Estructura y Propiedad de Molécula

Estructura y Propiedades de las Molculas

Orgnicas

1. Formacin del enlace en los principales tomos orgnicos

2. Modelos de enlace ms frecuentes

3. Geometra molecular

Teora de Hibridacin

Orbitales sp3, sp2 y sp del tomo de carbono

Reglas generales de la hibridacin y de la geometra

4. Isomera

5. Atracciones y repulsiones intermoleculares

Fuerzas dipolo-dipolo permanente

Fuerzas de Van der Waals

Enlace puente de hidrgeno

6. Efecto de la polaridad en la solubilidad

Lecturas sugeridas (Wade): 2.1-2.12

Estructura Molecular

Fundamento de la qumica orgnica:

1. Qu tomos (adems del carbono) son importantes?

2. Cmo estn enlazados stos tomos?

http://www.chem.ox.ac.uk/it/chemfun.html

Estructura Molecular

Fundamento de la bioqumica

http://www.molmovdb.org/cgi-bin/morph-big.cgi?mid_=953838-30137

Formacin de Enlaces en los

Principales tomos Orgnicos

Cada tomo tiene un nmero limitado de posibilidades de satisfacer el octeto:

1. Electrones enlazantes (electrones compartidos entre dos tomos).

a. Enlace sencillo (un par de electrones compartido)

b. Enlace doble (dos pares de electrones compartidos)

c. Triple enlace (tres pares de electrones compartidos)

2. Electrones no enlazantes (pares de electrones sin compartir localizados

sobre el tomo).

(H es una excepcin a la regla del octeto, posee un solo electrn)

Regin de densidad electrnica: regin de elevada densidad electrnica en la

capa de valencia (electrones enlazantes y

no enlazantes).

Modelos de Enlace Frecuentes: Carga formal 0

H

F

H

C

N

O

F

O O

N N N

C C C C

4 3 2 1 0

# regiones de elevada densidad electrnica

Modelos de Enlace Frecuentes: Carga formal +1

H

C

N

O

F

4 3 2 1 0


F F

C C

N N N N

O O O

H

Modelos de Enlace Frecuentes: Carga formal -1

H

C

N

O

F

4 3 2 1 0


C C C

H

O

N N

F

Geometra Molecular Teora de Repulsin de Pares de Electrones de la Capa

Valencia (TRPECV)

Los electrones se repelen unos con otros!

Por tanto, pares de electrones no compartidos y enlazantes

desean estar lo ms distante posible.

2 regiones de e-

Linear (180o)

3 regiones de e-

Trigonal Plana (120o)

4 regiones de e-

Tetraedral (109.5o)

C C HH

180o

C C

H

H

H

H

120o H

CH H

H

109.5o

X

X

X

X

X

Orbitales Atmicos y Angulos de Enlace

Cmo se explica este desacuerdo geomtrico?

Pero la densidad e- en los orbitales atmicos p de los tomos est

distribuida ortogonalmente todos los ngulos en todas las

molculas deberan ser de 90o!

2 regiones

X

180o

linear

120o

3 regiones

trigonal

plana

109.5o

4 regiones

tetradrica

Teora TRPECV: # de regiones de elevada densidad electrnica al rededor

de un tomo determina su geometra electrnica y molecular.

El Enlace en el Metano H

CH H

HC

H

H

H

H C forma 4 enlaces

con el H

La configuracin electrnica

del C muestra solamente 2

lugares donde se puede

formar enlace

pero . . .

1) Cmo el carbono forma 4 enlaces?

2) Con ngulos de 109.5o?

Metano

c

4 x H

2s 2p

1s

+

Enlace Qumico: Qu Conocemos?

TEORIA DE ENLACE DE LEWIS: los tomos transfieren o comparten electrones para completar ocho electrones en su

capa ms externa, configuracin de gas noble (el tomo de

de carbono desea formar cuatro enlaces para completar su

octeto).

TEORIA DEL ORBITAL MOLECULAR: orbitales atmicos de diferentes tomos se combinan para formar orbitales

moleculares enlazantes estables.

TEORIA TRPECV: repulsiones electrnicas favorecen diferentes geometras.

TEORIA DEL ENLACE DE VALENCIA: orbitales atmicos se sobreponen para formar enlaces.


