Conjugación en química: Características y ejemplos

Publicado el 31 marzo, 2023 por Rodrigo Ricardo

¿Qué es la conjugación en química orgánica?

¿Qué es un sistema conjugado en química orgánica? La conjugación en química orgánica trata con compuestos orgánicos que contienen sistemas pi extendidos. En química de conjugación, estos sistemas tienen un orbital en un átomo adyacente a un enlace múltiple. Este orbital p puede ser parte de otro enlace múltiple, radical, orbital p vacío o un par solitario de electrones. Los sistemas pi extendidos pueden ser compuestos acíclicos o cíclicos, pero el sistema pi extendido debe ser plano para permitir la superposición de orbitales p.

¿Qué son los dobles enlaces conjugados en química orgánica? Los dobles enlaces carbono-carbono conjugados son dos enlaces dobles carbono-carbono que están separados por un enlace simple carbono-carbono y se denominan dienos. Estos dobles enlaces conjugados no se limitan a solo dos dobles enlaces, sino que pueden contener múltiples dobles carbono-carbono. El carbono no es el único átomo que puede formar un doble enlace. Los dobles enlaces conjugados pueden consistir solo en átomos de carbono o contener otros átomos como oxígeno y nitrógeno.

Los sistemas conjugados no se limitan solo a los dobles enlaces. Los enlaces triples pueden ser parte de sistemas conjugados. Si un enlace triple carbono-carbono está separado por un enlace simple de un enlace doble carbono-carbono, entonces este compuesto orgánico es un sistema conjugado.

Ejemplo de un sistema conjugado con un enlace alqueno, alquino y carbonilo

Estructura de un compuesto orgánico con un sistema conjugado formado por un enlace alqueno, alquino y carbonilo

Mecanismo del Sistema Conjugado

Un estudiante puede preguntarse qué es un sistema pi conjugado y cómo detectar uno en un compuesto orgánico. Un sistema pi conjugado es cuando un compuesto orgánico tiene un orbital en un átomo adyacente a un enlace múltiple (enlace doble o triple). Los electrones en los orbitales p que forman el enlace pi se denominan electrones pi deslocalizados si el enlace pi está deslocalizado en un compuesto conjugado. Los enlaces múltiples que son enlaces dobles y triples contienen enlaces pi. Los enlaces dobles contienen un enlace pi, mientras que los enlaces triples contienen dos enlaces pi. Los orbitales p superpuestos en átomos adyacentes pueden formar un sistema de enlace pi extendido.

El carbocatión alílico, el carbanión y el radical de carbono son todos sistemas conjugados, como lo muestran sus estructuras de resonancia.

Estructuras de resonancia de carbocatión alílico, carbanión y radical de carbono

En un sistema conjugado entre un doble enlace y un par de electrones solitarios en un átomo adyacente, se dice que estos pares de electrones solitarios están deslocalizados. Un par de electrones deslocalizados participará en resonancia con el doble enlace y formará un sistema pi extendido. Estos electrones deslocalizados están en el orbital ap. Cuando se dice que un radical o una carga positiva están deslocalizados, eso significa que están repartidos entre todos los átomos en un sistema conjugado. Esta es la razón por la que las cargas positivas y negativas alílicas son más estables. Forman sistemas conjugados con dobles enlaces. Un radical alílico es más estable que un radical terciario debido a la estabilidad añadida del sistema conjugado.

La alta estabilidad y la baja energía de los compuestos conjugados se deben al sistema pi extendido. El 1,3-pentadieno es mucho más estable y tiene menos energía (calor de hidrogenación) que el 1,4-pentadieno. En el 1,3-pentadieno, los cuatro orbitales p de los dos dobles enlaces carbono-carbono conjugados son adyacentes y paralelos, lo que permite la superposición de los orbitales p. Esta superposición de los cuatro orbitales p forma un sistema pi extendido. Los orbitales p en los dos dobles enlaces carbono-carbono en el 1,4-pentadieno carecen de este efecto superpuesto, por lo que son menos estables y tienen mayor energía.

Sistema Conjugado vs. Sistema Aislado

Los sistemas conjugados tienen estabilidad mejorada y propiedades especiales que los hacen útiles en química orgánica. Los sistemas aislados carecen de conjugación porque sus orbitales p no pueden superponerse. Los dienos son compuestos que contienen dos dobles enlaces carbono-carbono. Estos dienos se pueden clasificar como dienos acumulados, dienos conjugados y dienos aislados.

  • Los allenos son dienos acumulados y estos dienos tienen dobles enlaces adyacentes entre sí.
  • Los dienos conjugados tienen sus dobles enlaces separados por un solo enlace.
  • Cuando los dobles enlaces de un dieno están separados por dos o más enlaces simples, estos dienos se denominan dienos aislados.

