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