Química Orgânica Volume 1

14 Química Orgânica

1.8 Orbitais híbridos sp2 e a estrutura do etileno

FIGURA 1.13 Hibridização sp2.

Os três orbitais híbridos sp2 equivalentes ficam em um plano em ângulos de 120° entre si e um orbital p não hibridizado simples (vermelho/azul) é perpendicular ao sp2 plano.

As ligações que já vimos no metano e no etano são chamadas ligações simples porque resultam do compartilhamento de um par de elétrons entre átomos ligados. Foi reconhecido há quase 150 anos, no entanto, que os átomos de carbono podem também formar ligações duplas compartilhando dois pares de elétrons entre átomos ou ligações triplas compartilhando três pares de elétrons. O etileno, por exemplo, tem a estrutura H2CPCH2 e contém uma ligação dupla carbono-carbono, enquanto o acetileno tem a estrutura HCqCH e contém uma ligação tripla carbono-carbono.

Como são as ligações múltiplas descritas pela teoria de ligação de valência? Quando discutimos os orbitais híbridos sp3 na Seção 1.6, dissemos que os quatro orbitais atômicos do nível de valência do carbono se combinam para formar quatro orbitais híbridos sp3 equivalentes. Imagine que em vez disso os orbitais 2s combinam com apenas dois dos três orbitais 2p disponíveis. Três orbitais híbridos sp2 resultam e um orbital 2p permanece inalterado. Como híbridos sp3, os orbitais híbridos sp2 são assimétricos em torno do núcleo e são fortemente orientados em uma direção específica, de modo que podem formar ligações fortes. Os três orbitais sp2 ficam em um plano em ângulos de 120° entre si, com o orbital p restante perpendicular ao plano sp2 como mostrado na Figura 1-13. p

sp2 120

90

sp2 sp2 sp2

sp2

p sp2

Vista lateral

Vista de cima

Quando dois carbonos com hibridização sp2 se aproximam um do outro, eles formam uma forte ligação s por meio da superposição frontal sp2-sp2. Ao mesmo tempo, os orbitais não hibridizados p interagem por meio superposição lateral, para formar o que é chamado uma ligação pi (p) . A combinação de uma ligação σ sp2-sp2 e uma ligação p 2p-2p resulta no compartilhamento de quatro elétrons e na formação de uma ligação dupla carbono-carbono (Figura 1-14). Note que os elétrons na ligação σ ocupam a região centrada entre núcleos, enquanto os elétrons na ligação p ocupam as regiões acima e abaixo de uma linha traçada entre os núcleos.

Para completar a estrutura do etileno, quatro átomos de hidrogênio formam ligações s com os outros quatro orbitais sp2 remanescentes. Dessa forma, o etileno possui uma estrutura plana com ângulos de ligação HCH e HCC de aproximadamente 120° (os valores reais são 117,4º para os ângulos de ligação HCH e 121,3º para o ângulo de ligação HCC). Cada ligação CH tem um comprimento de 108,7 pm e energia de 465 kJ mol–1 (111 kcal mol–1).

Como você poderia esperar, a ligação dupla carbono-carbono no etileno é, tanto mais curta quanto mais forte que a ligação simples no etano, porque

Livro Quimica organica I.indb 14

09/05/2016 08:59:28