1. Concepto de Química Orgánica. Introducción histórica.
2. Estructuras de Lewis. Estructuras resonantes.3. Geometría de las moléculas. 4. Representaciones de las moléculas orgánicas
y modelos moleculares.
Lección 1: GENERALIDADES
La Química Orgánica es la parte de
la química que estudia
los Compuestos de Carbono
El estudio de los compuestos de carbono comprende distintas facetas, son importantes:
APLICACIONES
Desarrollo industrial,
bilógico, médico...
SÍNTESIS
Diseño de métodos
eficientes
REACTIVIDAD
Mecanismos de
reacción
ESTRUCTURA
Técnicas de elucidación
estructural
Carbono6
C12.0107(8)
2º Periodo, Grupo 14
Los átomos de carbono tienen la capacidad única de unirse entre
sí mediante enlaces fuertes formando largas cadenas y anillos
Importancia de la Química Orgánica
• Más del 95% de las sustancias químicas conocidas son compuestos del carbono.
• Todos los compuestos responsables de la vida (ácidos nucleicos, proteínas, enzimas, hormonas, azúcares, lípidos, vitaminas, etc.) son sustancias orgánicas.
• La industria química (fármacos, polímeros, pesticidas, herbicidas, etc.) juega un papel muy importante en la economía mundial e incide en muchos aspectos de nuestra vida diaria con sus productos.
• El progreso de la Química Orgánica permite profundizar en el esclarecimiento de los procesos vitales.
Lo que hoy entendemos por el término Química Orgánica no se comprendía
como tal hace simplemente un poco más de 100 años. Los hitos más
importantes en la forja de esta disciplina, sin ánimo de ser exahustivo, son
los siguientes:
Finales del XVIII (Lavoisier)El enigma de la Química Orgánica: La fuerza vital (Berzelius). Se observa que los compuestos orgánicos están formados por un número muy limitado de elementos. Principios del XIX (Avogadro)Se intuyen ciertos visos de ordenamiento estructural. Se establece la ley de proporciones múltiples. 1820’sSíntesis de la urea: se tiende el puente entre la Química Inorgánica y la Orgánica (F. Wöhler). Se mejora la precisión del análisis elemental (Liebig). Se produce una complicación insospechada: la isomería (Liebig). 1830’sLos radicales orgánicos como un principio de ordenación. El descubrimiento y la profusión de los radicales orgánicos.
Química Orgánica. Desarrollo histórico 1
1840’s-1850’sOrdenación por tipos de compuestos. La unificación de radicales y tipos. 1850’sEstructura interna de los radicales: la tetravalencia del carbono y su capacidad para formar cadenas (Kekulé y Couper). 1860’sPrimeras formulaciones modernas. 1870’sEstructura tetraédrica del carbono: isomería optica (Pasteur y van’t Hoff ). 1880’sEstructura hexagonal del benceno. 1930’s-1940’sPlanteamiento de la Teoría de la Resonancia. Desarrollo de la Espectroscopía de rayos X. Desarrollo de la Espectrometría de masas. 1950’sAnálisis conformacional: estereoquímica del ciclohexano (D. Barton).Descubrimiento de la Resonancia Magnética Nuclear.
Química Orgánica. Desarrollo histórico 2
Estructuras de Lewis de enlaces simples
Estructuras de Lewis de enlaces múltiples
Escala de electronegatividades de PaulingEscala de electronegatividades de Pauling
•1.411.411.411.41•CCCC----FFFF
•0.740.740.740.74•CCCC----OOOO
•2.382.382.382.38•C=OC=OC=OC=O•0.220.220.220.22•CCCC----NNNN
•1.191.191.191.19•CCCC----IIII•1.511.511.511.51•HHHH----OOOO
•1.381.381.381.38•CCCC----BrBrBrBr•1.311.311.311.31•HHHH----NNNN
•1.461.461.461.46•CCCC----ClClClCl•0.400.400.400.40•HHHH----CCCC
•(D)(D)(D)(D)•EnlaceEnlaceEnlaceEnlace•(D)(D)(D)(D)•EnlaceEnlaceEnlaceEnlace
e )d )c )b )a ) Acetonaµ =1.85 D
Tetraclorurode carbono µ =0
Clorometanoµ =1.85 D
Amoníacoµ =1.46 D
Aguaµ =1.85 D
µ netoµ netoµ neto
HN
HH
CCH3H3C
OC
HH
H
Cl
CCl
ClCl
Cl
H
O
H
µ neto
Momentos de enlace y momento dipolar neto para varias moléculas sencillas
Enlace covalente polar
Tabla. Momentos Dipolares de enlaces seleccionados
Ejemplo:
La carga formal
Se sabe que en el nitrometano los oxígenos distan por igual (1.2 Å) del nitrógeno.¿Cómo puede explicarse este hecho con fórmulas de Lewis?
Híbridos de resonancia
Enlaces covalentes deslocalizados. Estructuras resonantes
Las moléculas con orbitales de enlace no restringidos a 2 núcleos requieren más de una estructura de Lewis para poderse representar adecuadamente
Hay tres tipos de estructuras que poseen deslocalización:
1. Moléculas con dobles y/o triples enlaces conjugados
Ej: buta-1,3-dieno
2. Moléculas que poseen 1 doble (o triple enlace) conjugado con un
orbital “p” de un átomo adyacente. Este orbital “p” puede contener 2, 1 ó ningún electrón. Caso más frecuente: el orbital “p” contiene un par de electrones no compartidos
Ej: cloroetileno; ion acetato
3. Moléculas con hiperconjugación (afecta a electrones σ) (lecciones 8 y 10).
Estructuras resonantes
Resonancia. Ejemplos
(contribuyente mayor)
Estructuras resonantes
Buta-1,3-dieno
Ion acetato
Cloroetileno
Representación combinada (híbrido de resonancia)
(contribuyente mayor) (contribuyente menor)
H2C CH CH CH2 H2C CH CH CH2H2C CH CH CH2
H2C CH Cl H2C CH Cl CH Clδ+
H2Cδ−
Reglas de resonancia
1.- Las estructuras resonantes sólo suponen movimiento de electrones (no de átomos) hacia posiciones (átomo o enlace) adyacentes.
2.- Todas las formas canónicas deben tener igual número de electrones desapareados.
3.-Las estructuras resonantes en la que todos los átomos del 2º período poseen octetos completos son más importantes (contribuyen más alhíbrido de resonancia) que las estructuras que tienen los octetos incompletos.
4.-Las estructuras más importantes son aquellas que supongan la mínima separación de carga.
5.-En los casos en que una estructura de Lewis con octetos completos no puede representarse sin separación de cargas, la estructura más importante será aquella en la que la carga negativa se sitúa sobre el átomo más electronegativo y la carga positiva en el más electropositivo.
Reglas de resonancia
Orbitales híbridos sp3
ALCANOS. Estructura
Metano
Etano
Longitud C-C 1.53 Å
Longitud C-H 1.09 Å
Orbitales híbridos sp2
ALQUENOS. Estructura
Etileno
Longitud C=C 1.32 Å
Longitud C-H 1.08 Å
Orbitales híbridos sp
ALQUINOS. Estructura
Acetileno
Longitud CΞC 1.20 Å
Longitud C-H 1.06 Å