fisico quÍmica orgÁnica - … · fisico quÍmica orgÁnica: enlaces, resonancia, acidez luis...

FISICO QUÍMICA ORGÁNICA:

Enlaces, Resonancia, Acidez Luis Eduardo Hernández Parés

www.ellegadodenewton.wordpress.com

Tipos de Enlaces

• Enlaces Iónicos: separación de cargas

• Enlaces Covalentes: se comparten electrones • Polares

• No Polares


Tipos de Enlaces

• Elementos del período 1: Completar 2 electrones.



Enlaces iónicos: un metal + no metal

Enlaces covalentes: no metal + no metal

• Dependiendo de los elementos: • Enlace covalente polar

• Enlace covalente no polar


Enlaces Polares

Los dipoloes tienen magnitud y dirección. De la carga positiva a la negativa. Entre más carga, mayor el dipolo.

+ - Si tuviéramos una separación de cargas negativa y positiva, dichas cargas se atraerían, pero si se pone una separación física entre ellas para que no se atraigan, se formaría un DIPOLO. + -


Electronegatividad, X

ΔΧ = X elemento1 – X elemento2

Enlaces Covalentes No Polares: ΔΧ entre 0 y 0.5 Enlaces Covalentes Polares: ΔΧ entre 0.6 y 2.0

Enlaces Iónicos: ΔΧ de 2.1 en adelante


Tipos de Enlaces

Algunos enlaces comunes:

• C – C: ΔX = 0. Enlace covalente no polar

• C – H: ΔX = 0.4 Enlace covalente no polar.

• O – H: ΔX = 1.4 Enlace covalente polar.

• C – O: ΔX = 1.0 Enlace covalente polar.

• C – Mg: ΔX = 1.3 Enlace covalente polar.

• Na – Cl: ΔX = 2.1 Enlace iónico.

• O – Ca: ΔX = 2.5 Enlace iónico.


Momento Dipolar: 𝝁 = 𝑸 𝒙 𝒓

La polaridad molecular neta se mide usando el Momento Dipolar. El momento dipolar expresa que tan polar es una molécula. Se expresa en unidades Debye, D.

Notar que los dipolos tienen magnitud y dirección.

Átomos con pares de e- libres y/o enlaces polares PUEDEN presentar un dipolo neto… Pero no siempre.


Enlaces No Polares

Moléculas simétricas y/o con enlaces covalentes no polares, no tienen un dipolo neto y se dice que son moléculas NO POLARES.


Pregunta Examen

Utilice la tabla de electronegatividad para predecir si los enlaces que se muestra a continuación son covalentes no polares, covalentes polares o enlaces iónicos. Muestre la dirección del dipolo en caso de tenerlo.

C – Cl C – O

N – S N – O

B – Cl N – Cl


Pregunta Examen

De los siguientes compuestos, prediga si son moléculas polares o no polares. Indique la dirección del dipolo.

CC

O

HH

HH

NH

HH

N N

H

H

H

H

C

C

C

C

C

C

Cl

Cl

H

H

H

H

S

O

O O

C NH OH H H Cl


Pregunta Examen Indique en las siguientes moléculas la hibridación de los átomos marcados. Identifique también si la molécula tiene enlaces polares.

CH33

NH21

2

OH4

2

Cl4

H1 CH3

3

CH31

2

CH2

O3

SH4

1

OH

2

CH33


Resonancia: Deslocalización de e-

CH3 CH3

vs

Las dos estructuras son iguales a pesar de que los dobles enlaces están en "posiciones" diferentes

NHH

N+ HH

-

vs

Moléculas neutras pueden tener híbridos de resonancia con separación de cargas. La molécula tiene cargas pero sigue siendo neutra

CH3

O

O-

CH3

O-

O

vs¿Cuál de las dos es la estructura correcta?


Resonancia: Claves

• Usualmente se ven involucrados orbitales π.

