TEORA DEL ORBITAL MOLECULAR

1
TEORÍA DEL ORBITAL MOLECULAR

• En algunos casos la teoría de del enlace de
  valencia no explica satisfactoriamente algunas de
  las propiedades observadas de las moléculas.
• De acuerdo con esta descripción todos los
  electrones en el O2, están apareados y la
  molécula debería ser diamagnética. Los
  experimentos han demostrado que la molécula de
  oxígeno es paramagnética, con dos electrones
  desapareados. Este hallazgo sugiere una
  deficiencia fundamental en la teoría del enlace
  de valencia, lo que justifica la búsqueda de una
  propuesta alternativa que explique las
  propiedades del O2 y de otras moléculas que no
  justifica la teoría del enlace de valencia.
• En ocasiones, el magnetismo así como otras
  propiedades de las moléculas, se explican mejor
  mediante otra propuesta de la mecánica cuántica
  llamada teoría del orbital molecular (OM). La
  teoría del orbital molecular describe los enlaces
  covalentes en términos de orbitales moleculares,
  que son el resultado de la interacción de los
  orbitales atómicos de los átomos que se enlazan y
  están relacionados con la molécula entera. La
  diferencia entre un orbital molecular y un
  orbital atómico es que el orbital atómico está
  relacionado sólo con un átomo.

2

• Un orbital molecular de enlace tiene menor
  energía y mayor estabilidad que los orbitales
  atómicos que lo formaron. Como lo indican los
  nombres de enlace y antienlace, el acomodo de
  electrones en un orbital molecular de enlace
  produce un enlace covalente estable, mientras que
  el acomodo de electrones en un orbital molecular
  de antienlace produce un enlace de mayor energía
  y menor estabilidad.

Un orbital molecular Sigma de enlace
Un orbital molecular Sigma de antienlace
(?1s)
(? 1s)
Formado a partir de orbitales 1s
Formado a partir de orbitales 1s
H2
(? 1S)
(? 1S)2
H-H
C2
(?2Py) 2
(? 2S) 2
(? 2S) 2
(? 1S) 2
(? 1S) 2
(?2Pz) 2
3
ISÓMEROS
Son compuestos que presentan la misma fórmula
molecular, pero propiedades físicas y/o químicas
distintas
Clasificación

• De cadena
• De posición
• De función

Constitucionales
Isómeros

• Conformacionales
• Cis-trans o geométricos
• Ópticos

Estereoisómeros
4
ISÓMEROS CONSTITUCIONALES
Los isómeros constitucionales o estructurales
son los compuestos que a pesar de tener la misma
fórmula molecular difieren en el orden en que
están conectados los átomos, es decir, tienen los
mismos átomos conectados de forma diferente
(distinta fórmula estructural).
5
ISÓMEROS DE CADENA
Los compuestos tienen distribuidos los átomos de
carbonos de la molécula de forma diferente. Por
ejemplo, existen 3 isómeros de fórmula general
C5H12.
6
ISÓMEROS DE POSICIÓN
Son compuestos que tienen las mismas funciones
químicas, pero sobre átomos de carbono con
números localizadores diferentes.
7
ISÓMEROS DE FUNCIÓN
Son compuestos de igual fórmula molecular que
presentan funciones químicas diferentes.
8
ESTEREOISÓMEROS
Los estereoisómeros son los isómeros cuyos átomos
están conectados en el mismo orden, pero con
disposición espacial diferente.
9
ISOMERÍA CONFORMACIONAL
Son las distintas estructuras de un mismo
compuesto que surgen como resultado de la libre
rotación de los enlaces simples y la
flexilibilidad de los ángulos de enlace.
Conformaciones del etano
Vista a lo largo de los carbonos 1 y 2
A- Conformación alternada De menor energía, por
lo tanto, la más estable.
Vista a lo largo de los carbonos 1 y 2
B- Conformación eclipsada El carbono 2 está
girado 60 con respecto a la posición que tiene
en A. Es la de mayor energía.
10
Conformaciones del ciclohexano
A- Conformación silla De menor energía, por lo
tanto, la más estable.
B- Conformación bote De mayor energía, menos
estable.
11
ISOMERÍA cis-trans
La isomería cis-trans se puede observar en
moléculas cíclicas o en moléculas que presenten
dobles enlaces.

