4.4: Factores en Cambio Químico- Geometría de Carbono
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- la geometría alrededor del átomo de carbono.
- la electronegatividad de los otros átomos unidos al carbono.
Primero veremos la influencia de la geometría.
En todos los espectros de hidrocarburos vistos anteriormente, los únicos picos observados se encuentran en el extremo derecho del espectro. El espectro de 13 C varía de aproximadamente 0 ppm a aproximadamente 200 ppm, y todos los picos que observamos estuvieron muy por debajo de 100 ppm. Una de las cosas que esos compuestos tenían en común (ciclohexano, butano, pentano) era que solo contienen carbonos tetraédricos (o sp 3). Y, de hecho, ese tipo de átomo de carbono generalmente se muestra por debajo de 100 ppm (típicamente por debajo de 80 ppm) en el espectro de 13 C.
Esa es una tendencia importante a conocer, porque los carbonos tetraédricos son bastante comunes en la naturaleza. Otra forma de átomo de carbono, plano trigonal, también es bastante común. A diferencia de los carbonos tetraédricos, estos carbonos aparecen en la mitad izquierda del espectro, entre 100 y 200 ppm.
Como regla general:
- sp 2 o carbonos planos trigonales absorben en la mitad izquierda del espectro (100 - 200 ppm).
- sp 3 o los carbonos tetraédricos absorben en la mitad derecha del espectro (0 - 100 ppm).
En el espectro de RMN de 13 C de otro hidrocarburo, el 1-hexeno, la mayoría de los picos aparecen en el extremo derecho, pero otros dos aparecen más a la izquierda. Una comparación de las estructuras te dirá que estos dos picos son de los carbonos de doble enlace.
El alqueno, 1-hexeno, muestra cuatro picos por debajo de 20 ppm y dos cerca de 100 ppm. Los dos carbonos que absorben cerca de 100 ppm son los dos carbonos trigonales que forman el grupo funcional alqueno; los otros son carbonos tetraédricos.
Recuerde, una regla general significa que habrá excepciones. Podrías ver sp 2 carbonos a 210 ppm o 95 ppm, por ejemplo. No es probable que los veas a 30 ppm, sin embargo.
Hay algunos factores más sutiles que influyen en el desplazamiento de un átomo de carbono en el espectro, teniendo que ver con lo que están los grupos vecinos en el compuesto. Por ejemplo, un carbono tetraédrico se desplaza un poco campo abajo si está junto a un carbono plano trigonal. La razón tiene que ver con la forma en que el campo magnético que se utiliza en este experimento recluta los electrones de los dobles enlaces, esencialmente magnetizándolos, también.
Lo mismo sucede si los carbonos planos trigonales están cerca de otros carbonos planos trigonales. Al igual que en el caso tetraédrico, estos carbonos sp 2 pueden ser arrastrados hacia la izquierda bajo la influencia de dobles enlaces vecinos. Como resultado, los carbonos en los anillos de benceno se muestran ligeramente a la izquierda de los carbonos en los alquenos.
- Los carbonos sp 2 en alquenos aparecen cerca del extremo superior de la mitad del espectro sp 2 (generalmente alrededor de 100-120 ppm).
- sp 2 carbonos en sistemas aromáticos como el benceno absorben un poco más abajo que los alquenos (alrededor de 120-160 ppm).
Otro compuesto que contiene tanto los carbonos sp 2 como sp 3 es el tolueno o metilbenceno. Su espectro de RMN de 13 C muestra un pico cerca de 30 ppm y cuatro entre 120 y 130 ppm.
Dibuje un espectro aproximado de RMN de 13 C para cada uno de los siguientes compuestos. Deberás tener en cuenta la simetría y la geometría del carbono.
- Contestar
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Determinar si los siguientes picos representan sp 2 (plano trigonal) o sp 3 (tetraédrico) átomos de carbono.
a) 27 ppm b) 198 ppm c) 112 ppm d) 15 ppm e) 79 ppm f) 164 ppm
- Contestar
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a) sp 3 b) sp 2 c) sp 2 d) sp 3 e) sp 3 f) sp 2
Además, también hay carbonos lineales en la química orgánica, aunque son mucho menos comunes como los carbonos tetraédricos y trigonales. Los carbonos lineales o sp absorben a aproximadamente 60 a 100 ppm, algo así como en la mitad del espectro. En su mayoría se ven alrededor de 60-80 ppm, por lo que se superponen considerablemente con los carbonos sp 3.
- sp o carbonos lineales absorben alrededor de 60-100 ppm.
- Claramente, algunos carbonos sp 3 absorben a frecuencias similares a los carbonos sp. Ten cuidado.
Un ejemplo de un compuesto que contiene carbonos sp es 1-hexino. Su espectro se muestra a continuación.
