Language
Country/Area
No result found
Il fascino dei sistemi coniugati: come migliorano la stabilità molecolare?
Nella chimica teorica, un sistema coniugato è un sistema molecolare contenente orbitali p collegati ed elettroni delocalizzati, il che generalmente riduce l'energia complessiva e aumenta la stabilità molecolare. La rappresentazione tradizionale di tali sistemi è l'alternanza di combinazioni di legami singoli e multipli. Coppie solitarie di elettroni, radicali liberi o carbocationi possono tutti far parte di questo sistema, formando strutture cicliche o acicliche, lineari o miste.
L'attrattiva dei sistemi coniugati risiede nella loro capacità di promuovere la delocalizzazione degli elettroni π attraverso la sovrapposizione degli orbitali p, migliorando così la stabilità della molecola.
Il termine fu coniato nel 1899 dal chimico tedesco Johannes Thiele. Il fenomeno della coniugazione si riferisce alla sovrapposizione di un orbitale p con un altro legame σ adiacente. In questo sistema, gli elettroni pi non appartengono più a un singolo legame o atomo, ma sono condivisi da più atomi. Le molecole che contengono un sistema coniugato sono chiamate molecole coniugate, come l'1,3-butadiene, il benzene e il catione allile.
Legami chimici nei sistemi coniugati
La coniugazione può essere ottenuta alternando legami singoli e doppi, con ciascun atomo che fornisce un orbitale p perpendicolare al piano della molecola. Tuttavia, questo non è l'unico modo per ottenere la coniugazione. Finché ogni atomo consecutivo ha un orbitale p disponibile, il sistema può essere considerato coniugato. Ad esempio, il furano è un anello a cinque elementi con due doppi legami alternati sul bordo e l'atomo di ossigeno ha due coppie solitarie di elettroni, una delle quali partecipa alla coniugazione e si sovrappone all'orbitale p dell'atomo di carbonio adiacente. L'altra coppia solitaria rimane sul piano e quindi non partecipa alla coniugazione.
Per ottenere la coniugazione, la prima condizione è che gli orbitali si sovrappongano. Pertanto, il sistema coniugato deve mantenere una struttura planare.
Energia di stabilizzazione
La stabilità dei sistemi coniugati è di grande importanza, soprattutto nei sistemi cationici. Sebbene l'effetto stabilizzante sui sistemi neutri sia relativamente piccolo, l'effetto stabilizzante aromatico è piuttosto significativo. Prendendo come esempio il benzene, si stima che l'energia di risonanza del suo sistema coniugato sia compresa tra 36 e 73 kcal/mol, dimostrando una forte stabilità termodinamica e cinetica.
L'energia di risonanza è la differenza di energia tra la specie chimica reale e il suo legame π localizzato.
Composti ciclici coniugati
I composti ciclici possono essere parzialmente o completamente coniugati. Gli idrocarburi monociclici completamente coniugati possono presentare proprietà aromatiche, non aromatiche o antiaromatiche. Se il sistema coniugato è planare e presenta un numero di (4n + 2) elettroni π, il composto è detto aromatico e ha una stabilità straordinaria.
Assorbimento del colore e della luce
In un sistema π coniugato, gli elettroni sono in grado di catturare fotoni specifici, in modo simile a come un'antenna radio rileva i fotoni lungo la sua lunghezza. I composti con un numero sufficiente di legami coniugati possono assorbire la luce nello spettro visibile. Per questo motivo, spesso appaiono in colori intensi. Man mano che il sistema diventa più lungo, può assorbire lunghezze d'onda della luce maggiori rispetto ai sistemi coniugati corti. Ad esempio, la lunga catena coniugata carbonio-idrogeno del beta-carotene gli conferisce il suo intenso colore arancione.
La capacità di assorbimento della luce visibile è proporzionale al numero di doppi legami nel sistema coniugato e il colore varia dal giallo al rosso all'aumentare del numero di doppi legami coniugati.
Inoltre, i composti simili alla ftalocianina sono ampiamente utilizzati anche nei pigmenti sintetici. Non solo hanno un'eccitazione a bassa energia nella gamma della luce visibile, ma possono anche accettare o donare facilmente elettroni. Ma questi pigmenti continueranno ad essere popolari anche in futuro?
