Ácidos hidroxámicos y teoría del orbital molecular

8/19/2019 Ácidos Hidroxámicos y Teoría del Orbital Molecular

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UNIVERSIDAD NACIONALAUTÓNOMA DE MÉXICO

FACULTAD DE ESTUDIOSSUPERIORES ZARAGOZA

SÍNTESIS DE ÁCIDOS

HIDROXÁMICOS CÍCLICOS

Y

TEORÍA DEL ORBITAL MOLECULAR

Alum!" A#$!! C!#m%!A&u$!%

P#%'()%#" I*(# S!$+ E),!l%!

G#u-%" 1./1


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TABLA DE CONTENIDO

1. Ácidos Hidroxámicos

2. Estructura y Propiedades

3. Propiedades quelantes y puentes de H para formación de ciclos de 5 y 6 miemros

!. "ol#culas ioló$icas

5. %&ntesis de ácidos 'idroxámicos

5.1Ácidos Hidroxámicos (ineales

5.2)eacción de *n$eli+)imini5.3"odificación en ,ase %ólida de la reacción de *n$eli+)imini5.!-xidación de +/oc prote$ido por amidas5.5Ácidos Hidroxámicos +sustituido5.60on !+/s-5.)eflu4o5."icroondas5.*plicando 7ltrasonidos

6. %&ntesis de Ácidos Hidroxámicos 0&clicos

6.1 0iclación )educti8a de Ácidos itroalifáticos6.2 %&ntesis de 9cleo 0oactin6.3 ,ase Heteroc&clica: ;un$steno -xidación 0atali


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1. ÁCIDOS HIDROXÁMICOS

(os ácidos 'idroxámicos los cuales son representados con una fórmula $eneral )0-)@-HA donde ) y )@pueden ser un arilo o un arilo sustituidoA son ácidos or$ánicos los cuales son muc'o más d#iles que losácidos carox&licos estructuralmente. (os ácidos 'idroxámicos 'an sido conocidos dese 16 con eldescurimiento del ácido oxalo'idroxámico por (ossen =16?. %in emar$oA el momento real donde lass&ntesisA estructuras y su acti8idad ioló$ica de los ácidos 'idroxámicos fueron descuiertas fue despu#s

de 1B.

Estos ácidos d#iles constituyen una de las más importantes familias de los ioli$andos or$ánicosA uno delos roles fisioló$icos principales de este compuesto fue asociado con su uso como sideróforos.

*demás de ser usados como sideróforosA los ácidos 'idroxámicos tienen otros importantes usos tantoioló$icos como farmac#uticosA por e4emplo act9a como un potente y selecti8o in'iidor de un amplion9mero de en


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0omo se 'a mencionado anteriormenteA los ácidos mono'idroxámicos se 'an encontrado en dos formastautom#rica como se muestra en la fi$. 2

amas formas presentan isomer&a $eom#trica =fi$. 3?:

Estas estructuras de ácidos mono'idroxámicos 'an sido relacionadas con los deri8ados que contienen lasi$uiente estructura =fi$.!?

(as cuales se aseme4an con las estructuras de las 'idroxiureas o ácidos caramil'idroxámicos como semuestra a continuación =fi$.5?.

2


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En solución acuosaA el ácido mono'idroxámico se comporta como ácido d#ilA un e4emplo de esto ser&a elácido aceto'idroxámicoA el cual tiene como constante de acide< un 8alor de 2.x1B+.

3. PROPIEDADES QUELANTES Y PUENTES DE H PARA FORMACIÓN DE ÁCIDOSHIDROXÁMICOS CÍCLICOS DE CINCO Y SEIS MIEMBROS.

Está estalecido que muc'as aplicaciones iom#dicas de los ácidos 'idroxámicos sur$en por su fuerteefecto quelante y por su facilidad de formar puentes de H. Estos ácidos tami#n pueden actuar comoli$andos monodentatos y identados a tra8#s de su residuo de 'idroxamato desprotonado y su átomo deox&$eno+caronilo representado en la ,i$. 2 %colnicG et al. =1?.

