2. El doble enlace | 🕹️ Alquenos | Joseleg

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Ángulos de enlace

Usando la teoría de TREPeV para un doble enlace carbono-carbono, predecimos un valor de 120° para los ángulos de enlace alrededor de cada carbono. El ángulo de enlace H-C=C observado en el etileno es de 121.1°, cercano al previsto. En otros alquenos, las desviaciones del ángulo predicho de 120° pueden ser algo mayores debido a la deformación introducida por las interacciones no enlazadas creadas por grupos enlazados a los carbonos del doble enlace. El ángulo de enlace C-C-C en el propeno, por ejemplo, es 123.9°.

Figura 2‑1. Ángulos de enlace para el doble enlace. Los dobles en las reducen en un lóbulo de repulsión de pares de electrones de Valencia, por lo que la geometría molecular pasa a ser tetraédrica a trigonal plana, en otras palabras, los dobles enlaces generan una geometría plana entre los átomos que están vinculados.

Orbitales

Un doble enlace carbono-carbono consta de un enlace sigma  y un enlace pi. Cada carbono del doble enlace usa sus tres orbitales híbridos sp2 para formar enlaces sigma con tres átomos, generando tres lóbulos de repulsión. Los orbitales atómicos 2p no hibridados, que se encuentran perpendiculares al plano creado por los ejes de los tres orbitales híbridos sp2, se combinan para formar dos orbitales moleculares pi: uno enlazante y otro antienlazante. Para que los orbitales 2p no hibridados sean paralelos, dando así la máxima superposición, los dos átomos de carbono del doble enlace y los cuatro átomos enlazados deben estar en un plano. Aunque esta descripción del doble enlace parece complicada genera una conclusión importante y muy simple, el doble enlace no puede girar como si fuera un tornillo, es una estructura rígida, que para rotar o romper se necesita cierta energía de activación.

Se necesitan aproximadamente 264 kJ (63 kcal)/mol para romper el enlace pi en el etileno [es decir, para rotar un carbono 90° con respecto al otro donde ocurre una superposición cero entre los orbitales 2p en carbonos adyacentes]. Esta energía es considerablemente mayor que la energía térmica disponible a temperatura ambiente; en consecuencia, la rotación alrededor de un doble enlace carbono-carbono no ocurre en condiciones normales.

Puede comparar la rotación sobre un enlace doble carbono-carbono, como en el etileno, con la rotación sobre un enlace simple carbono-carbono, como en el etano. Mientras que la rotación alrededor del enlace simple carbono-carbono en el etano es relativamente libre [barrera de rotación de aproximadamente 12.5 kJ (3.0 kcal)/mol], la rotación alrededor del doble enlace carbono-carbono en el etileno está severamente restringida. En otras palabras los enlaces simples entre carbonos pueden girar como si fueran tornillos, y de hecho lo hacen libremente porque la energía ambiente o calórica del sistema así lo induce.

Otra de las consecuencias de la rigidez del enlace doble es el nacimiento de un nuevo tipo de isomería, estamos hablando de los isómeros cis y trans.

Isómeros Cis/Trans

Debido a la rotación restringida alrededor de un doble enlace carbono-carbono, cualquier alqueno en el que cada carbono del doble enlace tiene dos grupos diferentes unidos a él, muestra isomería cis, trans.

Figura 2‑2. Isómeros cis/trans del doble enlace.

Aunque parece una diferencia superficial cuando realizamos los modelos con las estructuras de Lewis, con las fórmulas de esqueleto que representan de manera más aproximada a la geometría molecular nos damos cuenta de un aspecto importante, el doble enlace en posición trans genera una molécula lineal, mientras que el doble enlace en posición cis hace que la molécula gire hacia un lado, y una molécula torcida posee propiedades físicas y químicas diferentes de su versión lineal. Ala isomería de posición cis y trans se la denomina como isomería de diastereoisómeros; en la cual tenemos la misma composición atómica, el mismo poder de enlace entre átomos, pero una diferente configuración espacial tridimensional.

Los alquenos cis con enlaces dobles en cadenas abiertas son menos estables que sus isómeros trans debido a la tensión estérica entre los sustituyentes alquilo en el mismo lado del enlace doble, lo anterior significa que si dos grupos exactamente igual se encuentran muy cerca se repelen mutuamente, lo cual aumenta la inestabilidad de la molécula como un todo.