectroscopia de radiación infrarroja (IR), al igual que todos los grupos funcionales y enlaces de carbono con heteroátomos.

Lo más importante, sin embargo, es su elucidación mediante RMN-C¹³. Gracias a esta técnica se determina la cantidad relativa de grupos metilo, lo cual permite armar la estructura molecular.

Generalmente, mientras más grupos CH₃ tenga una molécula, más “torpes” o ineficientes serán sus interacciones intermoleculares; es decir, menores serán sus puntos de fusión y ebullición. Los grupos CH₃, a causa de sus hidrógenos, “resbalan” entre sí cuando se aproximan o tocan.

Propiedades del metil o grupo metilo

El grupo metilo se caracteriza por ser, en esencia, hidrofóbico y apolar.

Esto se debe a que sus enlaces C-H son poco polares a causa de la baja diferencia entre las electronegatividades del carbono e hidrógeno; y además, su geometría tetraédrica y simétrica distribuye de manera casi homogénea sus densidades electrónicas, lo cual contribuye a un momento dipolar despreciable.

En ausencia de la polaridad, el CH₃ “rehúye” del agua, comportándose como un hidrófobo. Por eso, si se le ve en una molécula, se sabrá que ese extremo metílico no interaccionará eficientemente con el agua ni con otro solvente polar.

Otra característica del CH₃ es su relativa estabilidad. A menos que el átomo que esté enlazado a él le retire densidad electrónica, permanece prácticamente inerte frente a medios ácidos muy fuertes. Sin embargo, se verá que sí puede participar en reacciones químicas, principalmente en lo que respecta su oxidación, o migración (metilación) a otra molécula.

Reactividad del metil o grupo metilo

• Oxidaciones. El CH₃ no está exento a oxidarse. Esto significa que es susceptible a formar enlaces con el oxígeno, C-O, si reacciona con agentes oxidantes fuertes. A medida que se oxida se transforma en diferentes grupos funcionales. Por ejemplo, su primera oxidación da lugar al grupo metiol (o hidroximetil), CH₂OH, un alcohol. La segunda deriva en el grupo formilo, CHO (HC=O), un aldehído. Y la tercera, finalmente, permite su conversión en el grupo carboxilo, COOH, un ácido carboxílico. Esta serie de oxidaciones se aprovecha para sintetizar ácido benzoico (HOOC-C₆H₅) a partir del tolueno (H₃C-C₆H₅).
• Iones. El CH₃ durante el mecanismo de algunas reacciones puede ganar momentáneas cargas eléctricas. Por ejemplo, cuando el metanol se calienta en un medio ácido muy fuerte, en ausencia teórica de nucleófilos (buscadores de cargas positivas), se forma el catión metílico, CH₃⁺, ya que se rompe el enlace CH₃-OH y el OH sale con el par de electrones del enlace. La especie CH₃⁺ es tan reactiva que solamente ha podido determinársele en la fase gaseosa, ya que reacciona o desaparece a la menor presencia de un nucleófilo. Por otro lado, del CH₃ también puede obtenerse un anión: el metanuro, CH₃^–, el carbanión más simple de todos. Sin embargo, al igual que el CH₃⁺, su presencia es anormal y solamente tiene lugar en condiciones extremas.
• Reacción de metilación. En la reacción de metilación se transfiere un CH₃ a una molécula sin que se produzcan cargas eléctricas (CH₃⁺ ni CH₃^–) en el proceso. Por ejemplo, el yoduro de metilo, CH₃I, es un buen agente metilante, y puede sustituir el enlace O-H de varias moléculas por uno O-CH₃. En síntesis orgánicas esto no conlleva ninguna tragedia; pero sí cuando lo que se metila en exceso son las bases nitrogenadas del ADN.

Referencias

1. Morrison, R.T., Boyd, R.N. Química Orgánica. 5ta Edición. Editorial Addison-Wesley Interamericana.
2. Carey, F. Química Orgánica (Sexta edición). McGraw Hill.
3. Gladwin, R. Methylation. Recuperado de britannica.com.
4. Reid, D. Methyl Group: Structure & Formula. Recuperado de study.com.
5. Methyl group. Recuperado de en.wikipedia.org.