Estructura y Propiedades de las Moléculas Orgánicas

Estructuras de Lewis

Electrones enlazantes. Electrones no enlazantes o pares solitarios.

Momento dipolar: Cantidad de carga eléctrica x longitud del enlace.

Los elementos con electronegatividades más altas atraen con más fuerza a los electrones.

Escritura de Lewis

1. Escribir la estructura fundamental del compuesto, uniendo los átomos entre sí. El átomo menos electronegativo suele ir al centro.
2. Contar el número total de electrones de valencia presentes. El número de electrones de valencia es igual al grupo del átomo.
3. Dibujar un enlace sencillo entre el átomo central y cada uno de los átomos que lo rodean. Completar los octetos (para el H, dueto). Los electrones que no participan del enlace, se dejan representados como pares libres.
4. Si no se cumple la regla del octeto para el átomo central, agregue dobles o triples enlaces entre este átomo y los que lo rodean (usando los pares libres de estos últimos).

Para cada átomo de una estructura de Lewis válida, se debe:

• Contar el número de electrones de valencia.
• Restar todos sus electrones no enlazantes.
• Restar la mitad de sus electrones compartidos.

Resonancia

Las estructuras resonantes se convierten una en otra debido al movimiento de los electrones. El uso de flechas curvas nos ayuda a representar dicho movimiento.

Reglas generales de la Resonancia

1. Debe ser una estructura Lewis válida.
2. Los núcleos no se pueden mover y los ángulos de enlace deben permanecer iguales. Sólo los electrones se mueven (los pares solitarios y los electrones pi son los que cambian con más frecuencia).
3. El número de electrones desapareados debe permanecer igual.
4. Se debe satisfacer la regla del octeto; pequeña separación de carga es permitida. La carga negativa va sobre el átomo más electronegativo.
5. La estabilización de resonancia es más importante cuando sirve para deslocalizar carga sobre dos o más átomos.

Orbitales

Un orbital es una región del espacio donde la probabilidad de encontrar un electrón es grande (el volumen podría contener el electrón 90-95% del tiempo).

Los orbitales 1s y 2s representan esferas centradas en el núcleo; cada orbital s puede acomodar a dos electrones.

Cada orbital 2p tiene dos lóbulos (cercanos a esferas) que se encuentran muy cercanas.

Hay 3 orbitales 2p que son perpendiculares (ortogonales) uno con otro.

Cada orbital p puede acomodar 2 electrones de un total de 6.

Los 3 orbitales p son degenerados (igual energía).

Propiedades del Carbono: Estructura de Compuestos Orgánicos

Tamaño pequeño lo que le posibilita formar enlaces dobles y triples.

Hibridación

La hibridación es la combinación de orbitales atómicos que pertenecen a la capa de valencia para formar nuevos orbitales apropiados para la descripción cualitativa de las propiedades del enlace.

Los orbitales híbridos son muy útiles para explicar la forma de los orbitales en las moléculas y por lo tanto su geometría.

La hibridación es parte integral de la teoría de enlace valencia.

Los cuatro orbitales sp³ podrían estar orientados en ángulos de 109.5° con respecto a los otros. Los orbitales sp³ del carbono originan la estructura tetraédrica del metano.

Enlace Sigma y Enlace Pi

Enlace sigma: Los enlaces son simétricos en la región transversal cuando es visto a lo largo del enlace. Todos los enlaces sigma son simples.

Etano: Formación hipotética de los orbitales moleculares enlazantes del etano, a partir de dos átomos de carbono híbridos y seis átomos de hidrógeno. Todos los enlaces son sigma. La rotación del enlace no requiere mucha energía.

Eteno: Contiene un doble enlace carbono-carbono y se encuentra entre los llamados alquenos. La geometría es trigonal; el ángulo es de 120°.

Enlace pi: Orbitales p paralelos se solapan sobre y bajo el plano del arreglo sigma. El solapamiento lateral de los orbitales p resulta en la formación de un enlace pi. Un enlace pi tiene un plano nodal pasando a través de dos núcleos enlazados y entre los lóbulos del orbital molecular pi.

Orbitales moleculares enlazantes y antienlazantes: Orbital pi es de más baja energía y contiene ambos electrones pi en el estado basal. Orbital antienlazante es de más alta energía y no se encuentra ocupado por electrones en el estado basal.

Rotación de dobles enlaces: Máximo solapamiento entre orbitales p de un enlace pi ocurre cuando los ejes de los orbitales son paralelos. Rotación de un carbono 90° rompe el enlace pi. La fuerza del enlace pi es de 264 kJ/mol, barrera rotacional. La barrera rotacional del enlace simple es de 13-26 kJ/mol.

Etino (acetileno): Hibridación sp. El orbital sp es de una combinación lineal de los orbitales de valencia s y p del átomo central. Un orbital s y p dan 2 orbitales sp (geometría lineal). El orbital híbrido sp tiene los lóbulos ambientados en un ángulo de 180° con respecto al otro. El enlace triple carbono-carbono consiste en dos enlaces pi y uno sigma. La disminución de la distancia de enlace C-H está asociada con orbitales con más carácter s.

Geometría Molecular

La distribución tridimensional de los átomos de una molécula es responsable de las propiedades físicas y químicas de ella. Los electrones de la capa de valencia se repelen y son los responsables del enlace. La geometría final es aquella que signifique menor repulsión entre electrones.

Grupos Funcionales

Es un átomo o grupo de átomos unidos de manera característica y que determinan preferentemente las propiedades del compuesto en que están presentes.

Serie homóloga: Serie de compuestos cuyos miembros difieren del siguiente en un valor constante.

Hidrocarburos: Cadena abierta (alcanos, alquenos, alquinos); cadena cerrada (cíclicos, aromáticos).