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Juan Carlos GilJosé EdelsteinIgnacio CrespoBorja TosarFrancis VillatoroHéctor SocasLuisa Achaerandioestructura cíclica plana sistema aromáticoorbitales moleculares pi conectados héctoresregla de huckel electrones pibenceno satisface regla huckelciclo butadieno primeros cursos químicabutano cuatro carbonos química orgánicaregla mnemotécnica hidrocarburos proropinaciclo butadieno sistema antiaromáticoelectrones pi ciclo butadienoforma rectangular ciclo butadienociclopentadienuro ejemplo antiaromaticidadcarbono hibridación sp3 ciclopentadienoenlaces dobles sencillos ciclopentadienurociclopentadienuro pierde protónanión ciclopentadienuro complejo huckelaromaticidad con regla 4n más 2orbital p aporta electronesaromaticidad ciclo piridinanitrógeno hibridación sp2 piridinaregla de huckel piridina aromáticaJuan Carlos Gilregla de Hückelvitamina B3BorjaHückelNICSformas de KekuléFrancis VillatoroScienceHeuchelHéctor SocasC6H6orbitales P
Forma rectangular ciclo butadieno
Con
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Juan Carlos Gil describe las características del ciclo butadieno, explicando que este sistema no es aromático debido a la cantidad de electrones pi que posee.
…tiene exactamente seis electrones pi, de los seis, uno que venía de cada uno de los carbonos, que llenan exactamente los tres orbitales enlazantes y dejan vacíos exactamente todos los antienlazantes en lo que llamamos una configuración de capa cerrada. Entonces un sistema aromático fetén es el que tiene esta estructura de capa cerrada. Por tanto, las condiciones para un sistema, las condiciones canónicas, digamos, de la aromaticidad son: un sistema cíclico, aproximadamente plano, conjugado, que tenga esta cosa de los orbitales que ha descrito Héctor conectados, de tal forma que al final tengas enlaces moleculares, perdón, orbitales moleculares pi alrededor de todo el anillo y para hacer los números energéticos que satisfaga la archiconocida regla de Huckel, esta de que debe tener 4n más 2 electrones pi de forma que exactamente se obtenga la configuración de capa cerrada. Y en el benceno hay seis electrones que satisface Huckel con N igual a uno. El contraste clásico que enseñan siempre los primeros cursos de química sería el ciclo butadieno. Butano tiene cuatro carbonos. A mí esto me lo enseñaron el primer día de carrera y una regla mnemotécnica: métete la proropina en el bote. Metano, etano, propano, butano. Métete la propina en el bote. El ciclo butadieno son cuatro átomos de carbono formando un cuadrado, un ciclo con dos enlaces dobles y dos sencillos alternantes. Si contamos los electrones P salen 4N, que nos satisface 4N más 2, es el caso peor por cierto, y es lo que se llama un sistema antiaromático. Así que este cuadrado con dos enlaces dobles y dos sencillos no es aromático para nada de hecho se distorsiona y su forma de verdad es un rectángulo; hay dos enlaces un poquito más cortos. los dobles y de otros dos un poquito más largos nada de aromaticidad es anti aromático y otro ejemplo útil que quería comentar rápidamente porque nos viene bien para lo que luego sigle es el ciclopentadienuro el ciclo pentadieno es otra vez un ciclo de carbonos, en este caso 5, pero 5 es impar y por tanto no podemos tener el mismo número de dobles que de sencillos así que hay dos enlaces dobles y tres sencillos, con lo cual en uno de los vértices del pentágono llegan dos enlaces sencillos ese carbono no tiene hibridación sp3, es un CH, perdón, sp2, tiene hibridación sp3 porque es un CH2 e interrumpe la conjugación completa Pero, o sea, ahí no hay aromaticidad, pero el sistema puede perder un protón, un protón del CH2, con lo cual ese carbono aporta al anillo el par de electrones que le enlazaban al hidrógeno que ya no está y que quedan en ese orbital P y ahora sí, teníamos 5 carbonos, teníamos 4 electrones antes de los otros 4 carbonos y este aporta 2 nuevos y por tanto hay un total de 6, con lo cual el anión resultante ciclopentadienuro sí es aromático, el cabrito de ahí, sí tiene complejo Huckel, de nuevo 4n más 2 con n igual a 1, igualito que el benceno y la representación correcta es un pentágono con un circulito dentro para representar la aromaticidad y un