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Juan Carlos GilJosé EdelsteinIgnacio CrespoBorja TosarFrancis VillatoroHéctor SocasLuisa Achaerandioorbital p perpendicular al bencenoelectrones deslocalizados en bencenoprobabilidad de electrones en bencenofunción de onda orbital mezcladasistemas fuertemente enlazados mecanocuánticosestabilidad extra enlaces correlacionadosventaja energética termodinámica enlacesdensidad electrónica entre átomos enlazantesorbitales antienlazantes desestabilizan energíallenado de orbitales enlazantes menor energíabenceno electrones pi orbitalesconfiguración capa cerrada bencenoorbitales enlazantes bencenoestructura cíclica plana sistema aromáticoorbitales moleculares pi conectados héctoresregla de huckel electrones pibenceno satisface regla huckelHéctor Socasregla de HückelJuan Carlos Gilorbital PValenciaiVooxorbitales PC6H6Scienceorbital atómico Shibridación SP2Huckel
Orbitales moleculares pi conectados héctores
Con
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Juan Carlos Gil describe las condiciones para un sistema aromático, enfatizando la necesidad de una estructura cíclica, plana y conjugada, junto con orbitales moleculares pi conectados.
…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 P que es perpendicular al plano de los anillos y como eso es un poco la probabilidad de que esté el electrón, ¿no? Claro. Si solapa con el del otro átomo, que también sale hacia arriba, pero también se ensancha al solaparse, pues esos electrones no están en uno o en otro; o sea, están deslocalizados por allí y claro, todo eso alrededor genera toda una zona de probabilidad no nula de estar esos electrones. Con lo cual no es que haya un electrón en un átomo, están por todo el anillo; es súper bonito eso. Otros dirían que mecanocuánticamente la función de onda de un orbital se mezcla, falta de mejor palabra con otra, y se hacen no independientes; de alguna forma están correlacionados o se podría hablar de eso, de sistemas fuertemente enlazados. Sí, es así; me alegro que lo descubras en 2026. Bueno, la gracia es que una vez que están estos enlaces así, ¿de dónde sale la estabilidad extra? Porque sí, eso que has dicho es posible, pero si no aporta una ventaja energética o termodinámica, pues no se formaría Bueno, la gracia es que tenemos orbitales moleculares de ese tipo que has descrito que se llaman enlazantes porque concentran densidad electrónica entre los átomos que enlazan, o sea, que proporcionan, que cuando se llenan con electrones su energía es menor y otros que llamamos antienlazantes que lo desestabilizan Entonces, dependiendo del número de electrones, vas a llenar antes, siempre se llenan antes los enlazantes, pero si te sobran y se llena algún antienlazante, pues no tendría tanta ventaja, ¿no? Bueno, pues resulta que el benceno, que es el bonito, precioso, 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,…
Significado #1 · Palabras #1
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 #5aromaticidad en moléculas benzenoestabilización adicional ciclo benzenohibridación sp2 anillo benzenoorbitales atómicos s y 2p carbonoesquelto hexagonal del bencenohibridación sp2 orbitales atómicosenlaces moleculares sigma carbonosdeslocalización electrónica en bencenoenlaces equivalentes entre carbono bencenoorbital p sin híbridar anillo benceno…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. 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 describe las condiciones para un sistema aromático, enfatizando la necesidad de una estructura cíclica, plana y conjugada, junto con orbitales moleculares pi conectados.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #1 · Palabras #1orbital p perpendicular al bencenoelectrones deslocalizados en bencenoprobabilidad de electrones en bencenofunción de onda orbital mezcladasistemas fuertemente enlazados mecanocuánticosestabilidad extra enlaces correlacionadosventaja energética termodinámica enlacesdensidad electrónica entre átomos enlazantesorbitales antienlazantes desestabilizan energíallenado de orbitales enlazantes menor energíabenceno electrones pi orbitalesconfiguración capa cerrada bencenoorbitales enlazantes bencenoestructura cíclica plana sistema aromáticoorbitales moleculares pi conectados héctoresregla de huckel electrones pibenceno satisface regla huckel…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 P que es perpendicular al plano de los anillos y como eso es un poco la probabilidad de que esté el electrón, ¿no? Claro. Si solapa con el del otro átomo, que también sale hacia arriba, pero también se ensancha al solaparse, pues esos electrones no están en uno o en otro; o sea, están deslocalizados por allí y claro, todo eso alrededor genera toda una zona de probabilidad no nula de estar esos electrones. Con lo cual no es que haya un electrón en un átomo, están por todo el anillo; es súper bonito eso. Otros dirían que mecanocuánticamente la función de onda de un orbital se mezcla, falta de mejor palabra con otra, y se hacen no independientes; de alguna forma están correlacionados o se podría hablar de eso, de sistemas fuertemente enlazados. Sí, es así; me alegro que lo descubras en 2026. Bueno, la gracia es que una vez que están estos enlaces así, ¿de dónde sale la estabilidad extra? Porque sí, eso que has dicho es posible, pero si no aporta una ventaja energética o termodinámica, pues no se formaría Bueno, la gracia es que tenemos orbitales moleculares de ese tipo que has descrito que se llaman enlazantes porque concentran densidad electrónica entre los átomos que enlazan, o sea, que proporcionan, que cuando se llenan con electrones su energía es menor y otros que llamamos antienlazantes que lo desestabilizan Entonces, dependiendo del número de electrones, vas a llenar antes, siempre se llenan antes los enlazantes, pero si te sobran y se llena algún antienlazante, pues no tendría tanta ventaja, ¿no? Bueno, pues resulta que el benceno, que es el bonito, precioso, 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,…
Juan Carlos Gil explica cómo el ciclopentadienuro puede volverse aromático al perder un protón, lo que permite que un carbono aporte electrones al anillo.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #16ciclopentadienuro pierde protónanión ciclopentadienuro complejo huckelaromaticidad con regla 4n más 2orbital p aporta electrones…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…
Juan Carlos Gil explica las diferencias entre el silicio y el carbono en relación con su estructura electrónica exterior y la fuerza de sus enlaces pi.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #6 · Palabras #4piridina representación aromática circulitocarbono enlaces pi nitrógeno piridinaaromaticidad piridina sistema pi conjugadoestructura electrónica exterior silicioenlaces pi carbono versus silicioorbitales p del carbono 2pelectronegativa silicio menor que carbonoenlaces sigma silicioestructura transdoblada silicioaromaticidad disminuida silicio…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 es posible tener otros átomos como nitrógeno que he ejemplificado y también los hay con oxígeno y azufre que pueden participar en estos sistemas pi conjugados. ¿Y qué pasa con? El silicio? El silicio pertenece al mismo grupo que el carbono, con lo cual su estructura electrónica exterior de Valencia es idéntica, pero es menos electronegativo. Sus orbitales p de fuera son 3p, los del carbono eran 2p, están en el grupo de arriba y por tanto sus enlaces pi resultan ser más débiles. Cuando dos silicios se ven tienden a formar enlaces normales en enlaces sigma y no enlaces pi. Es posible formar enlaces doble entre dos silicios pero tienden a adoptar lo que llamamos una estructura transdoblada. Los silicios y los sustituyentes que tengan por fuera se inclinan en sentidos opuestos, se retuercen y claro este retorcerse en 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…
Juan Carlos Gil plantea la imposibilidad de crear un anillo aromático similar al benceno utilizando silicio, debido a las propiedades estructurales del silicio.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #8persílico benzeno imposibilidad estructuralanillos anomáticos silicio estabilidad enlaces sigmaenlaces pi silicio retorcimiento molecular…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…