UNIDAD 2A: ESTRUCTURA DE LOS COMPUESTOS ORGÁNICOS

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Carmelo Valenzuela San Martín
hace 5 años
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1 UNIDAD 2A: ESTRUCTURA DE LOS COMPUESTOS ORGÁNICOS

2 Para comprender el comportamiento de un compuesto orgánico es necesario conocer: Composición: FÓRMULA MOLECULAR Estructura: FÓRMULA ESTRUCTURAL Configuración: organización de los átomos en el espacio

3 Ejemplo:

4 Existen teorías y características de los compuestos orgánicos que permiten explicar sus propiedades: 1. TEORÍA ESTRUCTURAL CLÁSICA 2. TEORÍAS DEL ENLACE COVALENTE: TEORÍA DE REPULSIÓN DEL PAR DE ELECTRONES (TRPECV) TEORÍA DEL ENLACE DE VALENCIA (TEV) TEORÍA DE LOS ORBITALES MOLECULARES (TOM) 3. ÁNGULOS DE ENLACE 4. TEORÍA DE LA RESONANCIA 5. AROMATICIDAD

5 1. TEORÍA ESTRUCTURAL CLÁSICA Explica cuál es el orden de unión de los átomos en las moléculas, qué electrones los mantienen unidos y cuáles son las formas y tamaños de las moléculas ENLACES QUÍMICOS: ENLACE IÓNICO: Hay transferencia de electrones ENLACE COVALENTE: Se comparten los electrones

6 En ambos enlaces cada átomo tiende a tomar la configuración electrónica del gas noble más próximo ya sea perdiendo, ganando o compartiendo electrones.

7 TIPOS DE ENLACE COVALENTE: COVALENTE SIMPLE COVALENTE TRIPLE COVALENTE DOBLE COVALENTE DATIVO

8 2. TEORÍAS DEL ENLACE COVALENTE Schröndinger: ecuaciones de onda que dan la probabilidad de encontrar el electrón en cualquier lugar en particular. ORBITALES ATÓMICOS: Espacio donde es probable encontrar un electrón. Nube que se forma como consecuencia de la difusión del electrón.

9 CONFIGURACIÓN ELECTRÓNICA: Para establecer la configuración electrónica se debe considerar lo siguiente: Un orbital no puede ser ocupado por más de 2 electrones, los que deben ser de spines opuestos (PRINCIPIO DE EXCLUSIÓN DE PAULI) Un orbital no es ocupado mientras los orbitales de menor E no están llenos. En un orbital no tiene lugar el apareo de electrones hasta que todos los orbitales de igual E no contengan por lo menos un electrón (REGLA DE HUND).

10 TEORÍA DE REPULSIÓN DEL PAR ELECTRÓNICO EN LA CAPA DE VALENCIA (TRPECV) Los grupos de electrones de la capa de valencia del átomo central se repelen entre sí y se ordenan alrededor del mismo de manera que la repulsión entre ellos sea lo más pequeña posible

12 TEORÍA DEL ENLACE DE VALENCIA (TEV) Los enlaces covalentes se producen por traslape de orbitales atómicos Cada átomo enlazado retiene sus orbitales atómicos, y el par de electrones comparte el espacio común entre ambos núcleos Mientras mayor es el traslape de orbitales, el enlace es más fuerte 2 tipos de enlace: SIGMA (σ): Traslape de frente de 2 orbitales PI (π): solapamiento lateral de 2 orbitales atómicos

14 Ejemplos del análisis de los compuestos orgánicos en base a las distintas teorías

15 METANO Fórmula molecular: CH 4 Fórmula estructural: TEORÍA ESTRUCTURAL CLÁSICA TEORÍA DEL ENLACE DE VALENCIA (TEV): Se debe considerar la hibridación del carbono. HIBRIDACIÓN: Mezcla y reorientación en el espacio de los orbitales atómicos

17 Los cuatro orbitales híbridos se distribuyen espacialmente, lo más alejados posible entre ellos, orientados hacia los vértices de un tetraedro regular, formando sus ejes ángulos de METANO: Cada orbital híbrido está solapado con un orbital 1s del hidrógeno, resultando 4 enlaces sigma.

