Química Orgánica QQ 214
Ing. Roque Castillo rocas.qq214@gmail.com
Consulta: Martes y Jueves 9am – 11am
Unidad I Parte B
Plataforma de la Clase
http://rocas-curla.honor.es/wchemistry/
Representaciones Moleculares
Representaciones
Moleculares
Representaciones Moleculares
Estructura de Kekulé Estructura Parcialmente Condensada
Estructura Condensada Fórmula Molecular
Representaciones Moleculares
La fórmula molecular de un compuesto simplemente muestra el número de cada tipo de átomo, e.g. C3H8O. Ninguna información estructural es provista.
Existen de hecho 3 isómeros constitucionales con la fórmula molecular C3H8O:
¿ Que son isómeros constitucionales ?
Ejercicios
a) Dibuje la estructura de Kekulé para los siguientes compuestos:
b) Identifique los dos compuestos que son isómeros constitucionales
c) El ciclopropano (mostrado) solo tiene un isómero constitucional.
Deduzcalo y dibujelo.
Estructuras Enlace - Línea
No es práctico dibujar estructuras de Lewis o de Kekulé para todos los compuestos, especialmente los más grandes.
Como ejemplo, considerar la estructura de la amoxicilina, uno de los antibióticos más comúnmente utilizados en la familia de las penicilinas:
Estructuras Enlace - Línea
Amoxicilina no es un compuesto grande, pero dibujar este compuesto requiere tiempo. Para tratar este problema, los químicos orgánicos han desarrollado un estilo eficiente que permite dibujar moléculas de forma rápida. Las estructuras enlace-línea no solo simplifican el proceso de esquematización pero también son más fáciles de leer.
Amoxicilina Penicilina G
Como leer las estructuras Enlace - Línea
Las estructuras enlace-línea se dibujan en un forma de zigzag, donde cada esquina o punto final representa un átomo de carbono.
Por ejemplo, cada uno de los siguientes compuestos tiene seis átomos de carbono. Cuentelos !!!
1
2
3
4
5
6
1
2
3 4
5
6 1
2
3
4
5 6
¿Qué tipo de isomería presentan estos compuestos?
Como leer las estructuras Enlace - Línea
Los enlaces dobles se muestran con dos líneas y los enlaces triples se muestran con tres líneas.
Es de hacer notar que los dobles enlaces se colocan en línea zigzageada, mientras que los triples enlaces se colocan en una línea recta. Recordemos que los triples enlaces tienen hibridación sp, la cual tiene geometría lineal. El siguiente compuesto tiene 8 carbonos. Cuéntelos !!
1
2
3
4 5
6
7
8
Como leer las estructuras Enlace - Línea
Los átomos de hidrógeno unidos al carbono no se muestran en las estructuras de enlace-línea de enlace, ya que es de suponer que cada átomo de carbono poseerá suficientes átomos de hidrógeno para alcanzar un total de cuatro enlaces.
Este esquema indica que solo dos enlaces más puede tener este carbono
Ejercicios
Para cada una de las moléculas, determine el números de átomos de carbono y el número de átomos de hidrógeno conectados a cada carbono.
Como dibujar estructuras enlace-línea
1. Los átomos de carbono de una cadena lineal deberán ser dibujados en forma de zigzag:
2. Cuando dibuje dobles enlaces, dibuja todos los enlaces tan apartados como sea posible:
Incorrecto
es mucho mejor que
Como dibujar estructuras enlace-línea
3. Cuando dibuje enlaces sencillos, la dirección de los mismos es irrelevante:
4. Todos los heteroátomos (átomos que no sean carbono o hidrógeno), debe ser dibujados, igualmente los hidrógenos adheridos a ellos:
es lo mismo que
es dibujado así:
El hidrógeno debe mostrarse
Como dibujar estructuras enlace-línea
3. Cuando dibuje enlaces sencillos, la dirección de los mismos es irrelevante:
4. Todos los heteroátomos (átomos que no sean carbono o hidrógeno), debe ser dibujados, igualmente los hidrógenos adheridos a ellos:
es lo mismo que
es dibujado así:
El hidrógeno debe mostrarse
5. Nunca dibuje el carbono con más de 4 enlaces.
Ejercicios
1. Dibuje el siguiente compuesto con estructura enlace-línea:
2. Dibuje los siguiente compuestos como estructuras enlace- línea:
Átomos de Carbono con Cargas Formales
Una carga formar es aquella asociada con cualquier átomo que no exhiba el número apropiado de electrones de valencia. Las cargas formales son de extrema importancia y ellas deben ser mostradas en las estructuras de enlace-línea. Una carga formal faltante se puede traducir en una estructura de enlace-línea incorrecta y por tanto, inútil.
Ejercicio : Para cada compuesto, determine si el nitrógeno debiera llevar una carga formal
ninguno ninguno
Átomos de Carbono con Cargas Formales
Hemos dicho que el carbono forma cuatro enlaces, lo cual nos permite “ver” todos los átomos de hidrógeno aún cuando no sean mostrados en las estructuras de enlace-línea.
Ahora debemos modificar la regla: Un átomo de carbono formará 4 enlaces solo cuando este no tenga carga formal.
Cuando un átomo de carbono posee una carga formal, ya sea positivo o negativo, este tendrá 3 enlaces en lugar de 4 enlaces.
Átomos de Carbono con Cargas Formales
A fin de tener una carga formal positiva, un átomo de carbono debe tener un electrón de menos. En otras palabras, solo debe tener 3 electrones de valencia. Tal carbono solo puede formar 3 enlaces.
Sin hidrógenos unidos al carbono
un hidrógeno unido al carbono
dos hidrógenos unidos al carbono
Átomos de Carbono con Cargas Formales
A fin de tener una carga formal negativa, un átomo de carbono debe tener un electrón extra. En otras palabras, debe tener 5 electrones de valencia. Dos de esos electrones formarán un par no enlazado, y los otros tres electrones serán usados para formar enlaces.
En resumen, ambos C+ y C- solo podrán tener tres enlaces. La diferencia entre ellos es la naturaleza del cuarto orbital.
Que sucede con el cuarto orbital para un carbono C+?
Que sucede con el cuarto orbital para un carbono C - ?
Identificando Pares Solitarios
En forma de convención, de ahora en delante nos referiremos a los pares de electrones no enlazados, como pares solitarios.
Para determinar la carga formal en un átomo, debemos saber cuantos pares solitarios tiene. Por el otro lado, debemos saber la carga formal a fin de determinar el número de pares solitarios de un átomo.
pudiera ser de cualquier forma
Identificando Pares Solitarios
Si se muestran los pares libres, entonces podríamos determinar la carga (dos pares solitarios significaría una carga negativa, y un par solitario significaría una carga positiva).
Alternativamente, si la carga formal fuera mostrada, entonces podríamos determinar el número de pares solitarios (una carga negativa significaría dos pares libres, y una carga positiva significaría un par solitario).
Por lo tanto, una estructura de enlace de línea, sólo será clara si contiene o bien todos los pares solitarios o la totalidad de los cargos formales. Puesto que hay normalmente muchos pares más solitarios que cargas formales en cualquier estructura particular, los químicos han adoptado la convención de siempre dibujar las cargas formales.
Identificando Pares Solitarios
Para determinar los pares solitarios, del siguiente ejemplo:
1. Determine el número apropiado de valencia de electrones para el átomo. El oxígeno pertenece al grupo 6 A y por lo tanto tiene 6 electrones de valencia.
2. Determina si el átomo realmente exhibe el número apropiado de electrones. En este caso el oxígeno, exhibe 6 + 1 = 7 electrones. Uno de los electrones es usado para el enlace C-O, lo cual deja 3 pares solitarios en el oxígeno.
