TEMA 1: INTRODUCCIÓN A LA QUÍMICA ORGÁNICA La Química Orgánica es la parte de la Química que estudia los compuestos del carbono. 1. El átomo de carbono La configuración electrónica del átomo del carbono (Z=6) es: 1s22s22p2, y teniendo en cuenta el principio de multiplicidad de Hund, la distribución energética de los electrones se encuentra representada de la siguiente manera: Si se desarrolla el último subnivel queda: Sin embargo, esta configuración electrónica no explica lo siguiente: - El carbono es tetravalente, es decir, aporta cuatro electrones en su última capa, formando así cuatro enlaces covalentes en otros átomos, consiguiendo así completar su octeto. - Los enlaces iguales, como el metano, se forman a partir de orbitales atómicos diferentes: unos orbitales atómicos del tipo s, y otros del tipo p. - Los ángulos de enlace para los orbitales atómicos p serían de 90º. - Los orbitales atómicos s no tienen una dirección determinada. La teoría del enlace de valencia resuelve las explicaciones anteriores: - El átomo de carbono emplea un tipo de orbital, idéntico entre sí, éste es el resultado de la hibridación entre los orbitales puros 2s y 2p. - El átomo de carbono tiene tres posibles tipos de hibridaciones, según se combine el orbital 2s con 3, 2 o 1 orbital 2p. a. Hibridación sp3 Se produce cuando todos los enlaces son sencillos, C-C o C-H. El orbital sp3 se describe como un orbital direccional y es capaz de formar enlaces muy fuertes por interacción con los orbitales de otros átomos. Los orbitales híbridos están dirigidos hacia los vértices de un tetraedro, por ello, es una molécula tetraédrica. Un ejemplo de ellos es el metano: Los orbitales híbridos del átomo de carbono pueden interaccionar también con otro orbital sp3 de otro átomo de carbono distinto para formar cadenas de dos, tres, cuatro o un gran número de eslabones. Por ejemplo, la molécula de etano: b. Hibridación sp2 Es una hibridación trigonal, y se produce en enlaces dobles C=C o C=O. Los lóbulos del orbital hibrido sp2 están en el mismo piano y situados en los vértices de un triángulo equilátero formando ángulos de 120°, mientras que el orbital 2pz se dispone perpendicularmente al piano sp2. El enlace doble es el resultado de combinar: Un enlace tipo σ debido al solapamiento frontal de los orbitales híbridos sp2 de dos átomos de carbono. Un enlace tipo π debido al solapamiento lateral de los dos orbitales 2p sin hibridar, uno de cada átomo de carbono. Por ejemplo, la molécula de etileno: La consecuencia más importante que puede deducirse de este tipo de hibridación es que la molécula de etileno es plana porque asi lo impone el enlace n, que impide que haya rotación libre entorno al enlace σ entre los dos átomos de carbono. Una consecuencia que resulta de la geometría plana del doble enlace, es la aparición de estereoisomería o isomería geométrica. c. Hibridación sp Es una hibridación diagonal, y se produce en enlaces triples C≡C. En este tercer tipo de hibridación, en ella el átomo de carbono utiliza los orbitales 2s y 2px, para formar dos orbitales híbridos sp, dichos orbitales se sitúan en línea recta, formando entre si un ángulo de 180°. De esta manera, los orbitales 2py 2pz quedan sin hibridar situándose en planos perpendiculares. Se produce del resultado de: Un enlace tipo σ debido al solapamiento frontal de los orbitales híbridos sp2 de dos átomos de carbono. Dos enlaces tipo π debido al solapamiento lateral de los cuatro orbitales 2p sin hibridar, uno de cada átomo de carbono. Por ejemplo, la molécula de etino: Debido a la hibridación sp, el acetileno es una molécula lineal lo que hace imposible la isomería geométrica presente en los alquenos. 2. Efectos electrónicos de las moléculas orgánicas. Carácter polar del enlace covalente Un enlace covalente puro solo se forma cuando los átomos que se unen son iguales o presentan la misma electronegatividad. Moléculas con enlaces covalentes puros son, por ejemplo, la de hidrogeno (H2), la de cloro (Cl2) y la de etano (CH3-CH3). Si los átomos que forman el enlace tienen distinta electronegatividad, los electrones no estarán compartidos por igual en ambos átomos, se dice entonces que el enlace es parcialmente iónico y la molécula estará polarizada. a. Efecto Inductivo El efecto inductivo I, es una donación de densidad electrónica a través de los enlaces sigma de la molécula. Está generado por la diferencia de electronegatividad de los grupos unidos mediante un enlace. Los átomos electronegativos tienden a sustraer densidad electrónica y crear un efecto atrayente: Efecto – I. Si un sustituyente tiende a ceder carga, se dice que presenta: Efecto +I Por ejemplo, en la molécula de cloruro de propilo el efecto puede representarse de la siguiente manera: El átomo de cloro, debido a su mayor electronegatividad frente al carbono, atrae hacia si la nube electrónica del enlace C1-Cl por lo que el C1 adquiere cierta carga positiva 8+. Esta carga positiva tiende a compensarse por los electrones de los enlaces C1-H y C1-C2 esto hace que en el átomo de carbono C2 aparezca una determinada carga y Qpositiva -C2, esto 88+hace , menor queque en el la anterior atomo de . Elcarbono fenomeno C2se aparezca va repitien unado sucesivamente a lo largo de la cadena.
