Quimica Orgánica

1. Quimica Orgánica Estructura DR. CARLOS ANTONIO RIUS ALONSO DEPTO. QUIMICA ORGANICA FACULTAD DE QUIMICA UNAM AGOSTO 2007

2. Diagrama de la densidad electrónica del orbital atómico 1s La densidad electrónica es más alta cerca del núcleo y disminuye exponencialmente al aumentar la distancia al núcleo en cualquier dirección.

3. Diagrama de la densidad electrónica del orbital atómica 2s. Los orbitales 2s tienen una pequeña región de densidad electrónica elevada próxima al núcleo, pero la mayor parte de la densidad electrónica está alejada del núcleo, más allá del nodo o región de densidad electrónica cero.

4. Representaciones de los orbitales 2p y su diagrama de la densidad electrónica. Hay tres orbitales 2p, orientados unos con respecto a los otros perpendicularmente. Se nombran según su orientación a lo largo del eje x, y o z.

5. Estructura de Lewis y estructura desarrollada del metano. Mientras que en las estructuras de Lewis un enlace se representa con dos puntos, en la fórmula desarrollada se representa con una línea. Cada línea cuenta con dos electrones, por lo que un enlace sencillo es una línea (2 electrones), un enlace doble se representa mediante dos líneas (4 electrones) y un enlace triple a través de tres líneas (6 electrones).

6. Estructuras de Lewis de compuestos con pares solitarios de electrones. Tal y como muestran las siguientes estructuras, existe un par solitario de electrones en el átomo de nitrógeno de la metilamina y hay dos pares solitarios en el átomo del oxígeno del etanol. Los átomos de los halógenos normalmente tienen tres pares solitarios, como se muestra en la estructura del clorometano. Una estructura de Lewis correcta debe mostrar todos los pares de electrones, enlazantes y no enlazantes. Los químicos orgánicos a menudo no muestran los pares solitarios de electrones para ahorrar tiempo.

7. Estructura de Lewis de compuestos con enlaces dobles y triples. Los ejemplos siguientes muestran compuestos orgánicos con dobles enlaces. En cada caso, se comparten cuatro electrones (dos pares) entre dos átomos para formar octetos. Se utiliza una doble línea (=) para simbolizar el doble enlace. Los átomos pueden compartir más de un par de electrones con objeto de completar su octeto. La compartición de dos pares de electrones se denomina enlace doble y se representa mediante dos líneas en la fórmula desarrollada.

8. Modelos de enlace para el carbono, el nitrógeno, el oxígeno, el hidrógeno y los halógenos. El carbono es tetravalente, el nitrógeno trivalente y el oxígeno divalente. Tanto el hidrógeno como los halógenos son monovalentes, pero mientras que el hidrógeno cumple la regla del dueto, los halógenos tienen un octeto completo con tres pares solitarios de electrones alrededor de ellos. El carbono necesita formar cuatro enlaces para completar su octeto, por lo que se refiere como tetravalente. El nitrógeno normalmente tendrá tres enlaces y un par solitario de electrones (trivalente), mientras que el oxígeno forma dos enlaces y tiene dos pares solitarios de electrones (divalente). El hidrógeno cumple la regla del dueto, por lo que solamente formará un enlace (monovalente). Los halógenos forman solamente un enlace y tienen tres pares solitarios de electrones.

9. Escala de electronegatividad de Pauling. La electronegatividad es una guía para predecir la naturaleza polar de los enlaces y la dirección del momento dipolar. Cuanto más electronegativo sea el átomo, más "arrastrarán" los átomos a los electrones enlazantes hacia ellos. El elemento más electronegativo de la tabla periódica es el flúor, con un valor de electronegatividad de Pauling de 4,0. Aunque el carbono tiene una electronegatividad ligeramente más elevada que el hidrógeno, un enlace C-H se considera no polar a efectos prácticos.

10. Modelos de enlace más frecuentes en química orgánica.

11. Formas resonantes para el ión [H2CNH2]+. Algunas de las estructuras de los compuestos no es adecuado representarlas mediante una sola estructura de Lewis. Cuando son posibles dos o más estructuras de enlace de valencia, que difieren sólo en la colocación de los electrones, la molécula suele mostrar características de las dos estructuras. A estas estructuras diferentes se las conoce como estructuras de resonancia o formas resonantes, ya que no son compuestos diferentes, sino formas diferentes de representar el mismo compuesto. La molécula real se dice que corresponde a un híbrido de resonancia de sus formas resonantes.

