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Longitud del enlace

En geometría molecular , la longitud o distancia de enlace se define como la distancia promedio entre los núcleos de dos átomos enlazados en una molécula . Es una propiedad tran...

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En geometría molecular , la longitud o distancia de enlace se define como la distancia promedio entre los núcleos de dos átomos enlazados en una molécula . Es una propiedad transferible de un enlace entre átomos de tipos fijos, relativamente independiente del resto de la molécula.

Explicación

La longitud del enlace está relacionada con el orden de enlace : cuando participan más electrones en la formación del enlace, este es más corto. La longitud del enlace también está inversamente relacionada con la fuerza del enlace y la energía de disociación del enlace : en igualdad de condiciones, un enlace más fuerte será más corto. En un enlace entre dos átomos idénticos, la mitad de la distancia del enlace es igual al radio covalente .

Las longitudes de enlace se miden en fase sólida mediante difracción de rayos X , o se aproximan en fase gaseosa mediante espectroscopia de microondas . Un enlace entre un par de átomos determinado puede variar entre diferentes moléculas. Por ejemplo, los enlaces carbono-hidrógeno en el metano son diferentes de los del cloruro de metilo . Sin embargo, es posible hacer generalizaciones cuando la estructura general es la misma.

Longitudes de enlace del carbono con otros elementos

A continuación se muestra una tabla con enlaces simples experimentales del carbono con otros elementos. Las longitudes de enlace se dan en picómetros . Por aproximación, la distancia de enlace entre dos átomos diferentes es la suma de los radios covalentes individuales (estos se dan en los artículos sobre elementos químicos para cada elemento). Como tendencia general, las distancias de enlace disminuyen a lo largo de la fila en la tabla periódica y aumentan hacia abajo en un grupo . Esta tendencia es idéntica a la del radio atómico .

Longitudes de enlace en compuestos orgánicos

La longitud del enlace entre dos átomos en una molécula depende no solo de los átomos, sino también de factores como la hibridación orbital y la naturaleza electrónica y estérica de los sustituyentes . La longitud del enlace carbono-carbono (C-C) en el diamante es de 154  pm. Generalmente se considera la longitud promedio para un enlace simple carbono-carbono, pero también es la mayor longitud de enlace que existe para los enlaces covalentes de carbono ordinarios. Dado que una unidad atómica de longitud (es decir, un radio de Bohr) es de 52,9177  pm, la longitud del enlace C-C es de 2,91 unidades atómicas, o aproximadamente tres radios de Bohr.

Existen enlaces de longitud inusualmente larga. El actual poseedor del récord del enlace C-C más largo, con una longitud de 180,6  pm, es el 1,8-bis(5-hidroxidibenzo[a,d]cicloheptatrien-5-il)naftaleno, [ 2 ] una de las muchas moléculas dentro de la categoría de hexaariletenos , que son derivados basados ​​en el esqueleto del hexafeniletano . El enlace se encuentra entre los carbonos C1 y C2, como se muestra en la imagen a continuación.

Derivado basado en el esqueleto de hexafeniletano que contiene el enlace C-C más largo conocido entre los átomos C1 y C2 con una longitud de 180,6  pm

Otro compuesto notable con una longitud de enlace C-C extraordinaria es el triciclobutabenceno  , en el que se reporta una longitud de enlace de 160 pm. El enlace C-C más largo dentro de la categoría del ciclobutabenceno es de 174  pm según la cristalografía de rayos X. [ 3 ] En este tipo de compuesto , el anillo de ciclobutano forzaría ángulos de 90° en los átomos de carbono conectados al anillo de benceno donde normalmente tienen ángulos de 120°.

Ciclobutabenceno con una longitud de enlace en rojo de 174  pm

 Se afirma la existencia de un enlace C–C muy largo de hasta 290 pm en un dímero de dos dianiones de tetracianoetileno , aunque se trata de un enlace de 2 electrones y 4 centros. [ 4 ] [ 5 ] Este tipo de enlace también se ha observado en dímeros de fenalenilo neutros . Las longitudes de enlace de estos llamados "enlaces de panqueque" [ 6 ] son ​​de hasta 305  pm.

También son posibles distancias de enlace C–C más cortas que el promedio: los alquenos y alquinos tienen longitudes de enlace de 133 y 120  pm respectivamente debido al mayor carácter s del enlace sigma . En el benceno, todos los enlaces tienen la misma longitud: 139  pm. El mayor carácter s de los enlaces simples carbono-carbono también es notable en el enlace central del diacetileno (137  pm) y en el de cierto dímero de tetraedro (144  pm).

