Lección 1: GENERALIDADES

Transcripción

1 Lección 1: GENERALIDADES 1.Concepto de Química Orgánica. Introducción histórica. 2. Estructuras de Lewis. Estructuras resonantes. 3. Geometría de las moléculas. 4. Representaciones de las moléculas orgánicas y modelos moleculares.

2 2º Periodo, Grupo 14 La Química Orgánica es la parte de la química que estudia los Compuestos de Carbono Carbono 6 C (8) Los átomos de carbono tienen la capacidad única de unirse entre sí mediante enlaces fuertes formando largas cadenas y anillos El estudio de los compuestos de carbono comprende distintas facetas, son importantes: ESTRUCTURA Técnicas de elucidación estructural REACTIVIDAD Mecanismos de reacción SÍNTESIS Diseño de métodos eficientes APLICACIONES Desarrollo industrial, bilógico, médico...

3 Importancia de la Química Orgánica Más del 95% de las sustancias químicas conocidas son compuestos del carbono. Todos los compuestos responsables de la vida (ácidos nucleicos, proteínas, enzimas, hormonas, azúcares, lípidos, vitaminas, etc.) son sustancias orgánicas. La industria química (fármacos, polímeros, pesticidas, herbicidas, etc.) juega un papel muy importante en la economía mundial e incide en muchos aspectos de nuestra vida diaria con sus productos. El progreso de la Química Orgánica permite profundizar en el esclarecimiento de los procesos vitales.

4 Química Orgánica. Desarrollo histórico 1 Lo que hoy entendemos por el término Química Orgánica no se comprendía como tal hace simplemente un poco más de 100 años. Los hitos más importantes en la forja de esta disciplina, sin ánimo de ser exahustivo, son los siguientes: Finales del XVIII (Lavoisier) El enigma de la Química Orgánica: La fuerza vital (Berzelius). Se observa que los compuestos orgánicos están formados por un número muy limitado de elementos. Principios del XIX (Avogadro) Se intuyen ciertos visos de ordenamiento estructural. Se establece la ley de proporciones múltiples s Síntesis de la urea: se tiende el puente entre la Química Inorgánica y la Orgánica (F. Wöhler). Se mejora la precisión del análisis elemental (Liebig). Se produce una complicación insospechada: la isomería (Liebig) s Los radicales orgánicos como un principio de ordenación. El descubrimiento y la profusión de los radicales orgánicos.

5 Química Orgánica. Desarrollo histórico s-1850 s Ordenación por tipos de compuestos. La unificación de radicales y tipos s Estructura interna de los radicales: la tetravalencia del carbono y su capacidad para formar cadenas (Kekulé y Couper) s Primeras formulaciones modernas s Estructura tetraédrica del carbono: isomería optica (Pasteur y van t Hoff ) s Estructura hexagonal del benceno s-1940 s Planteamiento de la Teoría de la Resonancia. Desarrollo de la Espectroscopía de rayos X. Desarrollo de la Espectrometría de masas s Análisis conformacional: estereoquímica del ciclohexano (D. Barton). Descubrimiento de la Resonancia Magnética Nuclear.

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7 Estructuras de Lewis de enlaces simples

8 Estructuras de Lewis de enlaces múltiples

9 Escala Escala de de electronegatividades de Pauling de Pauling

10 Enlace covalente polar Tabla. Momentos Dipolares de enlaces seleccionados Enlace (D) Enlace (D) H-C 0.40 C-Cl Cl 1.46 H-N 1.31 C-Br 1.38 H-O 1.51 C-I 1.19 C-N 0.22 C=O 2.38 C-O 0.74 C-F 1.41 Momentos de enlace y momento dipolar neto para varias moléculas sencillas a ) H O H Agua µ =1.85 D µ neto b ) H µ neto N H H Amoníaco µ =1.46 D Cl C Cl Cl Cl c ) Tetracloruro de carbono µ =0 d ) Cl C H H µ neto H Clorometano µ =1.85 D H 3 C e ) O C µ neto CH3 Acetona µ =1.85 D

11 Ejemplo: La carga formal

12 Híbridos de resonancia Se sabe que en el nitrometano los oxígenos distan por igual (1.2 Å) del nitrógeno. Cómo puede explicarse este hecho con fórmulas de Lewis?

13 Enlaces covalentes deslocalizados. Estructuras resonantes Las moléculas con orbitales de enlace no restringidos a 2 núcleos requieren más de una estructura de Lewis para poderse representar adecuadamente Hay tres tipos de estructuras que poseen deslocalización: 1. Moléculas con dobles y/o triples enlaces conjugados Ej: buta-1,3-dieno 2. Moléculas que poseen 1 doble (o triple enlace) conjugado con un orbital p de un átomo adyacente. Este orbital p puede contener 2, 1 ó ningún electrón. Caso más frecuente: el orbital p contiene un par de electrones no compartidos Ej: cloroetileno; ion acetato Estructuras resonantes 3. Moléculas con hiperconjugación (afecta a electrones σ) (lecciones 8 y 10).

14 Buta-1,3-dieno Resonancia. Ejemplos H 2 C CH CH CH 2 H 2 C CH CH CH 2 H 2 C CH CH CH 2 (contribuyente mayor) Cloroetileno Estructuras resonantes H 2 C CH Cl H 2 C CH Cl H 2 C CH Cl δ δ+ (contribuyente mayor) Ion acetato (contribuyente menor) Representación combinada (híbrido de resonancia)

15 Reglas de resonancia 1.- Las estructuras resonantes sólo suponen movimiento de electrones (no de átomos) hacia posiciones (átomo o enlace) adyacentes. 2.- Todas las formas canónicas deben tener igual número de electrones desapareados. 3.-Las estructuras resonantes en la que todos los átomos del 2º período poseen octetos completos son más importantes (contribuyen más al híbrido de resonancia) que las estructuras que tienen los octetos incompletos. 4.-Las estructuras más importantes son aquellas que supongan la mínima separación de carga. 5.-En los casos en que una estructura de Lewis con octetos completos no puede representarse sin separación de cargas, la estructura más importante será aquella en la que la carga negativa se sitúa sobre el átomo más electronegativo y la carga positiva en el más electropositivo.

16 Orbitales híbridos sp 3 ALCANOS. Estructura

17 Metano

18 Etano Longitud C-C 1.53 Å Longitud C-H 1.09 Å

19 Orbitales híbridos sp 2 ALQUENOS. Estructura

20 Etileno Longitud C=C 1.32 Å Longitud C-H 1.08 Å

21 ALQUINOS. Estructura Orbitales híbridos sp

22 Acetileno Longitud CΞC 1.20 Å Longitud C-H 1.06 Å