18 HIBRIDACIONES DEL CARBONO:

VALENCIA (TEV): Hibridación del carbono: sp 3

19 ETANO Fórmula molecular: C 2 H 6 Fórmula estructural: TEORÍA ESTRUCTURAL CLÁSICA: TEORÍA DEL ENLACE DE VALENCIA (TEV): Hibridación del carbono: sp 3 Configuración del C: 1s 2 4sp 3 Configuración del H: 1s 1 Molécula del etano:

20 Fórmula molecular: C 2 H 4 Fórmula estructural: ETENO TEORÍA ESTRUCTURAL CLÁSICA: TEORÍA DEL ENLACE DE VALENCIA (TEV): Hibridación del carbono: sp 2 Molécula del eteno: Configuración del C: 1s 2 3sp 2 2p 1 z Configuración del H: 1s 1

(TEV): Hibridación del carbono: sp Molécula del etino:

21 Fórmula molecular: C 2 H 2 Fórmula estructural: ETINO TEORÍA ESTRUCTURAL CLÁSICA: TEORÍA DEL ENLACE DE VALENCIA (TEV): Hibridación del carbono: sp Molécula del etino: Configuración del C: 1s 2 2sp 2p 1 y 2p 1 z Configuración del H: 1s 1

22 3. ÁNGULOS DE ENLACES: LONGITUD DE ENLACE: Las longitudes de los enlaces juegan un rol muy importante en los tamaños de los orbitales atómicos involucrados: al aumentar el carácter s de un orbital híbrido, decrece su tamaño, con lo que también decrece la longitud de enlace con otro átomo. COMPUESTO LONG. ENLACE C-C LONG. ENLACE C-H ETANO 1,53 A 1,112 A ETENO 1,34 A 1,103 A ETINO 1,21 A 1,079 A

23 ENERGÍA DE DISOCIACIÓN DE ENLACE: Es característica de un enlace específico y es la cantidad de energía que se consume o se libera cuando se rompe o se forma dicho enlace.

24 4. TEORÍA DE LA RESONANCIA RESONANCIA: Deslocalización de electrones. Se presenta en moléculas con dobles o triples enlaces conjugados, pero también en especies químicas como radicales libres, aniones y cationes.

25 POSTULADO: Si pueden escribirse dos o más estructuras correspondientes a un mismo compuesto, que difieran únicamente en las posiciones de los electrones, ninguna de las estructuras estará en concordancia con las propiedades del compuesto y, por lo tanto, no lo representa. Estructuras contribuyentes, o canónicas o de resonancia No son estructuras REALES Ejemplo: 1,3-butadieno

26 Ninguna de las pelotas en forma aislada representa la caída, pero el conjunto da idea del movimiento La TEV también permite comprender la deslocalización de los electrones π. Pero por la Teoría estructural clásica es imposible representar esa deslocalización por una única estructura.

27 5. AROMATICIDAD COMPUESTOS AROMÁTICOS: Benceno y todas aquellas sustancias parecidas al benceno en su comportamiento químico.

28 BENCENO FÓRMULA MOLECULAR: C 6 H 6 No reacciona como alqueno a pesar de ser un compuesto muy insaturado. ESTRUCTURA: TEORÍA ESTRUCTURAL CLÁSICA: Kekulé (1865) Dos estructuras en equilibrio dinámico, fácilmente interconvertibles:

29 TEORÍA DE LA RESONANCIA: El benceno al tener dobles enlaces conjugados es un híbrido de resonancia. Estructuras contribuyentes: Los simples enlaces en (I) son dobles en (II) y los dobles en (I) son simples en (II). Si se construye un híbrido en de (I) y (II) los enlaces de ese híbrido no son dobles ni simples, sino que son intermedio. Longitudes de enlaces: C C : 1,54 A C = C : 1,34 A C C en el benceno: 1,39 A (intermedio)

30 PROPIEDADES DEL BENCENO QUE EXPLICA LA TEORÍA DE LA RESONANCIA: El benceno da solo un producto 1,2- disustituido

31 Tiene menos energía de resonancia por la deslocalización de los electrones π => ESTABILIDAD. Ejemplo: Ciclohexeno: posee un doble enlace que es fácilmente hidrogenado. Benceno: La liberación de energía experimental es menor que el dato teórico.