Identificando Pares Solitarios
Cargas Formales del Oxígeno asociada con el número de pares solitarios
1 enlace + 3 pares solitarios 2 enlaces + 2 pares solitarios 3 enlaces + 1 par solitario Sin
carga
Identificando Pares Solitarios
Cargas Formales del Nitrógeno asociada con el número de pares solitarios
Sin carga
2 enlace2 + 2 pares solitarios 3 enlaces + 1 par solitario 4 enlaces + 0 par solitario
No tiene pares solitarios
No tiene pares solitarios
No tiene pares solitarios
Estructuras Enlace-Línea 3D
Para representar la geometría de los átomos, el método más común es una estructura de enlace de línea que incluye cuñas y guiones para indicar tridimensionalidad.
Acíclico (no es un anillo)
Cíclico (un anillo)
Biciclico (dos anillos)
En los dibujos, la cuña representa un grupo que sale del plano de la página, mientras que los guiones representan un grupo que va por detrás del plano de la página.
R E S O N A N C I A R E S O N A N C I A
Introducción a la Resonancia
Nectarina
Durazno Ciruela
Durazno Ciruela
Introducción a la Resonancia
• Las estructuras enlace-línea son inadecuadas en algunas situaciones, y un método llamado resonancia es requerido.
• Las estructuras de resonancia están separadas por flechas de doble cabeza y paréntesis rectangulares.
Estabilización de la Resonancia
El concepto de resonancia fué ilustrado usando el catión alílico como ejemplo: La carga positiva de un catión alílico es distribuida entre dos lugares. Este esparcimiento de la carga llamado deslocalización, es un factor de estabilización.
La deslocalización, ya sea de una carga positiva o una carga negativa, estabiliza la molécula. Esta estabilización es llamada con frecuencia estabilizacion por resonancia, y se dice que el catión alílico es estabilizado por resonancia.
La estabilización por resonancia juega un papel importante en el resultado de muchas reacciones.
Flechas Curvas
Las feclas curvas con herramientas necesarias para dibujar las estructuras de resonancia apropiadamente.
Cabeza Cola
Existen dos reglas para dibujar feclas curvas en estructuras de resonancia:
1. Evite romper un enlace sencillo.
2. Nunca exceda el octeto para elementos del segundo período de la tabla períodica. ( C, O, N, F)
Reglas para dibujar Flechas Curvas
1. Evite romper un enlace sencillo.
Reglas para dibujar Flechas Curvas
2. Nunca exceda el octeto para elementos del segundo período de la tabla períodica. ( C, O, N, F)
es lo mismo que
I N C O R R E C T O
Ejercicios
Por cada una de las siguientes estructuras, determine si viola alguna de las reglas de las flechas curvas:
Reglas para dibujar Flechas Curvas
2. Nunca exceda el octeto para elementos del segundo período de la tabla períodica. ( C, O, N, F)
Este átomo de carbono no tiene un octeto
C O R R E C T O
Reconocimiento de Patrones en Resonancia
Se pueden identificar moléculas que presentarán
estructuras de resonancia reconociendo los siguientes patrones:
1. Un par solitario en posición alílica
2. Una carga positiva en posición alílica
3. Un par solitario adjacente a una carga positiva.
4. Enlace pi entre dos átomos de diferente electronegatividad (C=O, C=N)
5. Sistemas conjugados de enlaces pi dentro de un anillo
1. Un par solitario en posición alílica
Posición vinílica Posición alílica No alílico
Alílico
1. Un par solitario en posición alílica
EJERCICIOS
2. Una carga positiva en posición alílica
3. Un par solitario adyacente a una carga positiva.
4. Enlace pi entre dos átomos de diferente.
[ Los sistemas de enlaces π conjugados, son sistemas compuestos de enlaces dobles y sencillos alternantes ].
Un ejemplo de estructura que presenta resonancia es aquellas que tiene sistemas de enlaces π conjugados dentro de un anillo.
benceno
5. Sistemas conjugados de enlaces pi dentro de un anillo
Importancia de las Estructuras de Resonancia
Existen 3 reglas que determinaran la importancia de las estructura de resonancia:
1. Minimizar las cargas
2. Los átomos electronegativos como el N, O, y Cl, pueden llevar carga positiva si ellos poseen el octeto de electrones.
3. Evitar estructruras de resonancia en las cuales dos carbonos adyacentes posean cargas
formales opuestas.
