El átomo de Carbono. Enlaces y Reaccionabilidad

GUSTAVO GIUNTOLI, ; NADIA WOITOVICH; SILVINA PESSINO

Química Orgánica para estudiantes de Ciencias Biológicas.

UNR EDITORA

Lugar: Rosario.; Año: 2010; p. 13 - 52

Resumen El elemento carbono presenta la propiedad especial de concatenarse mediante enlaces covalentes para formar largas moléculas lineales o sistemas de anillos. A su vez puede unirse a átomos de otros elementos como hidrógeno, oxígeno, nitrógeno, fósforo y los halógenos. Antes de formar un enlace químico, el átomo de carbono incrementa su energía e hibrida sus orbitales atómicos. Puede formar orbitales híbridos de tipo sp3, sp2 o sp. Luego superpone estos orbitales híbridos para formar enlaces frontales de tipo sigma. También puede superponer lateralmente orbitales p puros (no hibridados) para formar enlaces de tipo pi. Los enlaces frontales sigma dan origen a orbitales moleculares sigma, mientras que los enlaces laterales pi dan lugar a la formación de orbitales moleculares pi. Los electrones contenidos en los orbitales moleculares sigma permanecen cerca del eje internuclear, están muy retenidos por los núcleos y protegidos del ataque de reactivos electrofílicos. En cambio los electrones contenidos en orbitales moleculares pi forman nubes por encima y por debajo del eje internuclear, están muy poco retenidos por los núcleos (por estar más alejados) y están muy expuestos al ataque de reactivos electrofílicos. Esto hace que las moléculas que contienen enlaces pi sean en general más reactivas y menos estables que las que contienen sólo enlaces sigma. Llamamos electrones localizados a aquellos R= cadena carbonada 52 que permanecen siempre en el mismo orbital molecular, uniendo el mismo par de núcleos y electrones deslocalizados a aquellos que pueden moverse dentro de la estructura de la molécula y ser compartidos por más de un par de núcleos. La ruptura homolítica de un enlace covalente genera radicales libres (átomos o grupos de átomos con electrones desapareados), mientras que la ruptura heterolítica genera iones (átomos o grupos de átomos con déficit o sobrecarga electrónica). Las reacciones de sustitución implican el reemplazo de un grupo químico unido a un carbono, las de adición implican la rotura de un enlace múltiple seguida de la incorporación de un grupo químico y las de eliminación la formación de un enlace múltiple precedida por la pérdida de un grupo químico. En los enlaces químicos pueden producirse desplazamientos electrónicos causados por la diferente electronegatividad de los átomos que participan del enlace. Estos desplazamientos causan polarizaciones permanentes en las moléculas y dan origen a una variedad de reacciones. Los dos efectos electrónicos más importantes que estudiaremos en este curso son el efecto inductivo (desplazamiento electrónico sobre el eje de un enlace sigma con polarización parcial de la molécula) y el efecto mesomérico (apropiación de los electrones de un enlace pi con separación subsecuente de carga y ruptura del enlace covalente). El fenómeno de resonancia se refiere a la existencia de diferentes distribuciones electrónicas posibles en una molécula, mientras que el de tautomería indica la existencia de diferentes constituciones posibles en la molécula, es decir, diferente orden de enlace entre los átomos. En las moléculas orgánicas los átomos de carbono suelen combinarse con átomos de otros elementos, dando lugar a la aparición de los llamados «grupos funcionales» (agrupaciones constantes de átomos que le confieren al compuesto una característica particular). La presencia de una función orgánica definida determina la pertenencia de la molécula a un grupo característico de compuestos. Así, distintos tipos de compuestos orgánicos pueden definirse en base a la presencia de determinada función química, por ejemplo haloalcanos, alcoholes, fenoles, éteres, aminas, tioles, sulfuros, aldehídos, cetonas, ácidos carboxílicos, ésteres, haluros de ácidos, amidas, anhidridos, nitrilos, nitroderivados.