menos dentro del circulito porque es un anion, ¿vale? Y otra cosa que le puede pasar a los ciclos aromáticos y que no tienen por qué romper la aromaticidad es cambiar un carbono por otro elemento, la piridina. La piridina es un ciclo de 6 como un benceno pero uno de los carbonos pasa a ser un nitrógeno; este nitrógeno se hibrida también SP2, aporta un electrón igual que antes y suman de nuevo 6 electrones pi, se cumple la regla de Huckel y la molécula es aromática. De nuevo la representación canónica es un hexágono, en este caso uno de los vértices, hay que poner una N; si no se pone nada en una molécula orgánica es Un carbono, pero si es otra cosa hay que ponerlo y un circulito de aromaticidad. Que está la piridina, el 90% de las veces se representa mal, es completamente aromática y hay que ponerle el circulito. Bueno, así que el carbono forma enlaces pi con facilidad y…
Significado #1 · Palabras #1
Juan Carlos Gil explica la propiedad de aromaticidad en moléculas, destacando su importancia y cómo proporciona una estabilización adicional que altera la química.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #18aromaticidad en moléculas benzenoestabilización adicional ciclo benzenohibridación sp2 anillo benzenoorbitales atómicos s y 2p carbono…suyo cuando se hacen estas cosas, pero que es una gran casualidad por otra parte. Decía que la aromaticidad es un concepto fundamental en química y también un poquito esquivo y quería hacer una introducción primero de química a qué supone esto. El resumen es Que una molécula con varios átomos dispuestos en anillo puede, siempre, presentar esta propiedad de la aromaticidad cuando ciertos, no todos, electrones se deslocalizan alrededor del ciclo y esto proporciona una estabilización adicional de la molécula respecto de moléculas semejantes sin esta propiedad y esa estabilización cambia la química, o sea, la cambia completamente. Ejemplo paradigmático, ya lo mencionaba Héctor, el benzeno, C6H6, en el que cada uno de los seis carbonos se enlaza con dos adyacentes formando un hexágono y el enlace que le queda va hacia atrás y se coloca un hidrógeno, en el caso del benzeno, el más sencillo. Cada uno de los seis carbonos combina un orbital atómico S de partida y 2P para hacer una hibridación SP2 en el plano del anillo, en triangulito. Entonces dos de esos enlaces nuevos forman enlaces moleculares sigma, enlaces normales con dos carbonos. Vecinos y el tercero que le queda hacia atrás; pues ahí se engancha el hidrógeno y de esta forma se forma el esqueleto hexagonal del benceno.…
Juan Carlos Gil explica cómo la densidad electrónica se deslocaliza en el benceno, formando una estructura donde los enlaces entre carbonos son equivalentes.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #20deslocalización electrónica en bencenoenlaces equivalentes entre carbono bencenoorbital p sin híbridar anillo benceno…Vecinos y el tercero que le queda hacia atrás; pues ahí se engancha el hidrógeno y de esta forma se forma el esqueleto hexagonal del benceno. Pero, y está la gracia, he descrito tres de los que se forman; queda un orbital P sin híbridar, que tiene dos lóbulos, uno para arriba y otro para abajo del anillo, y entonces la densidad electrónica de los electrones que se coloquen ahí solapan con la de los carbonos cercanos y se deslocaliza. Es lo que forman los anillos, como si fuesen dos flotadores, uno por encima y otro por debajo del plano. Por eso el benceno no es un hexágono con tres enlaces sencillos y tres dobles, que todavía lo veo alguna vez; no son tres enlaces sencillos y tres dobles fijos, en realidad sus seis enlaces entre carbono son absolutamente idénticos, son equivalentes y los electrones estos pi están deslocalizados. Esta es la gracia, alrededor de todo el anillo y por eso la forma correcta de representarlo es con un hexágono con un circulito dentro. Yo recuerdo que a mí me lo explicaron de la forma mal que dijiste al principio, o sea, esto yo lo he aprendido recientemente, pero a mí me lo explicaron en clase de química en COU que había enlaces sencillos y dobles y que iban saltando; el doble iba saltando…