7n ácido 'idroxámico tami#n puede actuar como li$ando monodentado a tra8#s de su átomo denitró$eno. =,i$.3?

0omo aparece en la ,i$. 2A un 'idroxamato puede formar anillos estales de cinco miemros yA como semuestra en la ,i$. !A su comportamiento quelante puede ser enriquecido por la incorporación de un $rupocoordinado secundario en un sitio adyacente a la mol#cula.

(a ,i$.! muestra la formación de un comple4o dinuclear de 0u=>>? con un alfa+amino'idroxamato con dosformas de coordinación de 'idroxamatosA -A-+ y tami#n como coordinación A+A cada uno dando unanillo de cinco miemros =Lur


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0uando los ácidos eta+amino'idroxámicos forman comple4osA sus coordinaciones A + dan anillos deseis miemrosA mientras que coordinaciones de -A -+ dan solo anillos de cinco miemros como semuestra en la ,i$. 5 por el comple4o de 0u =>>? con un ácido eta+alanin'idroxámico =Lur


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4. MOLÉCULAS BIOLÓGICAS

(os deri8ados de los ácidos 'idroxámicos poseen un amplio espectro en las acti8idades ioló$icas comoantinflamatoriosA antiasmáticosA antiióticosA psicotrópicos e insecticidas. ;ami#n act9an como in'iidor de 8arios encimas tales como metaloen


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Á!"#$ S-,"!","#%$&'("!$ Es usado como un a$ente antituercular

A/+%",,"! A!"# Es un ácido 'idroxámico relacionado con piridina el cual es conocido como antiiótico yantif9n$ico deri8ado de ciertas cepas de 'on$os.

I"*"#$%+/ #+ H"0$/0$- D+-!+0",-/- %on una clase de compuestos que interfieren con la función de la'istona deacetilasa.

I"*"#$%+/ TACE %on miemros de la familia de las metaloproteinasasA la estructura de su sitio acti8o esmuy similar a la ""Ps. %on un tipo de a$entes inflamatorios.

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S"#+%5$%$/ 0ompuestos producidos por microor$anismos que act9an como a$entes quelantes para el,e3D llamados 'idroxamatos si son secretados por 'on$os y catecolatos si son secretados por acterias.

A-,6/"!$/ *ct9an como anal$#sicos y desinflamatorios en enfermedades como artritis.

6


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7. SÍNTESIS DE ÁCIDOS HIDROXÁMICOS.

5.1 Ácidos Hidroxámicos (ineales

7na práctica com9n en la s&ntesis de ácidos 'idroxámicos no sustituidos linealmente es 'acer reaccionar un ácido carox&lico acti8ado con una 'idroxilamina -+ prote$ido para producir una forma prote$idacon8eniente para producir un ácido 'idroxámico

5.2 )eacción de *n$eli+)imini

En 16A *n$eli y )imini descurieron que el ácido encensulfo'idroxamico =ácido de PilotisA nomradodespu#s -. Piloti? se descompone en condiciones ásicas con la presencia de un alde'&do para dar elcorrespondiente ácido 'idroxámico.

Esta reacción no se 'a podido sinteti


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5.3 "odificación en ,ase %ólida de la reacción de *n$eli+)imini

"ientras que la reacción de *n$eli+)imini no 'a&a tenido la atención suficiente para otener un productoestándar de ácidos 'idroxámicosA *ndrea et al. reportó una modificación en estado sólido para estareacción con rendimientos aceptales para la otención de ácidos 'idroxámico. Este nue8o productopuede ser preparado por la a$itación de una solución de piridina en 'idrocloruro de 'idroxilamina concloruro de sulfonilo de poliestireno en diclorometano a temperatura amiente. 7na 8e< que la reacciónentre el pol&mero de ácido polisulfo'idroxámico y el alde'&do está 'ec'aA el pol&mero puede ser filtrado yacidificado 'asta producir el ácido 'idroxámico. Este es el 9nico m#todo satisfactorio para usar la reacciónde *n$eli+)imini para producir estos ácidos en s&ntesis or$ánica.