12. Formas resonantes para el ión acetato. Por ejemplo, la acidez del ácido acético se incrementa por efecto de la resonancia. Cuando el ácido acético pierde un protón, el ión acetato resultante tiene una carga negativa deslocalizada sobre los dos átomos de oxígeno. Cada átomo de oxígeno posee la mitad de la carga negativa y su deslocalización estabiliza el ión. Cada uno de los enlaces carbono-oxígeno es intermedio entre un enlace doble y un enlace sencillo, por lo que se dice que su orden de enlace es de 1 1/2. El agua puede desprotonar el ácido acético para producir el ión acetato. La resonancia puede estabilizar el ión acetato. La carga negativa se deslocaliza sobre los átomos O-C-O en dos formas resonantes equivalentes. La forma resonante verdadera es un híbrido entre ambas estructuras.

13. Contribuyentes de resonancia mayor y menor para el formaldehído. No todas las formas resonantes son equivalentes. El contribuyente de resonancia mayor tiene todos los octetos completos y no tiene una separación de cargas en sus átomos. El formaldehído tiene dos formas resonantes, una de ellas es muy polar, con una carga positiva parcial en el carbono y una carga negativa parcial en el oxígeno. Esta estructura es una forma resonante menor.

14. Fórmulas estructurales condensadas. Las fórmulas estructurales condensadas se representan sin mostrar todos los enlaces individuales en la molécula. Si un grupo se repite se puede encerrar con un paréntesis y un subíndice puede especificar las veces que se repite la unidad.

15. Fórmulas condensadas para compuestos con enlaces dobles y triples. En las fórmulas condensadas los enlaces dobles y triples se representan igual que en las estructuras de Lewis mostrando dos líneas para un enlace doble y tres líneas para un enlace triple

16. Representaciones lineoangulares. La fórmula lineoangular (también llamada estructura esquelética o de barras) es una forma breve de representar los compuestos orgánicos. Los enlaces entre los átomos de carbono están representados por líneas. Los átomos de carbono vienen dados por el punto del principio o final de la línea y por los puntos de encuentro de las líneas. Los átomos de nitrógeno, de oxígeno y los halógenos se escriben con su símbolo, pero los átomos de hidrógeno no se simbolizan a no ser que vayan unidos a elementos que se han simbolizado

17. Disociación de ácidos en agua. La teoría Arrhenius, que se desarrolló al final del siglo diecinueve, ayudó a proporcionar un mejor entendimiento de los ácidos y las bases. Los ácidos se definían como sustancias que se disocian en el agua para formar iones H3O+. Se asumió que los ácidos más fuertes, tales como el ácido sulfúrico (H2SO4), se disociaban mucho más que los ácidos débiles, tales como el ácido acético (CH3COOH).

18. Ácidos y bases de Brönsted-Lowry.   Los ácidos son capaces de ceder protones a las bases. Cuando una base acepta un protón, se convierte en un ácido capaz de devolver ese protón. Cuando un ácido cede un protón, se convierte en una base capaz de aceptar de nuevo ese protón. 

19. Fuerza relativa de algunos ácidos inorgánicos y orgánicos frecuentes, y sus bases conjugadas. Si se conoce el valor de pKa de algunos compuestos orgánicos frecuentes, nos ayudará a comprender los mecanismos de capítulos futuros. Cuanto más bajo es el valor de pKa, más fuerte es el ácido y cuanto más elevado es el valor de pKa, más fuerte es la base conjugada.

20. Efectos estructurales en la acidez.

21. Efecto de la estabilización por resonancia sobre la fuerza ácida de algunos compuestos orgánicos frecuentes. Estabilización por resonancia. La carga negativa de una base conjugada puede estar deslocalizada entre dos o más átomos, y estabilizada por resonancia. Dependiendo de la electronegatividad que tengan esos átomos y de cómo se comparta esa carga, la deslocalización por resonancia con frecuencia es el efecto dominante en la estabilización de un anión. Observe las bases conjugadas siguientes. El etóxido tiene una carga negativa localizada en un átomo de oxígeno; el ión acetato tiene una carga negativa compartida por dos átomos de oxígeno y el ión metanosulfonato tiene una carga negativa extendida sobre tres átomos de oxígeno. Los ácidos conjugados de esos aniones muestran que los ácidos son más fuertes si su desprotonación da lugar a bases conjugadas estabilizadas por resonancia.

22. Formación de enlaces entre un nucleófilo y un electrófilo. Las definiciones ácido-base de Lewis incluyen reacciones que no tienen relación con los protones que se consideran como reacciones ácido-base. A continuación se muestran algunos ejemplos de reacciones ácido-base de Lewis. Observe que los ácidos y las bases de Brönsted-Lowry también están incluidos dentro de la definición de Lewis, siendo el protón un electrófilo. Las flechas curvadas se usan para mostrar el movimiento de los electrones, generalmente desde el nucleófilo al electrófilo.