TEORIA DE ENLACE DE LEWIS

TEORIA DEL ORBITAL MOLECULAR

TEORIA RPECV

TEORIA DEL ENLACE DE VALENCIA

Combinacin y racionalizacin

de las diferentes teoras para

dar origen a una teora ms

avanzada (Linus Pauling

1930).


http://www.mhhe.com/physsci/chemistry/essentialchemistry

(Ir a student resourcesflash animation chapter 10)

Esta teora se basa en la premisa de que los orbitales atmicos

en un mismo tomo pueden combinarse para formar orbitales

atmicos hbridos.

TEORA DE HIBRIDACIN

Orbital hbrido

Orbital hbrido

Esta teora se basa en la premisa de que los orbitales atmicos

en un mismo tomo pueden combinarse para formar orbitales

atmicos hbridos.

Hibridacin sp3 de los Orbitales Atmicos del

Carbono

+

+ +

4 orbitales atmicos se combinan

(2s + 2px + 2py + 2pz)

4 orbitales atmicos hbridos

(4 orbitales sp3)

Densidad electrnica orientada

hacia los vrtices de un

tetraedro (mnima repulsin e-)

C 2s 2p 4 sp3

109.5o

Hibridacin

orbital atmico 2s

orbital 2px orbital 2py orbital 2pz

Enlace con Orbitales Hbridos sp3

H

CH H

HC

H

H

H

H

Metano

C C

H

H

H

H

H

H

C

H

HH H

C

HH

Etano

s-sp3 enlace s sp3-sp3 enlace s

Hibridacin sp2 de los Orbitales Atmicos del

Carbono


{2s + 2px + 2pz } + py 3 sp2 orbitales hbridos

+ 1 py

densidad electrnica sp2

distribuida hacia los vrtices de

un tringulo

C 2s 2p p 3 sp2

+

120o

Hibridacin

2s 2p

orbital atmico 2s

orbital 2px orbital 2pz orbital 2py

+

puro

Enlace con Orbitales Hbridos sp2

C C

H

H

H

H

Etileno

enlace

sobreposicin de orbitales sp2-sp2

forma enlace s

sobreposicin lateral de

orbitales p puros forma

el enlace

enlace s

3 sp2 + 1 py

/2

/2

Hibridacin sp de los Orbitales Atmicos del

Carbono


{2s + 2px}, 2py, 2pz

2 orbitales hbridos sp

+ 1 py + 1 pz

densidad electrnica

sp distribuida

linearmente

C 2s 2p p sp

+

X

180o

Hibridacin

orbital 2s

+

orbital 2px

orbital 2pz

orbital 2py

puro

puro

Enlace con Orbitales Hbridos sp

C C HH

Acetileno

sp-sp enlace s

pz-pz enlace

Enlace triple = enlace sigma (s) + 2 enlaces pi ()

py-py enlace

2 sp + 1 py + 1 pz

/2

/2

Hibridacin con Atomos Diferentes a Carbono

C O

H

H

HH

C NH3C

H N

H

H

C O

H

H

/2

/2

/2

/2

sp2

Resumen Teora de Hibridacin Mejor sobreposicin

Orientacin espacial

Minimiza repulsiones electrn-electrn (TRPECV)

Determinando el Tipo de Hibridacin

Nmero de

orbitales

hbridos

=

Nmero de

enlaces sigma (s)

que presenta

el tomo

+

Nmero de

pares de electrones

no compartidos

sobre el tomo

Cmo podemos determinar el tipo de hibridacin que presenta un tomo?

Cuente el NMERO DE ORBITALES HBRIDOS que tiene el tomo!

Reglas Generales de la Hibridacin y la

Geometra Molecular

Los electrones enlazantes sigma y los pares no enlazantes siempre ocupan orbitales hbridos.

Use la hibridacin y geometra que de la mayor separacin posible del nmero calculado de enlaces y pares no enlazantes.

Si dos o tres pares de electrones forman un enlace mltiple entre dos tomos, el primer enlace es uno sigma formado por la sobreposicin

frontal de dos orbitales hbridos. El segundo enlace es un enlace pi,

constituido por dos lbulos situados por encima y por debajo del plano

del enlace sigma, formado por sobreposicin lateral de dos orbitales

p puros. El tercer enlace de un triple enlace, es otro enlace pi,

perpendicular al primer enlace pi.