5.! -xidación de +/oc prote$ido por amidas

imetildioxirano ="? o metil =trifluorometil? dioxirano =;,? son conocidos como reacti8os eficaces para0+H u oxidación de 'eteroátomos a4o condiciones sua8es. +/oc p#ptidos prote$idos con reportados paraser oxidados por " o ;, a BM0 en sol8entes clorados para $enerar +'idroxiamidas o ácidos'idroxámicos. Estas reacciones son e4emplos representati8os de oxidación de amidas para sinteti


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5.5 Ácidos Hidroxámicos +sustituido

(a preparación de ácidos 'idroxámicos +sustituidos tiene un n9mero limitado de procesos en la literatura.7no de los m#todos más simples es preparar el -+prote$ido de la 'idroxilamina +sustituida se$uida por una reacción de sustitución con un 'aluro de ácido

5.6 0on !+/s-

Ácidos 'idroxámicos fueron sinteti


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(a reacción de los esteres con 'idroxilamina en presencia de una ase d#il a4o condiciones enmicroondas proporciona ácidos 'idroxámicos con uenos rendimientos y pure


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El $rupo "iller 'a reportado la primer s&ntesis total de "icoactin+%A una importante acteria ioló$icasiderófora que muestra una importante acti8idad in'iitoria en una l&nea celular 'umana de la tuerculosis."icoactin+% tiene un ácido 'idroxámico c&clico de siete anillosA el 9cleo 0oactinA como una parte de suestructura. El $rupo "iller reporto un m#todo que incluye una s&ntesis de seis pasos de la N7 8C9:8L8l;)$( como materia prima. +0 cede 3+amino +'idroxi a


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(a oxidación de amidas c&clicos produce ácidos 'idroxámicos c&clicos. %ammmes et al reporto la s&ntesisde >/-* por la oxidación de la lactama siliada con un comple4o peroxo+molidenim en la presencia dedimetilformamida. Este m#todo produ4o ácido 'idroxámico a 33 de rendimiento y es principalmenteaplicale en lactamicos aromáticos.

6.5 ,eniliodina =>>>? /is ;rifluoroacetato de *nillo 0errado

+*cil+*lGyloxy iones de nitreniumA el cual puede $enerar a4o condiciones sua8es por pruea +metoxiamidas con el compuesto de yodo 'iper8alenteA P>,*A es otra ruta literaria para 'acer ácidos'idroxámicos c&clicos. ;raa4o 'ec'o por Qardrop et al demuestra la P>,* que mediante el m#todo deanillo cerrado para construir +'idroxi lactama ic&clico de 5 anillos. (a s&ntesis de un 'idroxámico espiroc&clico tami#n fue reportado por el mismo $rupo de in8esti$adores usando este m#todo. Este m#todo estálimitado a la utili


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(a fotolisis de cetonas alfa+nitro c&clicosA que existen predominantemente como la forma enol en el etanolA$enera ácido 'idroxámico c&clico como uno de las productos foto re sinteti


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El tipo > $enera la estructura espiro funcionada isolada mientras que el producto del tipo >> o la fusiónic&clica no 'a sido oser8ada. (a reacción del nitroso+ene $enera la fusión espiro c&clica del ácido'idroxámico con 5 de rendimientoA lo que su$iere que la s&ntesis del ácido 'idroxámico de miemrospor nitroso+ene intramolecular es alcan


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6. Expansión de *nillos de 0etonas 0&clicas

(a reacción *n$elini+)imini $enera ácido 'idroxámico de alde'&dos y recientes in8esti$aciones italianasreportan que las cetonas c&clicas act9an de una manera similar para 'acer el ácido 'idroxámico c&clico deanillo expandido. )ecientes patentes indican que este m#todo es 9til para 'acer ácidos 'idroxámicosc&clicos de 6 miemros con o sin sustitución. (a s&ntesis descrie la descomposición de 'idróxido de metalalcalino de Piloty de ácido en disol8entes próticos para producir ácidos 'idroxámicos de anillo expandidodespu#s de la inserción R-H en presencia de una cetona saturada c&clica.

