ESTRUCTURADR. CARLOS ANTONIO RIUS ALONSODEPTO. QUIMICA ORGANICAFACULTAD DE QUIMICAUNAMAGOSTO 2007Quimica Orgnica

Diagrama de la densidad electrnica del orbital atmico 1sLa densidad electrnica es ms alta cerca del ncleo y disminuye exponencialmente al aumentar la distancia al ncleo en cualquier direccin.

Diagrama de la densidad electrnica del orbital atmica 2s.Los orbitales 2s tienen una pequea regin de densidad electrnica elevada prxima al ncleo, pero la mayor parte de la densidad electrnica est alejada del ncleo, ms all del nodo o regin de densidad electrnica cero.

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

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

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 tomo de nitrgeno de la metilamina y hay dos pares solitarios en el tomo del oxgeno del etanol. Los tomos de los halgenos 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 qumicos orgnicos a menudo no muestran los pares solitarios de electrones para ahorrar tiempo.

Estructura de Lewis de compuestos con enlaces dobles y triples.Los ejemplos siguientes muestran compuestos orgnicos con dobles enlaces. En cada caso, se comparten cuatro electrones (dos pares) entre dos tomos para formar octetos. Se utiliza una doble lnea (=) para simbolizar el doble enlace.Los tomos pueden compartir ms de un par de electrones con objeto de completar su octeto. La comparticin de dos pares de electrones se denomina enlace doble y se representa mediante dos lneas en la frmula desarrollada.

Modelos de enlace para el carbono, el nitrgeno, el oxgeno, el hidrgeno y los halgenos.El carbono es tetravalente, el nitrgeno trivalente y el oxgeno divalente. Tanto el hidrgeno como los halgenos son monovalentes, pero mientras que el hidrgeno cumple la regla del dueto, los halgenos 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 nitrgeno normalmente tendr tres enlaces y un par solitario de electrones (trivalente), mientras que el oxgeno forma dos enlaces y tiene dos pares solitarios de electrones (divalente). El hidrgeno cumple la regla del dueto, por lo que solamente formar un enlace (monovalente). Los halgenos forman solamente un enlace y tienen tres pares solitarios de electrones.

Escala de electronegatividad de Pauling.La electronegatividad es una gua para predecir la naturaleza polar de los enlaces y la direccin del momento dipolar. Cuanto ms electronegativo sea el tomo, ms "arrastrarn" los tomos a los electrones enlazantes hacia ellos. El elemento ms electronegativo de la tabla peridica es el flor, con un valor de electronegatividad de Pauling de 4,0. Aunque el carbono tiene una electronegatividad ligeramente ms elevada que el hidrgeno, un enlace C-H se considera no polar a efectos prcticos.

Modelos de enlace ms frecuentes en qumica orgnica.

Formas resonantes para el in [H2CNH2]+.Algunas de las estructuras de los compuestos no es adecuado representarlas mediante una sola estructura de Lewis. Cuando son posibles dos o ms estructuras de enlace de valencia, que difieren slo en la colocacin de los electrones, la molcula suele mostrar caractersticas 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 molcula real se dice que corresponde a un hbrido de resonancia de sus formas resonantes.

Formas resonantes para el in acetato.Por ejemplo, la acidez del cido actico se incrementa por efecto de la resonancia. Cuando el cido actico pierde un protn, el in acetato resultante tiene una carga negativa deslocalizada sobre los dos tomos de oxgeno. Cada tomo de oxgeno posee la mitad de la carga negativa y su deslocalizacin estabiliza el in. Cada uno de los enlaces carbono-oxgeno 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 cido actico para producir el in acetato. La resonancia puede estabilizar el in acetato. La carga negativa se deslocaliza sobre los tomos O-C-O en dos formas resonantes equivalentes. La forma resonante verdadera es un hbrido entre ambas estructuras.