• Para los híbridos de resonancia, los átomos involucrados deben de obtener hibridación sp2 o sp.

• Un átomo puede pasar de hibridación sp3 a hibridación sp2 de forma espontánea si eso garantiza un híbrido de resonancia.

• Se usan flechas de doble cabeza para indicar que son estructuras híbridas de resonancia.

CN

N

CH3

CH3 CN

N+

CH3

CH3

-C

N-

N+

CH3

CH3

Las 3 estructuras representan a la misma molécula


Resonancia: Claves

• Las estructuras de resonancia NO violan la regla del octeto ni tampoco obligan a los átomos a superar la cantidad de enlaces que pueden formar.

• El híbrido de resonancia es MAS estable energéticamente que cualquiera de las estructuras individuales.

• Entre más híbridos de resonancia = más estabilidad. Esto pues los e- se deslocalizan en más átomos. Resonancia lleva a estabilidad energética.


Resonancia: Claves

OH

vs

OH

Menos estable Más estable

NH2NH2

NH2


“Estable” no significa que no reacciona, significa que se necesita más energía para hacer reaccionar a la molécula.

OH OH

vrs



Pregunta Examen

CH3

CH3

CH3

CH3

CH3

N

CH3CH3O

CH2

NH2

CH3

O

H

CH3

C+

CH3

CH2 CH2

OH

CH3


Ácidos y Bases de Arrhenius

• Ácidos son sustancias que se disocian en agua aportando iones hidronio.

• Bases son sustancias que se disocian en agua aportando iones hidróxido.


Ácidos y Bases de Brønsted Lowry

• Ácido Brønsted: Cualquier especie que puede donar un protón

• Base de Brønsted: Cualquier especie que puede aceptar un protón.


Fuerza de Ácidos

• Constante de disociación ácida, Ka (sólo en agua) • 𝐾𝑎 = 𝐴− [𝐻3𝑂+]/ 𝐻𝐴

• pKa = -log10[Ka]

• La concentración del agua sólo se toma como 1.

• Entre más alta la pKa, menor la fuerza del ácido… Mayor la fuerza de la base conjugada.

H - A + B:-

H - B + A:-

H - A + H2O H

3O+ + A:

-


Cálculo de pKa

H2O + H

2O H

3O+ + OH- 𝐾𝑎 = 𝑂𝐻 𝐻3𝑂+ /[𝐻2𝑂]

Recordando que la 𝐾𝑤 = 𝑂𝐻 𝐻3𝑂+ = 1.0 𝑥 10−14 y que la [𝐻2𝑂] en 1,0 L de agua es 55,4 mol/L

𝐾𝑎 =1.0 × 10−14

55,4= 1,8 × 10−16

𝑝𝐾𝑎 = −log (1,8 × 10−16) = 15.7


Pregunta Examen

De acuerdo a la pKa del ácido acético, ¿Cuál es su Ka? Suponiendo un volumen de 100 mL, de concentración inicial de ácido acético 0,25 mol/L, ¿Cuál es la concentración de hidronio en el equilibrio, [𝐻3𝑂+]?

𝐻𝑂𝐴𝑐 + 𝐻2𝑂 𝑂𝐴𝑐− + 𝐻3𝑂+ pKa = 4.76

¿Cuál es la concentración original de HA original en un ácido con pKa= 0? Exprese su respuesta en términos algebraicos generales. Esta es una pregunta conceptual.


Algunos datos de pKa Especie pKa Especie pKa

HBr -9 Fenol 9.95

HCl -7 Cl3CCH2OH 12.2

H2SO4 -3 (1H), 1.9 (2H) H2O 15.7

HNO3 -1,3 Ciclopentadieno 16

H3O+ -1.7 CH3CH2OH 16

F3CCOOH 0.23 Acetona 20

CH3COOH 4.74 HC≡CH 25

Acetilacetona 8.95 Etileno 44

HN4+ 9.24 Etano 50


¿Qué hace a un ácido, ácido?