0uriosamente la patente proporciona un mecanismo que cuenta con el anión de nitroxilo =H-S-? queataca al rendimiento de la cetona para dar un tetra#drico intermedio que reor$ani


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. REARREGLO DE LOSSEN

El mecanismo a continuación comien


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. SINTESIS EXPERIMENTAL DEL ÁCIDO ISOBUTIROHIDROXÁMICO.

7n proceso t&pico experimental de ácidos 'idroxámicos es como el si$uiente e4emplo: a una solución delácido isoutirico =B.$A 1Bmmol? en dietileter =3Bml? a BM0 se a$re$a etilcloroformato =1.3$A 12mmol? y +metilmorfolina =1.3$A 13 mmol?A con a$itación 8i$orosa por 1B minutos. El sólido resultante se filtra y sea$re$a a una solución de 'idroxilamina =B.5$A 15 mmol? y metanol. (a me


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BIBLIOGRAFÍA

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Editor !. E8ansA .*.: /ri$'tmanA 0.T.A and HollandA ".,.: %alicyl'ydroxamic acidS$lycerol in experimantal

trypanosomiasis. (ancet S: 6 =1?.5. %ynt'esis of 0yclic Hydroxamic *cid eri8ati8es of Pyra


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TABLA DE CONTENIDO

1. ;eor&a del -rital "olecular

1.1.Feometr&a "olecular 1.2.-ritales1.3.,orma de los -ritales

2. Hiridación

2.1.-tros tipos de Hiridación

3. -ritales "oleculares

!. Enlaces "9ltiples

5. -rden de Enlace

6. UPor qu# no existe la mol#cula He2V

. ;eor&a de -ritales ,rontera

. >nteracción Homo+(umo

. )eacti8idad Wu&mica y -ritales "oleculares

1B.Homo+ (umo Positi8os y e$ati8os

00


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1. TEORÍA DEL ORBITAL MOLECULAR

;eor&a de los oritales moleculares =;-"?: 7na forma de descriir el enlace co8alente en t#rminos de la"ecánica cuántica es la teor&a de los oritales moleculares =;-"?A se$9n la cual cuando los átomosinteraccionanA sus oritales atómicos se cominan transformándose en oritales moleculares. (aaproximación de oritales moleculares como cominación lineal de oritales atómicos =-"+0(-*? fueintroducida en 12 por %ir To'n (ennard+Tones. (os principios fundamentales de esta cominación de

oritales atómicos =0(-*? son: (os oritales moleculares se forman por la cominación o interacción deoritales atómicos de 2 o más átomos. %ólo los electrones de 8alencia participan en el enlace qu&micoA ysolamente los oritales de 8alencia se cominan para formar oritales moleculares. 0uando se forman dosoritales moleculares a partir de dos oritales atómicosA uno de ellos es de menor ener$&a =se denomina-)/>;*( E(*K*;E?A y otro de mayor ener$&a =-)/>;*( *;>E(*K*;E?. (os oritales molecularescumplen con la re$la de Hund y con el principio de exclusión de Pauli. %ólo los oritales atómicos quetienen propiedades de simetr&a id#nticas pueden interaccionar entre s&. (a me


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1.2. -ritales

-rital Enla


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1.3. ,orma de los -ritales

-ritales atómicos: En el modelo atómico sur$ido tras la aplicación de la "ecánica 0uántica al átomo de/Z'rA se denomina orital a cada uno de los estados estacionarios de la función de onda de un electrón enun átomo. o representan la posición concreta de un electrón en el espacioA sino que representan unare$ión del espacio en torno al n9cleo atómico en la que la proailidad de encontrar al electrón es ele8adao máxima.

