Descripción de orbitales moleculares

1. 1
Fenómeno de Aromaticidad
A fines del siglo XIX
Los compuestos orgánicos se clasificaban en dos categorías:
 Compuesto Alifáticos (similar a las grasas)
• Compuestos Orgánicos

2. 2
Benceno y otros compuestos aromáticos
Antiguamente, El adjetivo aromático
Compuesto con fragancia
Los primeros compuestos aromáticos:
CHO
cinnamaldehido
Corteza del
cinnamomun (canela)
CHO
OMe
OH
Vainilla
Habas de vainilla
CHO
MeO
Anis
anisaldehído

3. 3
Los primeros compuestos aromáticos:
Anis
CHO
cinnamaldehido
Corteza del
cinnamonmun
(canela)
CHO
OMe
OH
Vainilla
Habas de vainilla
CHO
MeO
Anis
anisaldehído
 fue el primero en reconocer que contenían una unidad de
6 miembros
 Después de ciertas transformaciones y degradaciones
químicas, la unidad de seis miembros se mantenía.
A finales del siglo XIX Kekule,

4. 4
Estructura Kekule para el benceno:
6 electrones p
Reacciones del benceno:
H2SO4
Br2+ FeBr3
MnO4
calor
calor
calor
SO3H
Br
No reacciona
Reacciones de
Sustitución

5. 5
Estructura Kekule para el benceno:
6 electrones p
Reacciones del ciclohexeno:
Reacciones de
Adición
H2SO4
Br2
MnO4
SO3H
H
H
H
Br
H
H
Br
COOH
COOH
Ruptura de C=C

6. 6
Al conocerse que:
• Del benceno se derivan nuevos compuestos.
• Estos nuevos compuestos son distintos en otras
características a parte del olor.
El término aromático empezó a tomar un significado
meramente químico.
Su significado ha evolucionado a medida que:
• Se conoce más las reacciones y propiedades de los
compuestos aromáticos.
Teorías moderna sobre la estructura del benceno
• Teoría de Resonancia
• Teoría de Orbitales Moleculares

7. 7
Teoría de Resonancia:
I II
Estructuras I y II
• Estructuras “contribuyentes”
• Estructuras en resonancia (sólo difieren en la posición de
los electrones)
Híbrido de
resonancia
Estructura más aproximada

8. 8
Teoría de Orbitales Moleculares

9. 9
La probabilidad de encontrar un
electrón debe ser positivo y real,
por lo tanto:

10. 10

11. 11

12. 12

13. 13

14. 14
Para un sistemas de varios electrones:
Y : representa los orbitales de todos los electones del
sistema.
La energía electrónica total es:
E = ∫ Hy2 . dv

15. 15
Orbital atómico 2s
Orbital atómico 2p
Orbitales atómicos (OA)

16. 16
Orbitales híbridos:
La combinación de un orbital s y 3 orbitales p generan 4 orbitales híbridos con
25% carácter s y 75 % carácter p.
Metano

17. 17
Orbitales Moleculares:
Orbital
atómico 1s
n OA generan n OM
2 OA generan dos OM
Un OM enlazante
Un OM antienlazante
Orbital
atómico 1s
Orbital molecular enlazante (s)
Orbital molecular antienlazante (s*)
E
n
e
r
g
í
a
Orbital
atómico 1s

18. 18
Formación de OM
Formación de un orbital s a partir de dos orbitales p
Átomo de C sp3 Átomo de C sp3
En cada caso el oa sp3 está coloreado en rojo
Formación de un orbital s a partir de dos orbitales sp3
Orbital molecular s

19. 19
Formación de un orbital p a partir de dos orbitales p
OM p
enlazante
OM p*
antienlazante
Orbitales p
Orbitales sp2
C sp2 C sp2 Doble enlace C–C
Enlace p
Enlace s
Formación de orbitales s y a partir de dos sp2 de C

