Modelo del Orbital Molecular (OM)
TEMA 4
Moléculas con enlaces múltiples C-C.
Carbono es uno de
los elementos con mayor capacidad para formar enlaces múltiples consigo
mismo. Vamos a describir el enlace en las moléculas de:
Etileno
La molecula de etileno, C2H4, es el ejemplo más sencillo de una molécula
con enlace doble C=C. Los compuestos que contienen este enlace se denominan
compuestos olefínicos.
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De acuerdo con la teoría de enlace de valencia, en la molécula de etileno el carbono utiliza orbitales híbridos sp2. Cada átomo de carbono utiliza dos orbitales híbridos para unirse a un carbono y a dos hidrógenos. Estos cinco enlaces forman el esqueleto de enlace s de la molécula.
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Cada átomo de carbono dispone de otro o.a. p con el el que forma el enlace p C-C. Por simplificación se suele utilizar el modelo de OM para describir tan solo el enlace p C-C.
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Este es un diagrama de OM simplificado. Para un diagrama más compleyo PULSAR.
Acetileno
La molecula de acetileno, C2H2,
es el ejemplo más sencillo de una molécula con enlace triple
CC. Los compuestos que contienen este enlace se denominan compuestos acetilénicos.
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El modelo de enlace
de valencia explica el enlace aceptando que cada átomo de C utiliza
dos o.a. sp para formar el enlace C-H y otro C-C. Estos enlaces constituyen
el esqueleto de enlaces sigma.
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Los dos o.a. restantes,
px y py, que tienen un electrón sin compartir
se utilizan en la formación de los enlaces p.
A continuación vemos el esquema de OM correspondiente al sistema de
enlaces p.
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La diferencia más importante entre los modelos consiste en que en OM como resultado de la combinación de los cuatro o.a. , 2px y 2py, se generan cuatro o.m. p, dos enlazantes y dos antienlazantes. Los cuatro electrones que existian en los o.a. del carbono ocupan los dos o.m. enlazantes, de menor energía que los o.a. de partida, lo que aumenta la estabilidad de la molécula.
La teoría de OM es especialmente útil para describir el enlace en molécula en las que existe deslocalización de electrones. como sucede en el benceno.
Benceno.
La molécula de benceno es la más sencilla de una familia
de compuestos que contienen un anillo de seis átomos de carbono con
un sistema de dobles enlaces conjugados. El modelo de EV no explica de modo
completamente satisfactorio el enlace en la molécula de benceno ya
que utiliza las dos formas resonantes escritas en la figura que presentan
tres enlaces dobles C=C alternados.
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La molécula de benceno es un intermedio o híbrido de las dos estructuras resonantes anteriores que no corresponden a ningúna especie química "real". Los enlaces p se encuentran deslocalizados en el anillo bencénico. Sin embargo el benceno no tiene las propiedades de los compuestos olefínicos. Las propiedades del benceno son diferentes a las de los compuestos con enlace C=C.
Para describir la molécula de benceno mediante el modelo de OM vamos a partir del esqueleto de enlaces sigma de la molécula, que se muestra en la figura siguiente.
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Cada átomo de carbono tiene un o.a. p, semiocupado, perpendicular al plano de la molécula. (Comparar esta situación con la de la molécula de etileno). El diagrama de OM que vamos a describir, se centra en la interacción de los seis o.a. semiocupados que genera seis o.m. todos ellos de simetría p.
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p6*
p1
p4*
p2En la figura se muestran las superficies de algunos de los o.m. más representativos, el totalmente simétrico y de menor energía, p1, y el de mayor energía p6*. Como regla general, cuanto mayor es el número de nodos en el o.m., mayor es la energía del mismo.
Tanto los compuestos
acetilénicos como los aromáticos absorben luz de longitud de
onda dentro del rango del ultravioleta. Estas radiaciones producen tránsitos
de electrones p desde orbitales enlazantes
ocupados a o.m. antienlazantes vacíos.
El sistema de enlaces p conjugado confiere
al anillo aromático una gran estabilidad. Cualquier reacción
que de lugar a la pérdida de la aromaticidad va a ser poco favorable.
De hecho los compuestos aromáticos no experimentan reacciones de adición
a los dobles enlaces como sucede en los compuestos olefínicos.