3.24: Imagen Orbital Molecular de Carbonilos

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A menudo es útil observar el cuadro orbital molecular de una molécula para aprender algo sobre su reactividad.

En el caso de los carbonilos, las ideas orbitales fronterizas nos dicen observar el orbital molecular desocupado más bajo (LUMO) y el orbital molecular ocupado más alto (HOMO).

Figura\(\PageIndex{1}\): Orbitales fronterizos en un compuesto carbonilo.

Cuando dos átomos diferentes se unen entre sí, los orbitales moleculares que forman no se distribuyen uniformemente entre los átomos. En cambio, el nuevo orbital molecular está más cercano en el espacio al átomo al que está más cercano en energía.

En el caso del carbono y el oxígeno, el oxígeno es más electronegativo que el carbono. Eso significa que sus electrones están más apretados que los del carbono, lo que significa que sus electrones son más bajos en energía que los de carbono.

Cuando el carbono y el oxígeno se combinan, resultan una orbital de unión y una orbital antiadhesión. El orbital de unión es menor en energía que los orbitales en carbono u oxígeno. Sin embargo, está más cerca en energía al oxígeno. Así, el orbital mismo está más centrado en el oxígeno. En otras palabras, los electrones en el enlace están más cerca del oxígeno que del carbono.

El orbital antiadhesión, por otro lado, está más cerca del carbono en energía, aunque es mayor en energía que el carbono u oxígeno. Está más centrada en el carbono que en el oxígeno. Eso significa que el “objetivo” para la donación de electrones se encuentra principalmente en el carbono. El carbono carbonílico es la posición electrófila.

Si los electrones van a ser donados a la molécula, la posición de energía más baja disponible para los electrones en la molécula es descrita por el LUMO. El LUMO en este caso es el orbital antiadhesión C=O pi* o pi.

Si el carbonilo va a donar electrones, los electrones vendrán del HOMO. En este caso, eso se refiere a los electrones no enlazantes. Estos electrones se encuentran en el oxígeno, y son equivalentes a los pares solitarios en la estructura de Lewis.

Ejercicio\(\PageIndex{1}\)

Explique qué sucede con la unión en la molécula si se dona un par de electrones al LUMO de H ₂ C=O.

Contestar: El LUMO en este caso es el π*, un nivel antiadhesión. Si los electrones pueblan este nivel, el enlace π se romperá.

Ejercicio\(\PageIndex{2}\)

Dibuje el diagrama frontera-orbital (incluyendo imágenes orbitales) para los siguientes compuestos.

a) CH ₃ OH b) H ₂ C=NH c) CH ₃ CN

Contestar

Ejercicio\(\PageIndex{3}\)

Problema CO5.3.

En el problema anterior, ¿qué imágenes MO se parecen más a la que se muestra para H ₂ C=O? ¿Qué compuestos se comportarán más como un compuesto carbonilo? Explique.

Contestar: Tanto la imina (b) como el nitrilo (c) tienen un nivel de antiunión pi bajo (π*), similar a un carbonilo.