Asignacin del Tipo de Hibridacin Elementos

del Segundo Perodo de la Tabla

# De orbitales

hbridos

Tipo de

hibridacin

2 sp

3 sp2

4 sp3

Correlacin entre el nmero de orbitales hbridos y el tipo de hibridacin:

Asignacin de la Hibridacin

N C

H

CH

C

H O

O

H

CC

CC

C

C

HH

O

H

H

H

H

H

1

2

3

4

5

6

7 8

9 10

11

12

13

Ejemplo:

1 2 2 4 sp3

2 1 2 3 sp2

Atomo

nmero

# de enlaces

sigma (s) # de pares de e-

no compartidos

# de orbitales

hbridos

Tipo de

hibridacin

N C

H

CH

C

H O

O

H

CC

CC

C

C

HH

O

H

H

H

H

H

Asignacin de la Hibridacin Asigne el tipo de hibridacin a todos los tomos diferentes

de hidrgeno

sp3

sp3 sp2 sp2

sp3

sp3

sp3

sp2

sp2 sp2

sp2

sp2

H C

H

H

I

sp3 sp3

C C C

H

H

H

H

C C C

H

H

H

H

sp sp sp3

sp2

sp

sp2

Isomera Molecular

Los ismeros son compuestos diferentes con la misma frmula molecular.

Ismeros constitucionales

CH3 CH2 CH2 CH2 CH3 CH3 CH CH2 CH3

CH3

CH3 C

CH3

CH3

CH3

CH3

Ejemplo 1: compuestos C5H12

Ejemplo 2: compuestos C5H10

Estereoismeros

C C

CH3

H

CH3

H

C C

CH3

H

H

CH3

n-pentano isopentano

neopentano

1-penteno ciclopentano ciclobutano

cis-2-buteno trans-2-buteno

Atracciones y Repulsiones Intermoleculares

+ +

+

+ + +

+

+

_

_

_

_

_

_

_

_

Repulsin

Atraccin

Atracciones Intermoleculares

Estados fsicos de la materia

Las molculas se

ordenan de manera

regular y repetitiva.

Se mantienen unidas

firmemente mediante

fuerzas intermoleculares

atractivas.

Las molculas se

ordenan de manera

regular y repetitiva.

Se mantienen unidas

firmemente mediante


atractivas.

Las molculas se

mueven fcilmente

alrededor de cada una.

Las fuerzas intermoleculares

en el estado lquido

evitan que las molculas

se separen.

Las molculas se

separan en diferentes

direcciones. Estn tan

separadas que las


son insignificantes.

Slido Lquido

Gaseoso

Atracciones Intermoleculares

ENERGAS ASOCIADAS CON EL CAMBIO DE FASE:

Slido Lquido Hfusin

Lquido Gas Hvaporizacin

Slido Gas Hsublimacin

Cada uno de stos procesos es endotrmico (requiere absorber calor) y proporcional a la magnitud de las fuerzas intermoleculares y a la ener-

ga cintica de las molculas.

Un aumento en la magnitud de las fuerzas intermoleculares, implicar una mayor energa necesaria para fundir, evaporar o sublimar un com-

puesto.

Fuerzas de Atraccin Intermoleculares

Qu tipo de fuerzas de atraccin intermoleculares mantienen juntas a

las molculas neutras?

C

H

H

H

Cl C

H

H

H

Cl C

H

H

H

Cl

atraccin comn (extremo positivo atrae extremo negativo)

+ + +

+ _ +

_ +

_

simbolizada por

repulsin (no comn)

o + + +

+ _ _ _ _

Fuerzas de tipo dipolo-dipolo permanente: presentes en molculas polares (con momentos dipolares > = 0.9D).


Fuerzas de tipo dipolo inducido o fuerzas de Van der Waals - Son las nicas fuerzas intermoleculares posibles entre molculas

no polares como los alcanos.

- Son el resultado de pequeos dipolos inducidos en una molcula.

- Tambin estn presentes en las partes apolares de las molculas

polares.

