Química Orgánica Isticas Generales Orbitales Atómicos Orbitales Híbridos Geometría Ejemplos...

Química Orgánica IClase 2. Cont.

Características Generales

Orbitales

Atómicos

Orbitales

Híbridos Geometría Ejemplos

Triples

Alquinos

Enlaces C-C

Dobles

Alquenos

Sencillos

Alcanos

Longitudes de Enlace vs.

hibridaciones

sp sp2 sp3

Alquenos con geometria trigonal plana. No hay pares de e- solitarios

Grupos Carbonilos con geometria trigonal plana. Hay pares de e- solitarios

Iminas (C=N) con geometria trigonal plana. Hay pares de e- solitarios

Constituidas por:

• SÍMBOLOS ATÓMICOS: indican los elementos que forman el

compuesto

•SUBÍNDICES: indican el número de cada tipo de átomos en la

molécula

Ejemplos:

C6H8, C4H9BrO C6H12, C6H12O6 ...

No informan sobre:

•Conectividad entre átomos (enlaces)

•Distribución espacial

Formulas moleculares

(Expandidas): Se

representan todos los átomos por sus símbolos y los enlaces que

los unen por trazos

HC

CC

CC

H

H

H H

H H

CH

HC

CC

CC

H

H

H

H

C

H

H

H

C6H8

HC

CC

CO

H H

Br H

H H

H H

H

BrC

CC

OC

H H

H H

H H

H

H H

C4H9BrO

HC

CC

CO

H H

Br H

H H

H H

H

BrC

CC

OC

H H

H H

H H

H

H H

C4H9BrO

(Semiexpandidas o Semicondensadas):

Se omiten los enlaces con los hidrógenos y se indica el número de estos

con un subíndice. A veces también se omiten los enlaces sencillos C-C

CH3CHBrCH

2CH

2OH

BrCH2CH

2CH

2OCH

3

H3C-CH-CH

2-CH

2-OH

Br

Br-CH2-CH

2-CH

2-O-CH

3

: Se representan las cadenas carbonadas mediante

líneas en zig-zag en las que cada segmento representa un enlace y cada punto de

unión un átomo de carbono

Se omiten los átomos de hidrógeno unidos a carbono, pero sí se

incluyen los heteroátomos y sus hidrógenos

Los dobles y triples enlaces se representan con dos y tres segmentos

HC

CC

CC

H

H

H H

H H

CH

HC

CC

CC

H

H

H

H

C

H

H

H

C6H8

C5H12 CH3-CH

2-CH

2-CH

2-CH

3 CH3-CH

2-CH-CH

3

CH3

CH3-C-CH

3

CH3

CH3

C5H10

CH2

CH2

CH

CH2

CH3

CH2

CH2

CH2

CH

2

CH2 CH CH

CH2

CH3

CH3

CH2

CH

CH2

CH2-CH

3

Isomeros Estructurales (Constitucioanles)

C5H12O

CH3-CH

2-CH

2-CH

2-CH

2-OH CH

3-CH

2-CH

2-CH-CH

3

OH

CH3-CH

2-CH-CH

2-CH

3

OH

C3H6O C2H6O C2H4O2

CH3-C-CH

3

O

CH3-CH

2C

O

H

CH3-CH

2-OH

CH3-O-CH

3

H C

O

O-CH3

CH3

C

O

O-H

A

BD

E

EN EL PLANO

DEBAJO DEL PLANO

ENCIMA DEL PLANO

Csp3

Estereoisomeros

C C

Cl

CC

Cl

H3

H3

C C

Cl

CCl

C

H3

H3

Z (cis) E (trans)

Famila de losAlquenos

Nomenclatura de Alquenos

Aceite oleico (cis, Z),

se obtiene del aceite de oliva.Cinamaldehido (trans, E),

Olor a canela.

Configuracion Z

Los sustituyentes de rango

superior estan del mismo lado

Configuracion E

Los sustituyentes de rango

superior estan en lados opuestos

Mayor

MenorMenor

Mayor

Menor

MenorMayor

Mayor

Reglas de Cahn-Ingold-Prelog

1.- El numero atomico superior tiene preferencia sobre el inferior.

Tiene configuracion

Z

2.- Cuando dos atomos unidos al doble enlace son identicos, se

comparan los atomos unidos a ellos.

Mayor

Reglas de Cahn-Ingold-Prelog

3.- El analisis va desde el punto de union hacia afuera, comparando todos los

atomos.