El nomre de los oritales atómicos se dee a sus l&neas espectroscópicas =en in$l#s s s'arpA p principalAd diffuse y f =fundamental?.

-)/>;*(E% s: el orital s tiene simetr&a esf#rica alrededor del n9cleo atómico. En la fi$ura se muestrandos formas alternati8as de representar la nue electrónica de un orital s: en la primeraA la proailidad deencontrar al electrón =representada por la densidad de puntos? disminuye a medida que nos ale4amos delcentroA en la se$undaA se representa el 8olumen esf#rico en el que el electrón pasa la mayor parte deltiempo =mayor proailidad de encontrarlo?. Principalmente por la simplicidad de la representación es unase$unda forma la que usualmente se emplea. Para 8alores del n9mero cuántico principal mayores que

0.


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unoA la proailidad de encontrar al electrón se concentra a cierta distancia del n9cleoA ya que a medidaque aumenta n aumenta la ener$&a que posee el electrónA por lo que está menos firmemente 9nico aln9cleo.

-)/>;*(E% p: (a forma $eom#trica de los oritales p es la de dos esferas ac'atadas 'acia el punto decontacto =el n9cleo atómico? y orientadas se$9n los e4es de coordenadas. En función de los 8alores quepuede tomar el tercer n9mero cuántico ml =+1A B y 1? se otienen los tres oritales p sim#tricos respecto alos e4es xA < e y. *nálo$amente al caso anteriorA en los oritales p al incrementarse el 8alor del n9mero

cuántico principal la proailidad de encontrar el electrón se ale4a del n9cleo atómico.

-)/>;*(E% d: (os oritales d tienen una forma más di8ersa: cuatro de ellos tienen forma de ! lóulos desi$nos alternados =dos planos nodalesA en diferentes orientaciones del espacio?A y el 9ltimo es un dolelóulo rodeado por un anillo =un dole cono nodal?.

03


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-)/>;*(E% f: (os oritales f tienen formas a9n más exóticasA que se pueden deri8ar de aYadir un planonodal a las formas de los oritales d.

Para comprender me4or los enlaces si$ma y pi en el enlace co8alenteA deemos primero entender cómo se'iridan en el espacio los oritales atómicos s y p. -ser8ando los oritales s y p desde un punto de 8ista

tridimensionalA podemos distin$uir tres orientaciones espaciales de los tres lóulos del orital p: 2pxA 2py [2p


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*; Hiridación sp2: %e comina un orital s con dos oritales p para dar tres oritales '&ridos sp2equi8alentes.

El átomo puede formar 3 enlaces i$uales entre s&A que forman án$ulos de 12B\ deido a la repulsión de lospares electrónicos. (a mol#cula formada es trian$ularA E4emplo /0l3 =tricloruro de oro?A /,3 =trifluoruro deoro?A etc.

,i$ura: un orital s y dos oritales p pueden 'iridarse para formar tres oritales atómicos '&ridos sp2equi8alentes. (os lóulos $randes de estos oritales apuntan 'acia las esquinas de un trián$ulo

equilátero.

!; Hiridación sp3 : %e comina un orital s con tres oritales p para dar ! oritales '&ridos sp3 .

(os elementos que presentan esta 'iridación forman mol#culas tetra#dricasA en las cuales el án$ulo deenlace esA sal8o excepcionesA 1BA!\. E4emplo el carono en la mol#cula de tetracloruro de carono=00l!?. -tros elementos que presentan esta 'iridación son el en el amon&aco =H3?A donde los án$ulosde enlace son 1B\] y el - en el H2-A con án$ulos de 1B!A5\. En estos dos casos el án$ulo de enlace noes 1BA5\ por la repulsión e4ercida por los pares de electrones no enla


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,i$ura: ,ormación de cuatro oritales '&ridos sp3 equi8alentesA a partir de la unión de un orital s con tresoritales p.

