Transcript Unidad 1 (Q.O.I 1S 2015 P.XIV IDH Resonancia)

UNIDAD 1 (P.XIV)
1.3.3 Grado de insaturación de compuestos
orgánicos:
Compuesto Orgánico saturado fórmula: CnH2n+2
Compuesto monoinsaturado:
Compuesto diinsaturado:
Compuesto triinsaturado:
Tipos de insaturaciones:
CnH2n
CnH2n-2
CnH2n-4
Un Doble enlace C=C (1 insaturación)
Un Triple enlace C≡C (2 insaturaciones)
Un Ciclo
(1 insaturación)
Lic. Walter de la Roca
1
¿Cómo calculo el número de insaturaciones?
# Insaturaciones = {H (teóricos saturado) – H (tenemos)} / 2
C6H8
H (teóricos saturado) = 2n + 2
# Insaturaciones = ((6*2+2) – 8) / 2
# Insaturaciones = 3
¿Qué estructuras posibles tengo para el anterior compuesto?
¿Alguna otra estructura?
Lic. Walter de la Roca
2
Cuando los compuestos orgánicos tienen Heteroátomos:
Si el compuesto orgánico tiene halógeno, como el mismo
sustituye un hidrógeno de la cadena carbonada se suma la
cantidad como fuera un hidrógeno más:
a.C4H6Cl2 ¿Cuántas Insaturaciones?
b.C8H4Cl2Br2 ¿Cuántas Insaturaciones? ¿Posible estructuras?
a. Insaturaciones = ((4*2+2) – (6 H + 2 Cl))/2 = 1
¿Posibles estructuras?
b. Insaturaciones = ((8*2+2) – (4 H + 2 Cl+ 2Br))/2 = 5
¿Posibles estructuras?
Lic. Walter de la Roca
3
Si el compuesto orgánico tiene oxígeno, como alcohol mismo
sustituye un hidrógeno con –OH pero da también un hidrógeno,
por lo cual no afecta el calculo:
a.C5H8O ¿Cuántas Insaturaciones? ¿Posibles estructuras?
b.C7H6O2 ¿Cuántas Insaturaciones? ¿Posible estructuras?
a. Insaturaciones = ((5*2+2) – (8 H)/2 = 2
¿Posibles estructuras?
b. Insaturaciones = ((7*2+2) – (6 H)/2 = 5
¿Posibles estructuras?
Lic. Walter de la Roca
4
Si el compuesto orgánico tiene nitrógeno, como amino mismo
sustituye un hidrógeno con –NH2 pero da un hidrógeno de más
de lo que sustituye, por lo cual hay que restar el número de
nitrógenos a los hidrógenos:
C5H11N
¿Cuántas Insaturaciones? ¿Posibles estructuras?
C9H10N2 ¿Cuántas Insaturaciones? ¿Posible estructuras?
a. Insaturaciones = ((5*2+2) – (11 H - 1 N)/2 = 1
¿Posibles estructuras?
b. Insaturaciones = ((9*2+2) – (10 H – 2N)/2 = 6
¿Posibles estructuras?
Lic. Walter de la Roca
5
Índice de deficiencia de hidrógeno (IDH)
Es el número de hidrogeno molecular que se necesita
para saturar totalmente un mol de un compuesto insaturado
(dobles enlaces)
Según la siguientes reacciones generales:
H
1 H 2 + H 2C
CH 2
H
H 2C
1 IDH
CH 2
H
H
2 H2 +
H
2 IDH
H
Calculo de IDH:
IDH = (# Carbonos) - (# H/2) - (# X / 2) + (N / 2 ) + 1
Donde X = halógenos.
Note que los átomos divalentes (oxígeno y azufre) no
están contenidos en la fórmula.
Lic. Walter de la Roca
6
Para el siguiente compuesto C7H7NO tendría un IDH:
IDH = 7 - 7/2 + 1/2 +1 = 5
Analizando la formula anterior C7H7NO es 5 que
posibles estructuras podrían ser:
O
H
O
NH2
¿Alguna otras más?
NH2
C 7H 7NO
Comparando C6H6 ,C6H12 y C6H14
¿Cuáles serían los resultados?
Lic. Walter de la Roca
IDH (C6H6) = 6 - 6/2 + 1 = 4
IDH (C6H12) = 6 - 12/2 + 1 = 1
IDH (C6H14) = 6 - 14/2 + 1 = 0
7
Posibles de anteriores fórmulas moleculares: estructuras
C 6 H6
C 6 H12
C 6 H14
¿Alguna estructura más?