Juan Carlos Gil explica la forma clásica de representar el benceno como dos estructuras resonantes llamadas formas de Kekulé, aunque señala que esta representación ya no es válida.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #9formas kekulé representación del bencenoenlace doble salto electrónico bencenodiagrama formas kekulé…a mí me lo explicaron de la forma mal que dijiste al principio, o sea, esto yo lo he aprendido recientemente, pero a mí me lo explicaron en clase de química en COU que había enlaces sencillos y dobles y que iban saltando; el doble iba saltando de uno a otro. Y entonces iba. Esa es la forma clásica, dos estructuras resonantes que se llaman formas de Kekulé, pero esa, vamos, que ya no tiene sentido decir eso, ¿vale? Lo que pasa es que esto te ayuda a hacer diagramas de cómo salta un enlace doble y deja un electrón libre, bueno, ayuda, pero... Pero me parece muy bonito la explicación correcta, que tú la has pasado como muy rápidamente. Es que si no, tres días me tiro aquí. Ya, bueno, no, pero no es por eso; es por el tema de lo bonito que tiene de cuántico el hecho de que es eso. Tienes ese orbital…
Juan Carlos Gil describe las características del ciclo butadieno, explicando que este sistema no es aromático debido a la cantidad de electrones pi que posee.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #1 · Palabras #1estructura cíclica plana sistema aromáticoorbitales moleculares pi conectados héctoresregla de huckel electrones pibenceno satisface regla huckelciclo butadieno primeros cursos químicabutano cuatro carbonos química orgánicaregla mnemotécnica hidrocarburos proropinaciclo butadieno sistema antiaromáticoelectrones pi ciclo butadienoforma rectangular ciclo butadienociclopentadienuro ejemplo antiaromaticidadcarbono hibridación sp3 ciclopentadienoenlaces dobles sencillos ciclopentadienurociclopentadienuro pierde protónanión ciclopentadienuro complejo huckelaromaticidad con regla 4n más 2orbital p aporta electronesaromaticidad ciclo piridinanitrógeno hibridación sp2 piridinaregla de huckel piridina aromática…tiene exactamente seis electrones pi, de los seis, uno que venía de cada uno de los carbonos, que llenan exactamente los tres orbitales enlazantes y dejan vacíos exactamente todos los antienlazantes en lo que llamamos una configuración de capa cerrada. Entonces un sistema aromático fetén es el que tiene esta estructura de capa cerrada. Por tanto, las condiciones para un sistema, las condiciones canónicas, digamos, de la aromaticidad son: un sistema cíclico, aproximadamente plano, conjugado, que tenga esta cosa de los orbitales que ha descrito Héctor conectados, de tal forma que al final tengas enlaces moleculares, perdón, orbitales moleculares pi alrededor de todo el anillo y para hacer los números energéticos que satisfaga la archiconocida regla de Huckel, esta de que debe tener 4n más 2 electrones pi de forma que exactamente se obtenga la configuración de capa cerrada. Y en el benceno hay seis electrones que satisface Huckel con N igual a uno. El contraste clásico que enseñan siempre los primeros cursos de química sería el ciclo butadieno. Butano tiene cuatro carbonos. A mí esto me lo enseñaron el primer día de carrera y una regla mnemotécnica: métete la proropina en el bote. Metano, etano, propano, butano. Métete la propina en el bote. El ciclo butadieno son cuatro átomos de carbono formando un cuadrado, un ciclo con dos enlaces dobles y dos sencillos alternantes. Si contamos los electrones P salen 4N, que nos satisface 4N más 2, es el caso peor por cierto, y es lo que se llama un sistema antiaromático. Así que este cuadrado con dos enlaces dobles y dos sencillos no es aromático para nada de hecho se distorsiona y su forma de verdad es un rectángulo; hay dos enlaces un poquito más cortos. los dobles y de otros dos un poquito más largos nada de aromaticidad es anti aromático y otro ejemplo útil que quería comentar rápidamente porque nos viene bien para lo que luego sigle es el ciclopentadienuro el ciclo pentadieno es otra vez un ciclo de carbonos, en este caso 5, pero 5 es impar y por tanto no podemos tener el mismo número de dobles que de sencillos así que hay dos enlaces dobles y tres sencillos, con lo cual en uno de los vértices del pentágono llegan dos enlaces sencillos ese carbono no tiene hibridación sp3, es un CH, perdón, sp2, tiene hibridación