Contribuyentes de resonancia mayor y menor para el formaldehdo.No todas las formas resonantes son equivalentes. El contribuyente de resonancia mayor tiene todos los octetos completos y no tiene una separacin de cargas en sus tomos. El formaldehdo 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 oxgeno. Esta estructura es una forma resonante menor.

Frmulas estructurales condensadas.Las frmulas estructurales condensadas se representan sin mostrar todos los enlaces individuales en la molcula. Si un grupo se repite se puede encerrar con un parntesis y un subndice puede especificar las veces que se repite la unidad.

Frmulas condensadas para compuestos con enlaces dobles y triples.En las frmulas condensadas los enlaces dobles y triples se representan igual que en las estructuras de Lewis mostrando dos lneas para un enlace doble y tres lneas para un enlace triple

Representaciones lineoangulares.La frmula lineoangular (tambin llamada estructura esqueltica o de barras) es una forma breve de representar los compuestos orgnicos. Los enlaces entre los tomos de carbono estn representados por lneas. Los tomos de carbono vienen dados por el punto del principio o final de la lnea y por los puntos de encuentro de las lneas. Los tomos de nitrgeno, de oxgeno y los halgenos se escriben con su smbolo, pero los tomos de hidrgeno no se simbolizan a no ser que vayan unidos a elementos que se han simbolizado

Disociacin de cidos en agua.La teora Arrhenius, que se desarroll al final del siglo diecinueve, ayud a proporcionar un mejor entendimiento de los cidos y las bases. Los cidos se definan como sustancias que se disocian en el agua para formar iones H3O+. Se asumi que los cidos ms fuertes, tales como el cido sulfrico (H2SO4), se disociaban mucho ms que los cidos dbiles, tales como el cido actico (CH3COOH).

cidos y bases de Brnsted-Lowry.Los cidos son capaces de ceder protones a las bases. Cuando una base acepta un protn, se convierte en un cido capaz de devolver ese protn. Cuando un cido cede un protn, se convierte en una base capaz de aceptar de nuevo ese protn.

Fuerza relativa de algunos cidos inorgnicos y orgnicos frecuentes, y sus bases conjugadas.Si se conoce el valor de pKa de algunos compuestos orgnicos frecuentes, nos ayudar a comprender los mecanismos de captulos futuros. Cuanto ms bajo es el valor de pKa, ms fuerte es el cido y cuanto ms elevado es el valor de pKa, ms fuerte es la base conjugada.

Efectos estructurales en la acidez.

Efecto de la estabilizacin por resonancia sobre la fuerza cida de algunos compuestos orgnicos frecuentes.Estabilizacin por resonancia. La carga negativa de una base conjugada puede estar deslocalizada entre dos o ms tomos, y estabilizada por resonancia. Dependiendo de la electronegatividad que tengan esos tomos y de cmo se comparta esa carga, la deslocalizacin por resonancia con frecuencia es el efecto dominante en la estabilizacin de un anin. Observe las bases conjugadas siguientes. El etxido tiene una carga negativa localizada en un tomo de oxgeno; el in acetato tiene una carga negativa compartida por dos tomos de oxgeno y el in metanosulfonato tiene una carga negativa extendida sobre tres tomos de oxgeno. Los cidos conjugados de esos aniones muestran que los cidos son ms fuertes si su desprotonacin da lugar a bases conjugadas estabilizadas por resonancia.

Formacin de enlaces entre un nuclefilo y un electrfilo.Las definiciones cido-base de Lewis incluyen reacciones que no tienen relacin con los protones que se consideran como reacciones cido-base. A continuacin se muestran algunos ejemplos de reacciones cido-base de Lewis. Observe que los cidos y las bases de Brnsted-Lowry tambin estn incluidos dentro de la definicin de Lewis, siendo el protn un electrfilo. Las flechas curvadas se usan para mostrar el movimiento de los electrones, generalmente desde el nuclefilo al electrfilo.