En el propionitrilo, el grupo ciano atrae electrones, lo que también resulta en una longitud de enlace reducida (144  pm). La compresión de un enlace C–C también es posible mediante la aplicación de tensión . Existe un compuesto orgánico inusual llamado In-metilciclofano con una distancia de enlace muy corta de 147  pm para el grupo metilo comprimido entre un tripticeno y un grupo fenilo. En un experimento in silico,  se estimó una distancia de enlace de 136 pm para el neopentano atrapado en un fullereno . [ 7 ] El enlace simple C–C teórico más pequeño obtenido en este estudio es de 131  pm para un derivado de tetraedrano hipotético. [ 8 ]

El mismo estudio estimó que estirar o comprimir el enlace C–C en una molécula de etano  en 5 pm requería 2,8 o 3,5 kJ / mol , respectivamente. Estirar o comprimir el mismo enlace en 15 pm requería aproximadamente 21,9 o 37,7 kJ/mol.   

Referencias

  1. ↑ Manual de Química y Física (65.ª  ed.). CRC Press . 27 de junio de 1984. ISBN 0-8493-0465-2.
  2. ↑ Yusuke Ishigaki, Takuya Shimajiri, Takashi Takeda, Ryo Katoono, Takanori Suzuki (abril de 2018). "Naftociclobutenos y benzodiciclobutadienos: síntesis en estado sólido y anomalías en las longitudes de enlace" . CHEM . 4 (4): 795–806 . doi : 10.1016/j.chempr.2018.01.011 . hdl : 2115/73547 .{{cite journal}}: CS1 maint: varios nombres: lista de autores ( enlace )
  3. ↑ Fumio Toda (abril de 2000). "Naftociclobutenos y benzodiciclobutadienos: síntesis en estado sólido y anomalías en las longitudes de enlace" . European Journal of Organic Chemistry . 2000 (8): 1377–1386 . doi : 10.1002/(SICI)1099-0690(200004)2000:8 < 1377::AID-EJOC1377 > 3.0.CO ; 2-I .{{cite journal}}: CS1 maint: servicio de archivado obsoleto ( enlace )
  4. ↑ Novoa JJ; Lafuente P.; Del Sesto RE; Miller JS (2 de julio de 2001). "Enlaces C – C excepcionalmente largos (2,9 Å) entre [ TCNE ] - iones: enlace π * –π * C – C de dos electrones y cuatro centros en π- [ TCNE ] 2 2− " . Edición internacional Angewandte Chemie . 40 (13): 2540– 2545. doi : 10.1002/1521-3773(20010702)40:13 < 2540::AID-ANIE2540 > 3.0.CO ; 2-O .{{cite journal}}: CS1 maint: servicio de archivado obsoleto ( enlace )
  5. ↑ Lü J.-M.; Rosokha SV; Kochi JK (2003). "Dímeros estables (de enlace largo) mediante la autoasociación cuantitativa de diferentes radicales catiónicos, aniónicos y sin carga: estructuras, energías y transiciones ópticas". J. Am. Chem. Soc. 125 (40): 12161– 12171. Bibcode : 2003JAChS.12512161L . doi : 10.1021/ja0364928 . PMID 14519002 . 
  6. ↑ Suzuki S.; Morita Y.; Fukui K.; Sato K.; Shiomi D.; Takui T.; Nakasuji K. (2006). "Aromaticidad en el dímero unido en forma de panqueque del radical fenalenilo neutro estudiada mediante espectroscopias de EM y RMN y análisis NICS". J. Am. Chem. Soc. 128 (8): 2530– 2531. Bibcode : 2006JAChS.128.2530S . doi : 10.1021/ja058387z . PMID 16492025 . 
  7. ↑ Huntley DR; Markopoulos G.; Donovan PM; Scott LT; Hoffmann R. (2005). "Squeezing C–C Bonds" . Angewandte Chemie International Edition . 44 (46): 7549– 7553. Bibcode : 2005ACIE...44.7549H . doi : 10.1002/anie.200502721 . PMID 16259033 . 
  8. ↑ Martínez-Guajardo G.; Donald KJ; Wittmaack BK; Vázquez MA; Merino G. (2010). "Más corto aún: compresión de enlaces simples C–C". Organic Letters . 12 (18): 4058– 61. doi : 10.1021/ol101671m . PMID 20718457 . 
  9. ^ Zorro, Marye Anne; Whitesell, James K. (1995). Química orgánica: Grundlagen, Mechanismen, Bioorganische Anwendungen . Saltador. ISBN 978-3-86025-249-9.
  • Tutorial sobre la longitud del enlace