6.E: Vinculación en Moléculas Orgánicas (Ejercicios)

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Ejercicio 6-1 Escribe la configuración de estado fundamental para un átomo de helio con dos electrones desapareados\(\left( \ce{He} \: \uparrow \uparrow \right)\) que esté de acuerdo con el principio Pauli. Dale tu razonamiento.

Ejercicio 6-2 Formular la configuración electrónica de\(\ce{He_2}\) y de\(\ce{He_2^+}\) manera similar a la Figura 6-6 (b). El ion\(\ce{He_2^+}\) ha sido detectado espectroscópicamente; sugieren una razón por la cual este ion es más estable que\(\ce{H_2^+}\).

Ejercicio 6-3 Escribir configuraciones electrónicas, como en la Figura 6-6, para tres estados excitados diferentes de\(\ce{H_2}\), todos los cuales concuerdan con el principio Pauli. Arreglarlos en orden de estabilidad esperada. Muestra tu razonamiento.

Ejercicio 6-4 Indicar la probable hibridación de los orbitales\(\sigma\) -enlazantes en los átomos marcados con una estrella para cada una de las siguientes moléculas.

a. cianuro de hidrógeno,\(\ce{H} - \overset{*}{\ce{C}} \ce{\equiv N}\)
b. disulfuro de carbono,\(\ce{S} \overset{*}{\ce{C}} \ce{=S}\)
c. metanimina,\(\ce{H_2} \overset{*}{\ce{C}} \ce{=NH}\)
d. ion fosfonio,\(^\oplus \overset{*}{\ce{P}} \ce{H_4}\)
e. diclorometano,\(\overset{*}{\ce{C}} \ce{H_2Cl_2}\)
f. ácido nítrico,
g.\(\ce{H_2} \overset{*}{\ce{C}} \: ^{2+}\)
h.*\(\ce{H_2} \overset{*}{\ce{C}} \colon\)

Ejercicio 6-5 Examinar las siguientes estructuras y predecir la geometría más probable, utilizando conceptos de hibridación orbital. Indique si la molécula debe ser plana o no planar, y enumere los valores aproximados esperados para los ángulos de enlace.

a.\(\ce{SiCl_4}\)
b.\(\ce{HCOO}^\ominus\)
c.\(\ce{CH_3-C \equiv CH}\)
d.\(\ce{F_2C=C=CF_2}\)
e.\(\ce{(CH_3)_3O}^\oplus\)
f.
g.

Ejercicio 6-6 La distancia de\(\ce{P-H}\) unión en\(\ce{PH_3}\) es\(1.42 \: \text{Å}\) y la distancia de\(\ce{N-H}\) unión en\(\ce{NH_3}\) es\(1.01 \: \text{Å}\). Utilice el ángulo de enlace de\(93^\text{o}\) para\(\ce{PH_3}\) y\(107.3^\text{o}\) para\(\ce{NH_3}\) y calcule la distancia entre los hidrógenos para cada molécula. ¿Esperarías que la repulsión entre los núcleos de hidrógeno en\(\ce{PH_3}\) sea más, o menos, que en\(\ce{NH_3}\)?

Ejercicio 6-7 Escribir estructuras de pares de electrones incluyendo pares de unión y no compartidos para cada uno de los siguientes compuestos. Predecir la forma preferida de la molécula como lineal, angular, plana y triangular, tetraédrica o piramidal.

a.\(^\oplus \ce{NO_2}\)
b.\(\ce{CS_2}\)
c.\(\ce{O=C=C=O}\)
d.\(\ce{H_2C=NH}\)
e.\(\ce{HN=NH}\)
f.\(\ce{CH_3^-}\)
g.\(\ce{ClNO}\)
h.\(\ce{NH_2}\)
i.\(\ce{BH_4^-}\)

Ejercicio 6-8* Utilice argumentos de electrón-repulsión para explicar lo siguiente:

a. El ángulo de\(\ce{H-N-H}\) unión en\(\ce{NH_4^+}\) es mayor que en\(\ce{NH_3}\).