Acido pKa

H – F 3.2

H – Cl - 7

H – Br - 9

H – I - 10

HCl HBr

HI


Ácido pKa Electronegatividad

HClO4 -8 Cl = 3.16, O = 3.44

H2SO4 -3 S = 2.58

HNO3 -1.5 N = 3.04

HNO2 3.4


ClO

O

O

OH

SOH

O

O

O

H

N+O

O-

O

H

NO O

H


Ácido pKa

Ácido Acético 4.75

Ácido cloroacético 2.87

Ácido tricloroacético 0.77

Ácido trifluoroacético 0.0


CH3

C

O

O

H

CH2

C

O

O

HClC

C

O

O

H

Cl

Cl

Cl

C

C

O

O

H

F

F

F


Ácido pKa

Ciclopentadieno 16

Fenol 9

Acetilacetona 9

Ácido Ascórbico 4.1


O

O

OH

OH

OHOH

OH

CH3

O O

CH3

H H

HH


¿Qué hace a un ácido, ácido? Ácido pKa

Etanol en agua 16

Etanol en DMSO 28

Etanol en DMF 31

Etanol en estado gaseoso 50

CH3

S

CH3

O

HO

H H

O

N

CH3

CH3


Ácidos y Bases de Lewis

• Ácido de Lewis es aquel que acepta un par de electrones.

• Base de Lewis es aquel que dona un par de electrones.

Ácidos de Lewis Bases de Lewis

BH3 NH3

AlCl3 Etileno

Fe2+, Fe3+ Acetaldehído

Zn2+ Fenol, carbono #2


Ácidos y Bases Lewis: Ejemplos

Elemento Boro, B

Electrones 5

De Valencia 3

Orbitales s y p

BOrbitales sp2 Orbitales sp2

Orbital p libre

B

H

H

H

Ácido Lewis Base Lewis

B-

H

HH

C H+

CH3

"Reacción" ácido-base

B

CH3

CH3

CH3O

CH3

H

B-

CH3

CH3CH3

O+

CH3H

Hidroboración Alquenos

Alcohólisis de boranos



Elemento Zinc, Zn

Electrones 30

De Valencia 2

Orbitales s, p y d

Zn

Orbitales sp3 Orbitales libres

ZnCl Cl

O

H

H

O

H

H

ZnCl Cl

OH2OH2

ZnCl

Cl

O-

O

CH3

ZnCl

Cl

O

O-

CH3

Ácido Lewis Base Lewis "Reacción" ácido-base

Hidratación de sales

Quelatación



Elemento Hierro, Fe

Electrones 26

De Valencia 2 (s) + 1 (d) = 3

Orbitales s, p y d

FeBr

BrBr

Actuando con orbitales s y p

FeBr

Br

Br

Actuando con orbitales d

Orbital híbrido sp3

Orbitales hibridos spd

FeCl

ClCl

Br Br Fe-Cl

ClCl

Br+

Br

FeN

NH

NHO-

O

CH3

H2O

OH2

FeN

NH

NH

OH

OCH3

Ácido Lewis Base Lewis "Reacción" ácido-base

Activación de halógenos

Quelatación de hierro


Referencias

• Atkins, P. W. Química Física. 6ª Edición, Ediciones Omega, Barcelona, 1999.

• Petrucci, R.; Harwood, W.; Herring, G. Química General, 8ª Edición, Pearson Educación, Madrid, 2003.

• McMurry, J. Química Orgánica, 7ª Edición, Cengage Learning, México, 2008.

• Organic Chemistry Portal. Consultado, 7 de mayo, 2015.


http://www.organic-chemistry.org/





Luis Eduardo Hernández Parés


fisico quÍmica orgÁnica - … · fisico quÍmica orgÁnica: enlaces, resonancia, acidez luis...

Documents