Lic. Walter de la Roca
8
1.3.4 Efecto resonancia:
Es un movimiento de electrones en un compuesto orgánico,
que se da cuando existen insaturaciones conjugadas
(dobles o triples enlaces, que se separan por un simple
enlace), la conjugación provoca que los orbitales “p” estén
conectados.
Insaturaciones conjugadas
N
O
HN
(Si se da resonancia)
Insaturaciones no conjugadas
N
O
(No se da resonancia)
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9
¿Cómo se realiza la resonancia ó el movimiento de los
electrones en dobles enlaces conjugados?
:
C
:
:
C
C
C
C
C
C
C
C
C
C
C
:
C
C
C
C
C
C
sp2
sp2
sp3
sp2
sp2
sp3
1,4-hexadieno
C
C
C
C
C
C
sp2
sp2
sp2
sp2
sp3
sp3
1,3-hexadieno
Enlaces “π” conjugados implica que están traslapados los
orbitales “p”, en este traslape se presenta el movimiento de
electrones.
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10
A continuación se detalla como se mueven los electrones en
el 1,3-hexadieno
:
:
C
C
C
C
C
C
C
C
:
+
- :C
C
C
C
C
C
C
C
C
C
C
C
C
C
C
C
C
C
C
C
-
:
+
C
+
:
:
C
C
C
C
C
C
+
..C
-
Original
:
+
C
C
C
C
:
- :C
C
C
C
:
C
C
C
C
C
C
C
C
-
+
:
+
C
C
C
C
+C
C
C
-
..C
¿Cuántas estructuras de resonancia tenemos?
Lic. Walter de la Roca
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Tenemos cuatro estructuras de resonancia sin contar la
original ó cinco contando la original
¿Hay alguna estructura más estable ?
A más estructuras de resonancia aumenta la estabilidad,
debido a que hay más átomos que comparten la carga
¿Cuál es el efecto de la resonancia?
Aumenta la estabilidad del compuesto pues más átomos
comparten la carga, y esto lo hace menos reactivo,
comparado con un compuesto que no posea resonancia.
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Hay diferencia en la resonancia si entre las
insaturaciones conjugadas existen heteroátomos como
serian el nitrógeno y oxígeno, pues SI debido a su
electronegatividad mayor al carbono ellos atraerían a los
electrones hacia si.
Y pueden presentarse estructuras de resonancia más
estables como se mostrarán a continuación:
H2C
CH
C
N:
Ac rilo n itrilo
¿Tendrá resonancia?
Si debido a que tiene las insaturaciones conjugadas
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13
¿Cuáles serán sus estructuras de resonancia?
1
H 2C
..
H 2C
2
C
CH
N:
+
C
CH
4
N:
H 2C
CH
+
-..
C
N:
..
H 2C
C
CH
3
-..
+
H 2C
CH
C
N:
+
N:
5
Estructuras de resonancia
Las estructuras de resonancia es cada posible
representación del movimiento de los electrones que se
pueden mover para un extremo o el otro de las
insaturaciones conjugadas, en esta caso hay cinco con
el compuesto original.
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14
¿Habrá alguna estructura de resonancia más estable en las
anteriores?
-..
+
H 2C
CH
C
N
Porque en este caso el nitrógeno el más electronegativo
tiene la carga negativa y además las cargas están lo más
separado posible
¿Habrá alguna estructura de resonancia más inestable?
..
H 2C
CH
C
+
N:
Porque en este caso el nitrógeno tiene una carga positiva
y siendo el más electronegativo que el carbono la puede
soportar menos.
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¿Y qué pasaría si en lugar de nitrógeno fuera oxigeno?
¿Podrá soportar más o menos la carga positiva?
Además podemos presentar un resumen por donde se
mueven los electrones que se denomina híbrido de
resonancia que para el anterior compuesto sería:
H 2C
CH 2
C
N:
Hibrido de resonancia
Las líneas punteadas nos muestran por donde se mueven
los electrones, o sea que los mismos están deslocalizados.
A continuación podemos distinguir dos tipos de efectos
de resonancia que puede ser atractor ó donador (dador) ó
como vimos en el inductivo positivo o negativo, como se
muestra a continuación:
Lic. Walter de la Roca
16
Grupo atractor de electrones
G
Orbital Vacio
(deficiente en
electrones, atrae
a los mismos)
Pasa su deficienca a
la cadena carbonada
que tiene el sistema
conjugado haciendo
pobre en electrones
Grupo donador de electrones
:
Orbital Lleno
(rico en electrones,
da e- los mismos )
G
Pasa sus electrones a la cadena
carbonada haciendolo más rico
en electrones.
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Dadores de electrones:
..