Configuracion E

Mayor

Configuracion E

Configuracion Z

Alquenos. Propiedades Fisicas

Alquenos. Estabilidades Relativas

Tetrasustituidos Trisustituidos Disustituidos Monosustituidos nosustituidos

Los sustituyentes alquilicos

estabilizan al doble enlace

En general mientras mayor es la sustitucion sobre el doble enlace mayor

es la estabilidad del mismo

Alquenos. Estabilidades Relativas

Tetrasustituidos Trisustituidos Disustituidos Monosustituidos nosustituidos

Estabilizacion por Efecto Electronico o Hiperconjugacion

Alquenos. Estabilidades Relativas

Calores de combustion de los alquenos isomericos C4H8. En Kj/mol

Repulsion Van der Waals.

Efecto esterico

Disminucion del calor de combustion e incremento en la estabilidad del

doble enlace

Alquenos. Estabilidades Relativas

Cis-2,25,5-tetrametil-3-hexeno

Menos estable

Trans-2-butenoCis-2-buteno

trans-2,25,5-tetrametil-3-hexeno

Mas estable

Estabilidad Relativa de los Dienos

1,4-pentadieno 1,3-pentadieno

Dobles enlaces aislados Dobles enlaces conjugados

Estabilidad Relativa de los Dienos

Calores de hidrogenacion de alcadienos

Dienos conjugados son mas estables que los dienos aislados, debido a la

Energia de Conjugacion o Energia de Resonancia o

Deslocalizacion de los electrones π (pi) en los dienos conjugados

Dobles enlaces conjugado

Dobles enlaces asislados

Beta-springeno (sustancia aisladoa de la glandula dorsal del antilope sudafricano)

Deslocalización ConjugaciónEl color de los pigmentos dependera del número de conjugación presente en el polieno

Licopeno, pigmento rojo del tomate, y otras frutas rojas

Beta caroteno, pigmento naranja presente en la zanahoria, y otras vegetales

Deslocalización Conjugación

Mientras menor sea la diferencia

entre las energías del HOMO y

LUMO, mayor va a ser la longitud de

onda de la luz que puede ser

absorbida.

De allí que la espectroscopía de UV-

visble indica el grado de

conjugación en las moléculas.

Deslocalización Conjugación

Sistemas Aromáticos. Benceno

La conjugación y la deslocalización de los electrones en el benceno proporcionan a

este compuesto una estabilidad mayor que la del ciclohexatrieno no conjugados.

El término compuesto aromático se utiliza para describir un compuesto cíclico con

dobles enlaces conjugados y que se estabiliza por resonancia.

Estabilidad del Benceno

El benceno es150 kJ/mol (36 kcal/mol) más estable que el esperado ciclohexatrieno.

Calores de Hidrogenacion de sistemas ciclicos con C=C

Es equivalente a

rapido

Sistemas Aromáticos. Benceno

Estruturas de Kekule

Difieren en la posicion de sus

electrones pi, son formas

resonates entre si.

Derivados del benceno y su nomenclatura

Inicialmente, compuestos con aroma.

Nombre comun de algunos compuestos aromaticos

Nombrando a los compuestos aromáticos

Bencenos Monosustituidos

Nomenclatura Sistemas Aromáticos

Nomenclatura Sistemas Aromáticos Bencenos Disustituidos

Bencenos polisustituidos

Anulenos y Sistemas Aromáticos A los hidrocarburos cíclicos con dobles enlaces y enlaces sencillos alternados

se les denomina Anulenos. Por ejemplo, el benceno es un anuleno de seis

miembros, por lo que también se le denomina [6]anuleno. El ciclobutadieno es

el [4]anuleno, el ciclooctatetraeno es el [8]anuleno y así sucesivamente.

Para que un Compuesto sea Aromático debe ser:

Cíclico con dobles enlaces conjugados, ser planos para

permitir que los orbitales p se solapen y deben tener un

número (4N+2) de electrones pi (Regla de Huckel)

El ciclobutadieno y el ciclooctatetraeno no son aromáticos

Diagrama de Energía de los OM del benceno

Los seis electrones pi del benceno

ocupan los tres orbitales enlazantes,

dejando los orbitales antienlazantes

vacantes.

La Regla del Polígono predice que los diagramas de energía de los OM de estos

anulenos se asemejan a las formas poligonales de los anulenos.

Diagrama de Energía de los OM del benceno

Metodo del Poligono y Circulo.

En la Regla del Polígono se dibuja dentro de un circulo el poligono que corresponda al

anillo del compuesto a evaluar de tal modo que sus vertices se encuentren en la parte

inferior del circulo y estos corresponderan a los niveles de energia de los orbitales π del

sistema.