32 La diferencia entre la energía liberada realmente y la calculada basada en las estructuras de Kekulé se denomina Energía de Resonancia o de Deslocalización o de Estabilización.

33 Si en el benceno ocurre adición se destruye el sistema anular que es el responsable de la estabilización. Por eso son más frecuentes y fáciles las reacciones de sustitución.

34 TEORÍA DE ENLACE DE VALENCIA (TEV) La hibridación de los átomos de carbono es sp 2 El benceno presenta doce enlaces σ. 6 enlaces σ por solapamiento sp 2 -sp 2 6 enlaces σ por solapamiento sp 2 -s Además de los enlaces σ presenta una nube electrónica π extendida:

35 HECHOS EXPERIMENTALES QUE CONFIRMAN ÉSTA ESTRUCTURA DEL BENCENO: Se determinó por difracción de rayos x y electrónica que: La molécula de benceno es plana y simétrica Sus enlaces son iguales Posee ángulos de enlace de 120 Las reacciones características son las sustituciones electrofílicas (SE)

36 CRITERIOS DE AROMATICIDAD Desde el punto de vista EXPERIMENTAL: Los compuestos aromáticos no se comportan como alquenos. Las moléculas son planas o casi planas. Dan preferentemente sustituciones electrofílicas. Tienen bajos calores de hidrogenación y de combustión. Tienen alta energía de resonancia. Desde el punto de vista TEÓRICO: La nube de electrones π debe tener (4n + 2) electrones π (Regla de Hückel)

37 HIDROCARBUROS AROMÁTICOS DE A. NAFTALENO: NÚCLEOS CONDENSADOS No todos los enlaces entre los C son de igual longitud. Energía de resonancia de 61 Kcal/mol => inferior a la que correspondería a 2 anillos bencénicos. Cada anillo no tiene 100% carácter bencénico. TEV: Hibridación de los C: sp 2 Nube de electrones π extendida en forma de 8.

38 B. ANTRACENO: Energía de resonancia: 84 kcal/mol => deslocalización de electrones menor a que si fueran 3 anillos bencénicos. TEV: Molécula planar Nube de electrones π deslocalizada

39 COMPUESTOS HETEROCÍCLICOS COMPUESTOS CON ANILLOS DE 5 MIEMBROS: FURANO TIOFENO PIRROL TEORÍA ESTRUCTURAL CLÁSICA: TEORÍA DE LA RESONANCIA

40 TEORÍA DE LOS ORBITALES MOLECULARES: Configuración del nitrógeno hibridizado: 1s 2 3sp 2 2p z 2 Configuración del carbono hibridizado: 1s 2 3sp 2 2p z 1

41 Se forman los siguientes enlaces: Cinco enlaces σ (sp 2 - sp 2 ) Cinco enlaces σ (sp 2 s) Una nube π pentacéntrico: 6 electrones

42 COMPUESTOS CON ANILLOS DE 6 MIEMBROS: PIRIDINA TEORÍA ESTRUCTURAL CLÁSICA: TEORÍA DE LA RESONANCIA

43 TEORÍA DE ENLACE DE VALENCIA: Configuración electrónica del nitrógeno hibridizado: 1s 2 3sp 2 2p z 1 Nube π hexacéntrica extendida de 6 electrones. Par de electrones sin compartir en un orbital sp 2 en lugar de estar en el p como ocurre en el pirrol.

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