..
..
..
N H
X:
:
O
O
H
..
..
..
H
Alcóxido
Hidróxilo
Amino
Halógeno
Atractores de electrones:
.. :
O
..
+
N ..
O
..
Nitro
-
-
:O:
+
S
..
OH
..
:O:
C
+
H (ó -R)
:O:
Sulfonato
Carbonilo
Los grupos atractores serán deficientes en electrones,
tendrán por lo general carga positiva y los grupos
donadores serán ricos en electrones ó con carga negativa.
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Un concepto importante de la resonancia es que estabiliza
el sistema, debido a que en todos los casos la carga
positiva o negativa se comparte entre más átomos, lo que
causa una estabilización extra, y esto implica que el
sistema en general es más estable, y además puede
reaccionar en forma diferente a los sistemas no
conjugados.
Efecto resonante atractor del grupo O=N- en resonancia con
alqueno
:
O
N
C
C
:
-
+
O
N
:
C
:
..
..O
..
N
Lic. Walter de la Roca
C
C
O
N
:
C
..
- :..O
..
N
+
C
C
+
:
C
..
- :..O
..
N
C
C
C
+
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Conclusiones del efecto de resonancia:
1. La resonancia es un movimiento de electrones
2. La resonancia se presenta cuando existen dobles
enlaces conjugados.
3. La resonancia da a la molécula mayor estabilidad
debido a que la carga la comparten más átomos.
4. Entre más estructuras de resonancia posea un
compuesto más estable será.
5. La resonancia baja la reactividad de los compuestos.
6. Pueden existir estructuras de resonancia con mayor
estabilidad debido a la presencia de heteroátomos.
7. La distancia no afecta como en el caso del efecto
inductivo.
8. Tiene una mayor influencia que el efecto inductivo.
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20
O
Ejemplos:
:O:
C
Hibrido de
Resonancia
Lic. Walter de la Roca
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¿Cuántas estructuras de resonancia?
¿Cuál es la más estable?
¿Cuál es la menos estable?
Trabajo en grupo de dos alumnos:
NH
N
C
C
O
Grupo A
1.
2.
3.
4.
Grupo B
Sección C
Dibujar todas las estructuras de resonancia
Dibuje el híbrido de resonancia
Identifique la estructura más estable si la hubiera
Identifique la estructura más inestable si la hubiera
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H
1.3.5 Estabilidad de Alquenos:
Mientras más sustituido este el alqueno, más estable es la
regla llamada :Zaitsev
Analicemos la regla de Zaitsev
+
CH CH2CH3
H2 C
Pt
H3C CH2 CH2CH3
H2
H°= -30.3 Kcal/mol
1-buteno
(monosustituido)
H3 C
H
C
H
+
C
H2
Pt
H3C CH2 CH2CH3
H°= -27.6 Kcal/mol
CH3
trans-2-buteno
(E)-2-buteno
(disustituido)
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¿Cuál emitió más energía?
El 1-buteno
¿Es el más estable o menos estable comparado con el
(E)-2-buteno?
Es menos estable.
¿Cuál es la diferencia de estabilidades?
La diferencia en la energías de hidrogenación (-30.3-(-27.6)) = 2.7 Kcal/mol
¿Qué podemos concluir de los dos alquenos?
Que el 1-buteno es 2.7 Kcal/mol más inestable que el
(E)-2-buteno
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Ó que el (E)-2-buteno es 2.7 Kcal/mol más estable que el
1-buteno.
En el siguiente diagrama ¿Qué letra le correspondería a cada al 1buteno y al (E)-2-buteno en el siguiente diagrama:
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25
Estabilidad entre isómeros Cis-Trans
¿Cuál es más estable Cis- o Trans?
Lic. Walter de la Roca
26
La diferencia de energía entre isómeros del 2-buteno
sería de 4 KJ/mol
Lic. Walter de la Roca
27
A sería el 1-buteno y B sería el (E)-2-buteno
Tabla de estabilidades de alquenos:
(*)
(*)Todos los valores de calor de hidrogenación son negativos
Lic. Walter de la Roca
28
Lic. Walter de la Roca
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¿Qué aprendimos en la presentación?
1. Insaturaciones en compuestos orgánicos
2. Tipos de insaturaciones
3. Influencia de heteroátomos en las fórmulas
moleculares de compuestos orgánicos
4. Índice de deficiencia de hidrógenos (IDH)
5. Resonancia fundamentos y reglas
6. Estabilidad de dobles enlaces, Regla de Zaitsev
7. Comparación de energías de combustión de
dobles enlaces sustituidos.
Lic. Walter de la Roca
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