_ +

_ + + _

+ _

+ _

+

C

H

H

H

C

H

HH = 0

_ +

_ + +

_ +

_ +

_ +

_

_

_

_ +

distribucin al azar de los

dipolos temporales cuando

las molculas estn separadas

dipolos complementarios

cuando las molculas estn

en contacto

(Ver anexo 3)


Enlace puente de hidrgeno: es una atraccin especial de tipo dipolo -dipolo permanente particularmente fuerte ( 5 kcal/mol 20 kJ/mol).

puentes de hidrgeno entre

molculas de H2O puentes de hidrgeno entre

molculas de NH3

enlace

puente de H enlace

puente de H

enlace covalente

HO = 0.96

Cmo un tomo de hidrgeno puede formar enlace puente de hidrgeno?

+

+

+

1.97 +


Enlace puente de hidrgeno: la mayor parte de los enlaces puente de hidrgeno en los compuestos orgnicos se forman cuando una molcula

presenta enlaces HN o HO.

H N H O

enlaces fuertemente polarizados quedando el hidrgeno pobre en electrones

hidrgenos con alta afinidad por los electrones

no enlazantes, forman uniones intermoleculares

+

enlace puente de hidrgeno entre

dos molculas de alcohol

+

+


CH3 CH2 OH CH3 O CH3. .

. .

. .

. .

El enlace puente de hidrgeno tiene gran efecto en las propiedades fsicas de los compuestos orgnicos: puntos de ebullicin, solubilidad, etc.

estos ismeros tienen el mismo tamao y la misma masa molecular

etanol, pe = 78oC dimetil ter, pe = -25oC

trimetilamina

pe = 3.5oC

etilmetilamina

pe = 37oC

propilamina

pe = 49oC

CH3 N

CH3

CH3

. . . .CH3CH2 N

H

CH3

. .CH3CH2CH2 N

H

H

Los alcoholes forman enlaces de hidrgeno ms fuertes que las aminas,

probablemente porque el oxgeno es ms electronegativo que el nitrgeno.

Efecto de la Polaridad en la Solubilidad

Adems de afectar a los puntos de ebullicin y de fusin, las fuerzas intermoleculares determinan las propiedades de solubilidad de los

compuestos orgnicos: las sustancias polares se disuelven en

disolventes polares y las sustancias no polares se disuelven en

disolventes no polares.

Por qu un soluto se disuelve en un disolvente?

Soluto no polar en disolvente no polar (se disuelve)

CH3 CH2 (CH2) CH3

CH3 CH2 (CH2) CH3

CH3 CH2 (CH2) CH3

CH3 CH2 (CH2) CH3


de tipo Van der Waals

disolvente

no polar

_ +

_ + +

_ _ + _

+ + _

_ + _

+ +

_ +

_ + +

CH3 CH2 (CH2) CH3

CH3 CH2 (CH2) CH3

_

_

_ +

_ + +

_

similitud de fuerzas intermoleculares

entre soluto y disolvente



Soluto no polar en disolvente polar (no se disuelve)

CH3 CH2 (CH2) CH3

CH3 CH2 (CH2) CH3

CH3 CH2 (CH2) CH3

CH3 CH2 (CH2) CH3



disolvente

polar

_ +

_ + _ +

_ + _ +

CH3 CH2 (CH2) CH3

CH3 CH2 (CH2) CH3

CH3 CH2 (CH2) CH3

CH3 CH2 (CH2) CH3

Las dbiles atracciones intermoleculares de tipo Van der Waals del soluto

no pueden vencer las fuertes atracciones de tipo dipolo-dipolo

permanente presentes en el solvente polar, por tanto no se mezclan.



Soluto no polar en disolvente polar (no se disuelve)

CH3 CH2 (CH2) CH3

CH3 CH2 (CH2) CH3

CH3 CH2 (CH2) CH3

CH3 CH2 (CH2) CH3



H2O

Las molculas de agua se atraen fuertemente unas a otras mediante

enlaces puente de hidrgeno. Si un soluto no polar se disolviera, tendra

que desplazar algunos de esos enlaces puentes de hidrgeno agua-agua.

+

+ +

Estructura y Propiedad de Molécula

Documents

Transcript of Estructura y Propiedad de Molécula