sp3 porque es un CH2 e interrumpe la conjugación completa Pero, o sea, ahí no hay aromaticidad, pero el sistema puede perder un protón, un protón del CH2, con lo cual ese carbono aporta al anillo el par de electrones que le enlazaban al hidrógeno que ya no está y que quedan en ese orbital P y ahora sí, teníamos 5 carbonos, teníamos 4 electrones antes de los otros 4 carbonos y este aporta 2 nuevos y por tanto hay un total de 6, con lo cual el anión resultante ciclopentadienuro sí es aromático, el cabrito de ahí, sí tiene complejo Huckel, de nuevo 4n más 2 con n igual a 1, igualito que el benceno y la representación correcta es un pentágono con un circulito dentro para representar la aromaticidad y un menos dentro del circulito porque es un anion, ¿vale? Y otra cosa que le puede pasar a los ciclos aromáticos y que no tienen por qué romper la aromaticidad es cambiar un carbono por otro elemento, la piridina. La piridina es un ciclo de 6 como un benceno pero uno de los carbonos pasa a ser un nitrógeno; este nitrógeno se hibrida también SP2, aporta un electrón igual que antes y suman de nuevo 6 electrones pi, se cumple la regla de Huckel y la molécula es aromática. De nuevo la representación canónica es un hexágono, en este caso uno de los vértices, hay que poner una N; si no se pone nada en una molécula orgánica es Un carbono, pero si es otra cosa hay que ponerlo y un circulito de aromaticidad. Que está la piridina, el 90% de las veces se representa mal, es completamente aromática y hay que ponerle el circulito. Bueno, así que el carbono forma enlaces pi con facilidad y…
Juan Carlos Gil explica que los cálculos indican que es extremadamente difícil construir un anillo aromático similar al benceno utilizando seis átomos de silicio.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #11cálculos vinicio estructura siliciojaula tridimensional enlaces sigma siliciopersílico benzeno imposibilidad estructuralanillos anomáticos silicio estabilidad enlaces sigmaenlaces pi silicio retorcimiento molecular…un anillo pues claramente favorece que se pliegue y dificulta todavía más el solape que decíamos de los orbitales p para formar enlaces pi y por tanto la aromaticidad se ve disminuida, se ve poco favorecida. ¿Se puede o no, Juan Carlos, después de este rollo? construir un arillo aromático como el benzeno con seis átomos de silicio? Pues se han hecho cálculos a vinicio completos y dicen que es tremendamente difícil, ¿vale? Que las formas de ese compuesto que se podrían formar, desde luego no son planes y aromáticas, sino una especie de jaula tridimensional en la que se forman siete enlaces sigma entre distintos silicios, ¿vale? O sea, el benzeno con silicio, el persílico benzeno creo que sería, pues simplemente no es posible; el universo se nos pone en contra. Vale, pero ¿es posible algún otro anillo anomático con átomos de silicio que consigamos que no se pliegue de alguna forma? Que no se retuerza y que no forme finalmente tantos enlaces sigma que son más estables y forzarle a ponerle algunos pi. Esto es tremendamente importante esta pregunta; parece una chorrada, pero esos potenciales aromáticos de silicio podrían abrir toda una nueva familia de nuevos materiales y catalizadores como ya hacen los aromáticos de carbono, ¿no? Y vete tú a saber qué…
Juan Carlos Gil explica el objetivo de la investigación en anillos de silicio, centrándose en el pentasilaciclopentadienuro y su analogía con los metalocenos.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #6pentasilaciclopentadienuro análogo metalocenosferroceno ejemplo de metalocenoanillos pentagonales carga negativa ligandoanálogos con silicio ferrocenociclopentadienuros de silicio science…Un compuesto tremendamente reactivo, muy sensible al aire y a la humedad y bueno, pues el triángulo de silicios este pues no da para lanzar cohetes y claro, el interés está en anillos mayores Así que siguiente pregunta, ¿es posible ir un poquito más allá? Y el objetivo de todo el mundo era el anillo de 5, el pentasilaciclopentadienuro, el ciclopentadienuro de que os he contado antes pero con silicios, ¿vale? Un anillo de 5 silicios, carga negativa y 6 electrones pi que sería análogo al que os he dicho antes y que, por cierto, este análogo, este