El nitrógeno forma habitualmente tres enlaces en sus compuestos químicos. En ciertos casos, puede persistir en motivos con un solo enlace, pero estas moléculas de nitreno tienden a tener una vida útil extremadamente corta y se observan transitoriamente mediante espectroscopía de resolución temporal.
El nitreno (R–N:) deriva del imidógeno (:N–H). El átomo de nitrógeno tiene un par de electrones no compartido y una configuración de valencia con solo seis electrones en su capa más externa, por lo que es altamente reactivo. Los nitrenos son análogos de los carbenos (:CH2), pero en lugar de carbono, el átomo central es nitrógeno.
Los nitrenos son intermedios reactivos importantes en química orgánica, especialmente en la síntesis de compuestos nitrogenados y en la modificación de estructuras orgánicas existentes.
Estructura y propiedades
En el caso más simple, la molécula lineal N-H tiene su átomo de nitrógeno con hibridación sp, con dos de sus cuatro electrones no enlazados como un par solitario en el orbital sp y los otros dos ocupando un par degenerado de orbitales p puros. La configuración electrónica es consistente con la regla de Hund: la forma de baja energía es un triplete con un electrón en cada uno de los orbitales p y la forma de alta energía es el singlete con un par de electrones que llena un orbital p y el otro orbital p vacante.
Reactividad
Los nitrenos son muy reactivos debido a su configuración electrónica inusual y tienden a reaccionar rápidamente para formar enlaces más estables. Algunas reacciones comunes de los nitrenos son:
- Inserción en enlaces C-H y C-C. Los nitrenos pueden insertarse en enlaces carbono-hidrógeno (C-H) y carbono-carbono (C-C), formando nuevos enlaces (\ce{C-N}).
- Adición a dobles enlaces. Los nitrenos pueden reaccionar con dobles enlaces (como en los alquenos) para formar aziridinas.
- Reacciones con nucleófilos. Debido a su alta reactividad, los nitrenos también pueden reaccionar con nucleófilos para formar nuevas especies nitrogenadas.
Los nitrenos no suelen ser especies estables que puedan aislarse fácilmente. Se generan in situ durante las reacciones químicas por descomposición térmica o fotoquímica de azidas o por oxidación de aminas.
Ejemplo de una reacción de nitrenos
Un ejemplo clásico de reacción de formación de nitrenos es la generación de fenilnitreno (Ph-N) a partir de fenilazida (Ph-N3) mediante calentamiento o irradiación UV.
