¿Qué es un Catión Metilo?
Un catión metilo es aquel en el que se elimina el átomo de hidrógeno del metilo (CH4) para formar un ion metilo (CH3+). También existen carbocationes primarios con un sustituyente, carbocationes secundarios con dos sustituyentes y carbocationes terciarios con tres sustituyentes.
Usos del Catión Metilo
Los metilcationes tienen una estabilidad extremadamente baja y apenas pueden existir en disolución, por lo que los metilcationes no participan en reacciones por sí solos. Otros carbocationes están presentes como intermediarios de reacción en dos reacciones principales
1. Reacción SN2
La reacción SN1 también se conoce como reacción de sustitución nucleofílica unimolecular. Cuando un grupo deletéreo dominante, como un halógeno, está presente en la molécula, su eliminación da lugar a un carbocatión intermedio. A continuación, los nucleófilos atacan nucleófilamente a la fracción catiónica, dando lugar al producto.
En la reacción SN1, el paso que limita la velocidad es la formación del carbocatión intermedio, por lo que es más probable que esta reacción se produzca en compuestos como los que producen carbocationes terciarios muy estables.
2. Reacción E1
La reacción E1 también se conoce como reacción de eliminación de molécula única. Al igual que la reacción SN1, esta reacción suele producirse en compuestos que tienden a generar carbocatión terciario.
Se diferencia de la reacción SN1 en que el nucleófilo retira el hidrógeno del carbono próximo a la fracción catiónica. Tras la reacción, se forma un doble enlace entre la fracción catiónica y el carbono vecino. Dependiendo del tipo de sustituyente, pueden resultar varios isómeros geométricos, pero en la mayoría de los casos se obtiene preferentemente el alqueno termodinámicamente estable.
Información adicional sobre el Catión Metilo
1. Propiedades del Catión Metilo
La característica más importante de los cationes metilo es su alta energía y su estabilidad extremadamente baja. Esto se debe al hecho de que los cationes metilo no experimentan la superconjugación que se encuentra en otras especies de carbocatión.
La superconjugación es un fenómeno por el cual la interacción de un orbital p vacío con un orbital de enlace C-H vecino conduce a la deslocalización de electrones y a una disminución de la energía. En los carbocatión, la superconjugación provoca una reducción de la energía (es decir, una mayor estabilidad) porque siempre hay un grupo hidrocarburo junto a la fracción catiónica.
Cuantos más grupos hidrocarbonados haya junto al carbocatión, más probable será la reducción de energía, por lo que los carbocationes terciarios son los más estables y los cationes metilo, que no tienen grupos hidrocarbonados, son los más estables.
2. Peligros del Catión Metilo
Aunque los cationes metilo son menos estables y apenas pueden existir por sí solos, pueden provocar cáncer cuando se generan como metabolitos. Dos ejemplos principales de compuestos que generan metilcaciones son:
Saikacina
La saikacina es un carcinógeno de origen vegetal, un glucósido que se encuentra principalmente en las cícadas. Cuando es descompuesto por las β-glicosidasas de las bacterias intestinales, la saikacina produce metilcationes al mismo tiempo que el formaldehído y otros compuestos. Los cationes metilo producidos reaccionan con el ADN, el ARN y las proteínas del organismo, alquilándolos. Como resultado, el ADN y otros biomateriales pierden sus funciones originales y se induce el cáncer.
En ciertas regiones, como Amami Oshima, las cícadas se preparan para consumo eliminando sus compuestos tóxicos mediante la exposición al agua o la descomposición bajo la luz solar ultravioleta.
Dimetilnitrosaminas
Las dimetilnitrosaminas se forman cuando una sustancia llamada dimetilamina, que se encuentra principalmente en el pescado, reacciona con el ácido nitroso en el estómago. La dimetilnitrosamina es oxidada en el organismo por la enzima citocromo P450, que genera cationes de metilo que alquilan el ADN y provocan cáncer. En Noruega se han producido casos de intoxicación alimentaria debidos a piensos para arenques que contenían esta dimetilnitrosamina.