• Isomería cis-trans en ciclos

Los cicloalcanos tienen dos caras o lados
debido al plano que contiene el esqueleto
carbonado cuando en el ciclo hay dos
sustituyentes en átomos de carbono distintos,
existen dos isómeros. Si los sustituyentes se
encuentran del mismo lado del plano es el isómero
cis, y si están en lados opuestos es el isómero
trans.
12
trans-1,4-ciclohexanodiol
cis-1,4-ciclohexanodiol
13

• Isomería cis-trans en alquenos

Una característica del doble enlace es su rigidez
que impide la libre rotación, por lo que se
reduce los posibles intercambios de posición que
pueden sufrir los átomos de una molécula y surge
así un nuevo tipo de isomería. La isomería
cis-trans en los alquenos se da cuando los
sustituyentes en cada uno de los carbonos del
doble enlace son distintos.
Dos sustituyentes distintos H y CH3
Dos sustituyentes distintos H y CH3
En este carbono hay dos sustituyentes iguales,
por lo tanto, en este compuesto no hay isomería
geométrica.
En este compuesto hay isomería geométrica, pues
se cumple la condición en ambos carbonos.
14
Un estereoisómero es cis cuando los dos
hidrógenos están del mismo lado del doble enlace.
Del mismo lado del plano
cis-2-buteno
Un estereoisómero es trans cuando los dos
hidrógenos están en lados opuestos del doble
enlace
trans-2-buteno
De lados opuestos del plano
15
ISOMERÍA ÓPTICA
Un isómero óptico es aquel que tiene la propiedad
de hacer girar el plano de la luz polarizada,
hacia la derecha o hacia la izquierda. Esta
propiedad se mide en un aparato llamado
polarímetro y se denomina actividad óptica. Si el
estereoisómero hace girar la luz hacia la derecha
se denomina dextrógiro, y si lo hace girar hacia
la izquierda se denomina levógiro.
16
Esquema de un polarímetro
17
ISOMERÍA ÓPTICA
Los isómeros ópticos tienen, por lo menos, un
carbono quiral. Un carbono es quiral (o
asimétrico) cuando está unido a 4 sustituyentes
distintos. Una molécula es quiral cuando no
presenta ningún elemento de simetría (plano, eje
o centro de simetría). Las moléculas quirales
presentan actividad óptica.
La quilaridad es una propiedad importante en la
naturaleza ya que la mayoría de los compuestos
biológicos son quirales.
18
ENANTIÓMEROS
El carbono 2, marcado con un asterisco, es quiral
porque tiene 4 sustituyentes distintos -OH,
-CH2CH3, -CH3, -H. Hay dos estereoisómeros de
este compuesto.
enantiómeros
Los estereoisómeros que son imágenes especulares
no superponibles reciben el nombre de
enantiómeros.
19
Transformación de fórmulas en perspectivas a
proyecciones en el plano
Ácido D-láctico
L-gliceraldehído
D-gliceraldehído
20

• Si una molécula tiene un único carbono quiral,
  sólo puede existir un par de enantiómeros.
• Si tiene dos carbonos quirales tiene un máximo
  de cuatro estereoisómeros (dos pares de
  enantiómeros).
• En general, una molécula con n carbonos quirales
  tiene un número máximo de 2n estereoisómeros
  posibles.
• Por ejemplo, el 3-bromo-2-butanol tiene dos
  carbonos quirales, por lo tanto, se esperaría 4
  estereoisómeros.

21
DIASTEREOISÓMEROS
Los estereoisómeros que no son imágenes
especulares se denominan diastereoisómeros.
Flechas horizontales enantiómeros Flechas
verticales y oblicuas diastereoisómeros
22
COMPUESTOS MESO
Estas dos estructuras del 2,3-butanodiol son
imágenes especulares y no pueden superponerse,
por lo tanto, estos dos compuestos son
enantiómeros
Estas dos estructuras del 2,3-butanodiol son
imágenes especulares, pero pueden superponerse,
por lo tanto, NO son enantiómeros, sino que se
trata del mismo compuesto. Es el compuesto meso.
Se denominan compuestos meso a aquéllos que, a
pesar de tener carbonos quirales, son aquirales
(no tienen actividad óptica) porque poseen un
plano de simetría.
23
MEZCLA RACÉMICA
Se denomina mezcla racémica o racemato, a aquélla
que contiene un par de enantiómeros en una
proporción del 50 de cada uno. Esta mezcla no
produce desviación de la luz polarizada, es
decir, no tiene actividad óptica.
24
PROYECCIONES DE FISCHER

• Las representaciones de Fischer son
  representaciones codificadas del diagrama de
  cuñas, son muy útiles para ilustrar estructuras
  que contienen más de un estereo centro. Todas las
  uniones en las estructuras son líneas simples
  pero se sigue una codificación Las líneas
  horizontales son uniones que se proyectan hacia
  afuera del plano del papel y las líneas
  verticales son uniones que se proyectan hacia
  atrás del plano del papel. Las proyecciones de
  Fischer se usan con más frecuencia cuando más de
  un centro estereogénico está presente en la
  molécula

25
EJEMPLOS
26
PROYECCIONES DE NEWMAN

• La proyección de Newman se obtiene al mirar la
  molécula a lo largo del eje C-C. El carbono
  frontal se representa por un punto, del que
  parten los tres enlaces que lo unen a los
  sustituyentes. El carbono de atrás se representa
  por un círculo y los enlaces que salen de este
  carbono se dibujan a partir de este círculo.

http//www.uhu.es/quimiorg/newman.html
27


GRACIAS POR TU ATENCIÓN
Construyendo proyecciones de Newman