En un sistema cíclico conjugado, el OM de menor energía está lleno con dos electrones. Los

niveles enlazantes, superiores en energía, constan de dos OM degenerados, capaces de

albergar cuatro electrones pi (dos pares). Si una molécula tiene (4N + 2) electrones pi, tendrá

dicho nivel lleno. Si tiene 4N electrones, tendrá dos electrones desapareados uno en cada

orbital degenerado

Para que un compuesto sea aromático tiene que ser cíclico, con dobles enlaces

conjugados, plano y todos sus niveles deben estar llenos.

Los compuestos aromáticos tienen (4N + 2) electrones, mientras que los

compuestos antiaromáticos solamente tienen 4N electrones.

Origen de la regla de Hückel (4n + 2) π.

Metodo del Poligono y Circulo

Solamente el benceno tiene todos los OM enlazantes llenos y de alli

que solo este sea aromatico.

El ciclooctatetraeno, no aromatico

6 e- π

(4n + 2 = 6 , n = 1)

Aromático

8 e- π

(No cumple 4n + 2 )

Antiaromático

10 e- π

(4n + 2 = 10, n = 2)

No Aromático

4 e- π

(No cumples 4n + 2 )

Antiaromático

Aromaticidad Regla de Hückel (4n + 2)

electrones π

Aromaticidad Regla de Hückel (4n + 2)

electrones pi

[10] anuleno no es aromatico.

En el isomero todo cis (2), la

molecula no es plana debido a la

alta tension angular. Y en la

trans-trans (3) existe Fuerzas de

repulsion entre los hirogenos

internos rompiendo su

planaridad.

Aromaticidad Regla de Hückel 4n + 2

HH H H

cicloheptatrieno

- H-H

anión catión

HH H H

cicloheptatrieno

- H-H

anión catión

E

anión catiónneutra

(A) (B) (C)

E

anión catiónneutra

(A) (B) (C)

E

anión catiónneutra

(A) (B) (C)

E

anión catiónneutra

(A) (B) (C)

Cumplen con la regla de Hückel

aromático

Iones del ciclopentadienilo.

Heterociclos Aromáticos

La piridina tiene seis electrones deslocalizados en su sistema pi cíclico.

Los dos electrones no enlazantes del nitrógeno están en su orbital sp2 y no

interaccionan con los electrones pi del anillo.

Heterociclos Aromáticos

Heterociclos Aromáticos

Anillos de pirimidina e imidazol Importancia en la química de la biología

Pirrol, furano y tiofeno.El pirrol, el furano y el tiofeno son isoelectrónicos. En el furano y en el tiofeno, el enlace N-H del pirrol es reemplazado por un par de electrones no enlazantes que se aloja en el orbital híbrido sp2 del oxígeno o del azufre, respectivamente.

Todas estas especies son aromáticas.

Compuestos PolicíclicosAromáticos

A medida que el número de anillos fusionados aumenta, la energía de resonancia por anillo decrece, por lo que los compuestos son más reactivos

El antraceno y el fenantreno pueden experimentar reacciones que son más características de unidades de polienos no aromáticos

Compuestos Policíclicos Aromáticos

El benzo[a]pireno, uno de los carcinógenos más estudiados, se forma cuando los compuestos orgánicos experimentan una combustión incompleta.

1.- Las estructuras resonantes sólo suponen movimiento de electrones (no

de átomos) hacia posiciones (átomo o enlace) adyacentes.

Reglas de Resonancia

2.-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.

3.- Entre mayor es el número de enlaces covalentes en una estructura

contribuyente , menor será su contenido de energía y mayor sera su

contribucion.

C

H

H C

H

HC

H

H C

H

H

V VI

Estructura que mejor

representa al eteno

3.-Las estructuras más importantes son aquellas que supongan la mínima separaciónde carga o aquella donde no hay formacion de carga.

4.-En los casos en que una estructura de Lewis con octetos completos no puederepresentarse sin separación de cargas, la estructura más importante será aquella enla que la carga negativa se sitúa sobre el átomo más electronegativo y la cargapositiva en el más electropositivo.

5.- Todas las formas canónicas deben tener igual número de electrones apareados yla misma carga neta.

C C C C

H

H

H H

H

H

C

H

H C C

H H H

HC etc.

1,3-butadieno

CH3 CH NH NHCHCH3 NHCHCH3

IX X XIimina del acetaldehído

6.- La DESLOCALIZACION de electrones ESTABILIZA LA MOLECULAS. Una molecula

con electrones deslocalizados es mucho mas estable que cualquiera de las estructuras de

Lewis por separado. El grado de estabilizacion es mayor mientras mayor sea las

estructuras igualmente contribuyebtes de Lewis.