de carbono es tremendamente importante porque es el ligando de los metalocenos; hasta os ha podido sonar alguna vez, compuesto sandwich, que se ponen dos de estos anillos pentagonales, que son aniones, por tanto tienen carga negativa, y en medio, como un bocata, un átomo metálico, un cation metálico, ¿vale? Y el paradigmático es el ferroceno, eso seguro que lo habéis oído, con hierro, ¿no? O sea que eso da lugar a una química pues muy variada. Entonces, ¿este análogo con silicio es posible? Pues se lleva intentando, yo que sé, 50 años y todos los intentos han fracasado repetidamente hasta que el mismo día, como decía Francis, aparecen dos artículos, que voy a leer los títulos: Ciclopentadienuros de silicio con un anillo silicio-5 aromático de 6 electrones pi no plano y pentasilaciclopentadienuro, una especie aromática de Heuchel en la frontera entre resonancia y equilibrio. Como decíamos, se publicaron en el mismo número de Science, por acuerdo de los autores; el primer artículo lo firman Takeaki Iwamoto y sus colaboradores de la Universidad de Tohoku, en Japón, y el segundo lo firman Ankur, Bernd Mongansten y David, apellido impronunciable, lo siento, ni me atrevo, ¿vale? Este último es el Pope, es el director de tesis de Ankur de la…
Juan Carlos Gil explica cómo ambos equipos de investigación utilizan cálculos de teoría de la funcional de la densidad para estimar el campo magnético inducido en el anillo de cinco silicios.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #7teoría funcional densidad campo magnéticodesplazamiento químico independiente núcleo nicscarácter aromático anillo siliciociclo pentadienuro carbono referencia aromática…que están colgando de los TIP, de los grupos gordos TIP que os decía antes y bueno, se ven perfectamente las dos caras del anillo, lo que concuerda con el hecho de que el litio esté coordinado preferentemente por una de ellas, no por las dos a la vez. Y siguen y de nuevo los dos equipos coinciden en la siguiente técnica: utilizan cálculos de teoría de la funcional de la densidad, con ellos calculan una cosa que se llama desplazamiento químico independiente del núcleo, NICS; y resumiendo, estiman el campo magnético que ha inducido en zonas por encima y por debajo del plano. Y resumiendo, los números de este cálculo respaldan bastante bien cierto carácter aromático, aunque la respuesta magnética del anillo este de silicios no es igual que la del ciclo pentadienuro de carbono, ni mucho menos; el campeón de los aromáticos sigue siendo los carbonos, pero desde luego es una pista muy buena. El equipo japonés siguió e hizo espectroscopía ultravioleta visible e hizo cálculos también de funcional de la densidad dependiente del tiempo para interpretar las bandas de absorción de la espectroscopía y se vio claramente como los grupos TIP estos y la…
Juan Carlos Gil explica que existen diferentes configuraciones de anillos aromáticos, como el antraceno y el naftaleno, que se forman al unir varios ciclos, y menciona la vitamina B3 como un derivado de la pirimidina.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #4 · Palabras #13antraceno y naftaleno anillos aromáticosvitamina b3 derivado de pirimidinaanillos de carbono flexibles…se podría hacer también otro anillo diferente. Claro, se trata de jugar igual que ha jugado la naturaleza y la química orgánica con la regla de Huckel; lo que pasa es que hasta ahora creíamos que era imposible, creíamos que no éramos capaces de estabilizarlo. Sí, y sobre un único ciclo, pero hay antraceno, naftaleno, que es juntando varios de estos, y hay anillos de 6, de 8, de 10, y muchos de ellos son aromáticos; cada vez más difíciles y se te empiezan a doblar, porque esto, en fin, son cosas razonablemente flexibles. Pero la vitamina B3 es un derivado de la pirimidina, o sea, las posibilidades son tremendas hasta llegar a las formas de vida que siempre menciona Borja, que nosotros estamos en carbono, pero vete tú a saber por ahí. ¿Y por qué pronuncias Hückel? Representa como con una I, ¿no? Porque no sé, se me da muy mal pronunciar el alemán, es Hückel, ¿no? Un alemán, lleva una diéresis, ya una U Una U pura, sí, Huckel, vale Algo así, suena más alemán, hay que pronunciarlo en placa alemán Pero básicamente se…