Los dobles enlaces carbono-carbono se pueden conjugar con otros tipos de enlaces pi. La conjugación entre un alqueno y un grupo carbonilo es un gran ejemplo de este tipo de conjugación. Las amidas son ejemplos de sistemas conjugados, donde el doble enlace carbono-oxígeno y el par de electrones solitario del nitrógeno son un sistema pi superpuesto continuo. Los carboxilatos son otro ejemplo de sistemas conjugados. La deslocalización de la carga negativa en el carboxilato es la fuente de estabilidad y lo que hace que un ácido carboxílico sea tan ácido.

La carvona es un compuesto orgánico que contiene enlaces pi conjugados y un alqueno aislado.

Carvone contiene un sistema conjugado y un sistema aislado

Ejemplos del sistema conjugado

Hay muchos ejemplos de sistemas conjugados en química orgánica. El alto nivel de estabilidad en el sistema conjugado permite la utilidad del compuesto. Estos compuestos conjugados se usan en reacciones únicas e incluso se usan como colorantes.

1,3-butadieno

1,3-butadieno

Imagen de 1,3-butadieno

El 1,3-butadieno es un dieno conjugado, donde los dos dobles enlaces carbono-carbono están separados por un enlace simple. Este dieno puede sufrir una reacción especial llamada adición electrofílica. En esta reacción, se utilizan reactivos como bromuro de hidrógeno (HBr) o bromo (Br 2 ) para formar los productos de 1,2-aducto y 1,4-aducto. Una famosa reacción pericíclica que puede sufrir el 1,3-butadieno es la reacción de Diels-Alder. En esta reacción, el 1,3-butadieno reaccionará con un dienófilo (alqueno o alquino) en una cicloadición [4+2]. El producto, cuando el dienófilo es un alqueno, es un cicloalqueno. Si se usa un alquino como dienófilo, entonces se forma un dieno aislado contenido en un anillo.

Benceno

Benceno

Estructura del benceno

El benceno es un sistema conjugado contenido en un anillo de seis miembros. En el sistema conjugado del benceno, hay tres dobles enlaces carbono-carbono en el sistema pi extendido. Los dobles enlaces del benceno no experimentarán una reacción de adición cuando se traten con bromo (Br 2 ). El benceno tiene un alto nivel de estabilidad debido al sistema pi conjugado. Una reacción de adición con bromo destruiría la estabilidad.

Piridina y pirrol

pirrol

Estructura del pirrol

Tanto la piridina como el pirrol son heterociclos de nitrógeno que tienen sistemas pi conjugados. El sistema conjugado de la piridina consta de dos alquenos y un doble enlace carbono-nitrógeno. En el caso de la piridina, el par de electrones solitario del nitrógeno está localizado. El pirrol tiene un sistema conjugado que contiene dos alquenos y el par de electrones solitario en el nitrógeno. Estos pares de electrones solitarios no participan en el sistema conjugado. El par solitario de electrones del nitrógeno en el pirrol participa en el sistema conjugado, por lo que se clasifican como deslocalizados.

Azul de tripano

azul tripán

Estructura azul tripán

Azul de tripano (TB) es un compuesto altamente conjugado, que se utiliza como colorante para teñir de azul tejidos/células muertas. Este tinte se usa en el laboratorio para identificar células de mamíferos muertas en microscopía cuantitativa. Las células vivas sanas no absorberán azul de tripano. Como se aplica el nombre azul de tripano (Trypan Blue) es un color azul. Los compuestos altamente conjugados como azul de tripano son cromóforos. Estos cromóforos son las partes de los compuestos que absorben la luz, lo que les permite tener colores. El color azul del azul de tripano se debe al sistema altamente conjugado de este colorante orgánico.

Resumen de la lección

Un sistema de conjugación en un compuesto orgánico es un sistema pi extendido. Este sistema pi extendido se compone de orbitales p superpuestos. Cuando hay un orbital ap en un átomo adyacente a un enlace múltiple, este es un sistema pi extendido. Este orbital p en el átomo puede ser un orbital vacío, un par de electrones solitarios, parte de un enlace múltiple o un radical. Los enlaces múltiples no se limitan solo a los dobles enlaces. Los enlaces triples pueden formar parte de un sistema conjugado. Los dobles enlaces pueden contener dos carbonos o una combinación de átomos de carbono, oxígeno o nitrógeno.

Los enlaces dobles conjugados ocurren cuando dos enlaces dobles están separados por un enlace simple. Un gran ejemplo de dobles enlaces conjugados son los dienos conjugados. Los electrones pi de los dobles enlaces en un dieno conjugado son electrones pi deslocalizados. Los pares de electrones solitarios también se pueden deslocalizar en compuestos conjugados. En el pirrol, el par solitario de electrones en el nitrógeno está deslocalizado, por lo que estos electrones están en un orbital ap y participan en el sistema pi extendido.

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