20. 20
Combinación lineal de los orbitales atómicos
(CLOA)
Veamos la molécula de H2:
H1 — H2
YHH = Ø1s1 + Ø2s2
Y : orbital molecular
1 y 2 : átomos 1 y 2
Ø1 : orbital atómico de H1
Ø2 : orbital atómico de H2
s1 : Contribución del orbital s1
s2: Contribución del orbital s2

21. 21
Combinación lineal de los orbitales atómicos
(CLOA)
Metano
YCH = Ø1s1 + Ø2sp3
H
C H
H
H
Se forman cuatro orbitales moleculares
Y1, Y2, Y3 y Y4
Los ocho electrones ocupan los cuatro OM

22. 22
Combinación lineal de los orbitales atómicos
(CLOA)
Etano
YCH = Ø1s1 + Ø2sp3
YCC = Ø1sp3 + Ø2sp3
H
C C
H
H
H
H
H

23. 23
Combinación lineal de los orbitales atómicos
(CLOA)
Etileno
YCH = Ø1s1 + Ø2sp2
YCC(s) = Ø1sp2 + Ø2sp2
YCC(p) = Ø1p + Ø2p
C C
H
HH
H
C1
H
H
C2
H
H

24. 24
Combinación lineal de los orbitales atómicos
(CLOA)
Ciclopropano
YCC = Ø1p1 + Ø2p2 + Ø3p3
C1 C2
C3

25. 25
Combinación lineal de los orbitales atómicos
(CLOA)
Un sistema con cuatro e- p:
YCC = Ø1p1 + Ø2p2 + Ø3p3 + Ø4p4
C1
C2
C3
C4

26. 26
Para el sistema:
• Dos valores de energía E permitidos para el electrón en el
etileno.
Regla de Hückel
C1 C2
H
H
H
H
Soluciones de la ecuación de
Schródinger:
OM Y2 antienlazante (p)*
OM Y1 enlazante (p)
Dos e- p = 2 OM E

27. 27
Existen dos electrones en el etileno, ambos ocupan el OM Y1

28. 28

29. 29
C1
C2
C3
C4
Para el siguiente sistema
deslocalizado:
4 e- p = 4 OM
2 OM enlazantes
2 OM antienlazante
butadieno

30. 30
Si están presentes OM degenerado (misma E)
Un quinto electrón p Un sexto electrón p

31. 31
OM enlazantes
OM antienlazantes
6 OM
E
Orbitales Moleculares del benceno

32. 32
Factores requeridos para la aromaticidad
• Los seis orbitales atómicos 2p del benceno se solapan
formando seis OM.
Representación de la densidad electrónica p del benceno
• Los 6 e- p ocupan los 3 OM enlazantes, configuración
estable.

33. 33
• Los e- p deben ocupar los OM enlazantes, configuración
estable.
Generalización de la aromaticidad
• Su estructura debe ser cíclica con enlaces dobles
conjugados.
Para que un compuesto sea aromático:
• Los anillos deben ser coplanares.
• Los anillos deben contener 4n + 2 e- p. (Regla de
Húcker), n = 0,1,2,…etc.

34. 34
El ciclo-octa 1,3,5,7 tetraeno:
8 e- p
No cumple con 4n
+ 2 e- p
No es aromático

35. 35
El ciclo tetradeca- 1,3,5,7,9,11,13-heptaeno
14 e- p
4x3 = 12 + 2= 14
Es un sistema coplanar

36. 36
El ciclo tetradeca- 1,3,5,7,9-pentaeno
10 e- p
4x2 = 8 + 2= 10
Es un sistema no coplanar
No es aromático
Los orbitales no se
disponen en forma
paralela

37. 37
Y1
Y2 Y3
Ciclopropano:
No aromático

38. 38
Y1
Y2 Y3
Anión ciclopropilo:
No aromático
H
- H+

39. 39
Y1
Y2 Y3
Catión ciclopropilo:
Aromático
H
- H-

40. 40
Iones aromáticos

41. 41
Ejercicio
De los siguientes compuestos, cuáles pueden considerarse
aromáticos de acuerdo a la regla de Hückel