b. El ángulo de\(\ce{H-N-H}\) unión en\(\ce{NH_3}\)\(\left( 107.3^\text{o} \right)\) es mayor que los ángulos de\(\ce{F-N-F}\) unión en\(\ce{NF_3}\)\(\left( 102.1^\text{o} \right)\).

c. El\(\ce{Cl-C-Cl}\) ángulo en\(\ce{Cl_2C=O}\) (fosgeno,\(111.3^\text{o}\)) es menor que el\(\ce{H-C-H}\) ángulo en\(\ce{H_2C=O}\) (metanal,\(118^\text{o}\)).

d. El\(\ce{H-C-H}\) ángulo en metanal\(\left( 118^\text{o} \right)\) es mayor que el\(\ce{H-C-H}\) ángulo en eteno\(\left( 116.7^\text{o} \right)\).

Ejercicio 6-9 Configurar modelos atómico-orbitales para representar las estructuras híbridas de\(\ce{NO_3^-}\),\(\ce{CO_3^{2-}}\), y\(\ce{N_2O}\).

Ejercicio 6-10 Establecer un modelo orbital atómico de cada una de las siguientes estructuras con valores normales para los ángulos de enlace. Evaluar cada modelo para resonancia potencial (deslocalización de electrones). Si la resonancia le parece posible, dibuje un conjunto de estructuras razonables de enlace de valencia para cada híbrido.

a.\(\ce{CH_2=CH} - \overset{\oplus}{\ce{C}} \ce{H_2}\)
b.\(\ce{CH_2=CH-CH_2} - \overset{\oplus}{\ce{C}} \ce{H_2}\)
c.\(\ce{CH_3}- \overset{\oplus}{\ce{C}} \ce{H_2}\)
d.\(\ce{CH_3CO} \overset{\ominus}{\ce{O}}\)
e.

Ejercicio 6-11* Dibujar estructuras de enlace de valencia para el radical fenilmetilo,\(\ce{C_6H_5CH_2} \cdot\), y el radical 4-metilfenilo,. Explique por qué los\(\ce{C-H}\) enlaces metilo del metilbenceno (tolueno) son más débiles que los\(\ce{C-H}\) enlaces del anillo (ver Cuadro 4-6).

Ejercicio 6-12 Sugerir por qué la molécula\(\ce{Be_2}\) aparentemente es tan inestable que no se ha observado. Explique por qué\(\ce{Be}\) con una configuración electrónica de shell exterior de\(\left( 2s \right)^2\) formularios\(\ce{BeCl_2}\), mientras que\(\ce{He}\) con la configuración\(\left( 1s \right)^2\) no se forma\(\ce{HeCl_2}\).

Ejercicio 6-13 Indicar la hibridación esperada en cada carbono en lo siguiente:

a.\(\ce{CH_3CH_2CH_3}\)
b.\(\ce{CH_3CH=CH_2}\)
c.\(\ce{HC \equiv C-CH=O}\)
d.\(\ce{CH_3-CH=O}\)
e.\(\ce{CH_2=C=CH_2}\)

Ejercicio 6-14 Dibujar modelos atómico-orbitales para cada una de las siguientes sustancias. Cada dibujo debe ser grande y claro con todos los enlaces etiquetados como cualquiera\(\sigma\) o\(\pi\), como se muestra en el formalismo abreviado de las Figuras 6-13 y 6-18. Indicar los valores esperados para los ángulos de enlace y si la molécula o el ion deben ser planos o no planos.

a.\(\ce{BF_3}\)
b.\(\ce{CH_3} \overset{\oplus}{\ce{N}} \ce{H_3}\)
c.\(\ce{CH_2=} \overset{\oplus}{\ce{N}} \ce{H_2}\)
d.\(\ce{CH_2=CH-C \equiv CH}\)
e.