2.1. -;)-% ;>P-% E H>/)>*0>^:

d sp3 : es la cominación de un orital s D un orital d D tres oritales pA dando como resultado cincooritales '&ridos d sp3 . E4. El átomo de fósforo en la mol#cula de P,5 =pentafluoruro de fósforo?.

d 2 sp3 : es la cominación de un orital s D dos oritales d D 3 oritales p para dar seis oritales '&ridosd2 sp3 . E4emplo: el átomo de a


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ox&$eno tiene una mayor participación en el solapamiento y en consecuenciaA el orital molecular separecerá más al orital atómico del ox&$eno.

-)/>;*(E% _ =si$ma?: ;ienen su máxima densidad en la dirección del e4e internuclear. Pueden formarse apartir de: a? oritales s de dos átomos:

? Pueden formarse oritales _ por unión de otro tipo de oritales: px y pxA s y pxA s y un orital '&rido spAsp2 o sp3] o ienA entre oritales atómicos '&ridos sp y spA sp2 y sp2 o sp3 con sp3.

-)/>;*(E% ` =pi?: ;ienen su máxima densidad en dos nues electrónicas. %e forman a partir de lacominación de oritales Py+PyA y P< R P


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E l! =&u#! +( !9!>% )( %9)(#?! (>(m-l%) +( )%l!-!m$(@%) ,%+u,(@() ! %#9$@!l()m%l(,ul!#() +( @$-% )$&m! $:u$(#+! -$ ,(@#% ; +(l@! +(#(,!"

4. ENLACES M


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:. TEORIA DE ORBITALES FRONTERA

7n principio fundamental: todos los pasos de todos los mecanismos de reacciones 'eteroc&clicas son o/ronsted o (eOis reacciones ácido+ase.

>mplican ya sea transferencia de protones =/ronsted?A o interacciones de oritales no compartido=parS8ac&o? =(eOis?.

0uando se consideran que interact9an los oritales atómicosA las reacciones de /ronsted pueden 8ersesimplemente como un caso especial de las de (eOisA en la que el orital 8ac&o es el orital antienla


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En resumen todas las reacciones 'eteroc&clicas proceden porque la ener$&a de un par de electrones sereduce por la interacción de un orital atómico o molecular lleno con uno 8ac&o.

. INTERACCIÓN HOMOLUMO

En el contexto de las reacciones peric&clicasA la reacción entre un sustrato =por e4emplo un polieno? y unreacti8o tiene lu$ar mediante el solapamiento de los oritales 8ac&os del sustrato y los llenos del reacti8o o8ice8ersa. *unque 'ay interacción entre todos los oritales molecularesA la intensidad de tal interacción esmayor si sus ener$&as están más próximasA por lo tantoA las interacciones más intensas se producen entrelos oritales de frontera.

El se$undo aspecto importante es que los oritales de frontera deen tener la simetr&a necesaria para queocurra un solapamiento enla


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(a re$ión de mayor localinor$ánica

de la 7ni8ersidad *utónoma de /arcelonaA Editorial )e8ert#.• Wu&mica or$ánica /y %tep'en T. Qeinin$erA ,ranG ). %termit<• %'ri8e =2da edición?A pá$s. 62 a ! =mol#culas diatómicas?A 6 a B =mol#culas poliatómicas?]• Housecroft =2da edición?A pá$s. 2 a 36 y !1 a !3 =mol#culas diatómicas?A 1B a 12 =mol#culas

poliatómicas?• Qemaster A epartment of 0'emistryA 7ni8ersity of "aineA -ronoA "E B!!6 %eptemer 3Bt'A

2B1B.• Wu&mica -r$ánica. )eacciones Peric&clicas.
mailto:[email protected]:[email protected]

Ácidos hidroxámicos y teoría del orbital molecular

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