1. Minimizar las cargas
1. Los átomos electronegativos como el N, O, y Cl, pueden llevar carga positiva
1. Evitar carbonos adyacentes posean cargas formales opuestas.
Electrones Localizados y Deslocalizados
Pares solitarios deslocalizados – Pares solitarios que participan en estructuras de resonancia.
Electrones Localizados y Deslocalizados
Pares solitarios deslocalizados
Las reglas del númerico estérico sugerirían que el átomo de nitrógeno debería tener una hibridación sp3 piramidal triangular, pero no es correcto.
Por el contrario, el átomo de nitrógeno es realmente una hibridación sp2 planar triangular. ¿Porqué?
La resonancia aplica a sistemas que involucran a la superposición de orbitales p (hibridación sp2 y sp), que forman el “conducto” para los electrones.
Electrones Localizados y Deslocalizados
Pares solitarios localizados – Pares solitarios que participan en estructuras de resonancia.
localizado deslocalizado
Electrones Localizados y Deslocalizados
Pares solitarios localizados Par solitario
Enlace π
Electrones Localizados y Deslocalizados
Pares solitarios localizados
Donde sea que un átomo posea un enlace pi y un par solitario, no participaran los dos en resonancia.
Ejercicios
1. Dibuje todas las estructuras significantes de cada uno de los compuestos:
Ejercicios
2. El fármaco Isoniazid is usado en el tratamiento de la tuberculosis y la esclerosis múltiple. Identique cada par solitario como localizado o deslocalizado.
Justifique su respuesta.
Ecuación de Reacción
En una reacción orgánica, un compuesto orgánico se convierte en otro. Se rompen
enlaces en los reactivos y se forman nuevos enlaces en los productos.
Una ecuación de reacción describe lo que ocurre en una transformación de esta clase mostrando los reactivos y los productos.
reactivos productos
Tipos de Reacción
Reacción de Sustitución- En una reacción de sustitución, un átomo o grupo de átomos es reemplazado por otra especie.
Reacción de Eliminación – Una reacción de eliminación implica la extracción de un par de átomos o grupos de átomos de carbono adyacentes. Esto da por resultado necesariamente la formación de un enlace múltiple.
Reacción de Adición – En una reacción de adición, se adicionan átomos o grupos a los carbonos adyacentes de un enlace múltiple. Para mantener la valencia apropiada, la multiplicidad del enlace disminuye.
Reacción de Oxidación – Reducción: Reacciones en las que interviene intercambio de electrones. El compuesto que pierde electrones se oxida, mientras que el que gana los electrones se reduce.
Mecanismo de Reacción
El mecanismo de reacción es una descripción paso a paso de cómo ocurrió la reacción
química.
Intermediarios de Reacción
Especie inestable y de corta duración que se forma durante una reacción química.
Los tipos principales de intermediarios de reacción:
- Carbocatión: especie con un carbono que tiene solo tres enlaces, seis electrones de capa externa y una carga positiva.
- Carbanión : Especie con un
carbono que tiene solo tiene tres enlaces, ocho electrones de capa externa que incluyen un par no enlazante y una carga negativa.
- - Radical libre: Especie neutra con un carbono que tiene solo
tres enlaces y siete electrones de capa externa, uno de los cuales no está apareado.
Intermediarios de Reacción
Bibliografía
Bruice, P. Y. (2010). Química Orgánica (Sexta ed.). EEUU: Prentice Hall.
McMurry, J. (2008). Química Orgánica (Séptima ed.). EEUU:
Thomson.Brooks/Cole.
Solomons, G., Fryhle, C., & Snyder, S.
(2014). Química Orgánica (Undécima ed.).
EEUU: John Wiley & Sons, Inc.