Ejercicio 6-15 Escribir estructuras de pares de electrones para cada una de las siguientes. Incluir ambos pares de unión y no unión y predecir la forma preferida de la molécula o ion como lineal, triangular (plana), angular, tetraédrica o piramidal.

a.\(\ce{CO_2}\)
b.\(\ce{N \equiv C-O}^\ominus\)
c.\(\ce{CH_2=C=O}\)
d.\(\ce{CH_3^+}\)
e.\(\ce{F_2C=CH_2}\)
f.\(\ce{CH_3C \equiv N}\)
g.\(\ce{SiF_4}\)
h.\(\ce{HCOOH}\)
i.\(\ce{H_3O}^\oplus\)
j.\(\ce{CH_3SH}\)
k.*\(\ce{SO_3}\)

Ejercicio 6-16 Dibujar un modelo atómico-orbital para cada uno de los compuestos enumerados en el Ejercicio 6-15 que sea consistente con la geometría deducida para cada uno.

Ejercicio 6-17 Dibujar una imagen atómica-orbital de 1,3-dicloropropadieno,\(\ce{ClCH=C=CHCl}\). Examine la estructura cuidadosamente y prediga cuántos estereoisómeros son posibles para esta estructura. ¿Qué tipo de estereoisómeros son estos?

Ejercicio 6-18 Dibujar una imagen atómica-orbital de 1,4-diclorobutatrieno,\(\ce{ClCH=C=C=CHCl}\). Examine su diagrama cuidadosamente y prediga el número y tipo de estereoisómeros posibles para esta estructura.

Ejercicio 6-19* Si metanal,\(\ce{H_2C=O}\), fueran protonados para dar\(\ce{H_2C=} \overset{\oplus}{\ce{O}} \ce{H}\), ¿esperarías que el\(\ce{C=} \overset{\oplus}{\ce{O}} \ce{-H}\) ángulo estuviera más cerca de\(180^\text{o}\),\(120^\text{o}\),\(109^\text{o}\), o\(90^\text{o}\)? Explique.

Ejercicio 6-20* Dibujar modelos atómico-orbitales para tiofeno e imidazol que sean consistentes con que sean compuestos planos con sistemas de seis\(\pi\) electrones asociados con cinco núcleos atómicos.

Ejercicio 6-21* Los orbitales de boro en diborano,\(\ce{B_2H_6}\), se superponen con\(1s\) los orbitales de hidrógeno de tal manera que se produce una estructura que tiene cuatro\(\ce{B-H}\) enlaces ordinarios, cada uno de los cuales es un enlace de par de electrones que asocia dos núcleos. Los dos hidrógenos restantes están unidos a ambos núcleos de boro a través de un enlace de par de electrones asociado con tres núcleos atómicos. Este tipo de enlace se conoce como un enlace de tres centros.

a. ¿Esperaría que el diborano sea plano o no planar? Explique, usando argumentos de electrón-repulsión.

b. Hacer un diagrama atómico-orbital para el diborano.

c. Explique por qué el\(\ce{H-B-H}\) ángulo terminal es mayor que el\(\ce{H-B-H}\) ángulo interno.

Ejercicio 6-22 Inspeccionar cada uno de los siguientes diagramas orbitales. Los núcleos se representan como círculos rellenos, y todos los orbitales de unión y no unión están etiquetados. El objetivo de la pregunta es identificar el compuesto representado por cada diagrama, con base en el número y tipo de electrones de unión y no unión, el tipo de orbitales, y la carga (si la hay) asociada a cada núcleo.

Colaboradores

John D. Robert and Marjorie C. Caserio (1977) Basic Principles of Organic Chemistry, second edition. W. A. Benjamin, Inc. , Menlo Park, CA. ISBN 0-8053-8329-8. This content is copyrighted under the following conditions, "You are granted permission for individual, educational, research and non-commercial reproduction, distribution, display and performance of this work in any format."