problemas resueltos de quÍmica orgÁnica ......plrp (v3) 3 h 3 c o oh ch 3 oh ácido...
Post on 20-Jan-2021
3 Views
Preview:
TRANSCRIPT
Pedro L. Rodríguez Porca (v10) 1
PROBLEMAS RESUELTOS DE QUÍMICA ORGÁNICA
Formulación y nomenclatura Química Orgánica
Nomenclatura Química Orgánica
Elección de la cadena principal (que da nombre al compuesto, nombrando antes los dobles que los triples
enlaces):
• Se escoge el grupo funcional prioritario, que se nombra como sufijo. Los demás se nombran como
prefijo.
• Cuando hay ramificaciones, la cadena principal (de mayor a menor prioridad) es:
▪ Contenga mayor n.º de grupos funcionales principales
▪ Mayor n.º de insaturaciones (considerados por igual enlaces doble y triples)
▪ Mayor n.º de átomos de C (según IUPAC 2013 esta va antes de las insaturaciones)
▪ Mayor n.º de enlaces dobles
▪ Mayor n.º de ramificaciones
Las ramificaciones se nombran como sustituyentes de la cadena principales, con la terminación -ilo
(son sustituyentes), en orden alfabético (los prefijos di-, tri-, tetra-, etc no cuentan para el orden
alfabético) y precedidos del localizador en la cadena principal.
Numeración de la cadena principal:
▪ Numerar los C tal que el grupo principal tenga el localizador más bajo. Si existe más de una
posibilidad, tal que los restantes grupos funcionales tengan los localizadores más bajos. ▪ Si hay insaturaciones, tal que estas tengan los localizadores más bajos (sin distinguir el tipo de
insaturación). En los cíclicos tiene preferencia el doble enlace.
▪ A igualdad de insaturaciones, localizador más bajo para el doble enlace.
▪ A igualdad de las anteriores, localizadores más bajos para las ramificaciones.
▪ A igualdad de posición de las ramificaciones, localizador más bajo para el primero en orden alfabético
(recomendación 1993).
Tipos de nomenclatura IUPAC
Fórmula Nomenclatura de 1979 Nomenclatura de 1993
(recomendada)
CH3-CH2-CH=CH2 1-Buteno But-1-eno
CH2-CH(CH3)-CH=CH2 3-Metil-1-buteno 3-Metilbut-1-eno
CH2=CH-CH=CH2 1,3-Butadieno Buta-1,3-dieno
CH2=CH-CH2-CH2OH 3-Buten-1-ol But-3-en-1-ol
CH3-CH2-CH2-CH2OH 1-Butanol Butan-1-ol
IUPAC 1979: 2-hexeno
IUPAC 1993: hex-2-eno
La CiUG acepta ambas
Algunos nombres comunes y sus equivalentes IUPAC
Común IUPAC Común IUPAC
Acetileno Etino Cloroformo Triclorometano
Acetona Propanona D.D.T. Diclorodifeniltricloroetano
Ácido acético Ácido etanoico Éter Dietiléter
Ácido benzoico Ácido bencenocarboxílico Etileno Eteno
Ácido butírico Ácido butanoico Formol Metanal (disuelto en agua)
Ácido cítrico Ácido 3-carboxi-3-hidroxipentanodioico Glicerina Propanotriol
Pedro L. Rodríguez Porca (v10) 2
Ácido fórmico Ácido metanoico Isopreno Metilbutadieno
Ácido láctico Ácido 2–hidroxipropanoico Propileno Propeno
Ácido oxálico Ácido etanodioico T.N.T. 2,4,6–trinitrotolueno
Anilina Fenilmania Tolueno Metilbenceno
Sustituyentes más frecuentes (resto de un hidrocarburo que ha perdido un H)
1. Formulación y nomenclatura
1. CH3 CH CH2 CH CH2
CH2
CH3
CH2 CH3
CH3
3-etil-5-metilheptano
2. CH
3CH
2CH
2CH
2CH CH CH
2CH
2CH
2CH
3
CH2
CH2
CH3
CH2
CH3
5-etil-6-propildecano
3. CH3CH2C(CH3)(CH3)CH2C(CH3)(CH2CH3)CH2CH2CH(CH3)CH3 5-etil-2,5,7,7-tetrametilnonano
4. CH3 CH CH CH CH2 CH3
CH3
2-metilhex-3-eno
5. CH2C(CH3)CH2CH(CH3)CHCH2 2,4-dimetilhexa-1,5-dieno 6. CHCCH2CH2CCCHCH2 oct-1-en-3,7-diino 7. CH3CHC(CH3)CCH 3-metilpent-3-en-1-ino
8.
CH3 CH2 CH2 CH2 CH CH2 C CH3
CH2C
CH
3-butil-2-metilpent-1-en-4-ino (antes 2013)
4-etinil-2-metiloct-1-eno
(PIN 2013)
9. CH3CHCHCH2CH2Cl 5-cloropent-2-eno
10. CH3CH(CH3)CH2CHFCH3 2-flúor-4-metilpentano
11. CH3CH2CH(CH2CH3)CH2CHFCH2CH3 3-etil-5-fluorheptano
Pedro L. Rodríguez Porca (v10) 3
12. F
Cl
1-cloro-2-fluorciclohexano
13.
CH3 CH3
4-etil-5-metilciclohexeno
(orden alfabético de sustituyentes)
14.
CH3
CH3
4-metil-5-propilciclohexeno
(orden alfabético de sustituyentes)
15.
CH2CH
CC
CH
CH
CH3
5-metilciclohexen-3-ino
16. F
CH3
4-fluoro-5-metilciclohexeno
17. Br
5-bromociclohexa-1,3-dieno
18.
CH3
metilbenceno / tolueno
19.
CH3
CH3
1,2-dimetilbenceno /
o-dimetilbenceno
20.
CH3
CH3Cl
4-cloro-1,2-dimetilbenceno
21.
CH3
CH3Cl
4-cloro-1,2-dimetilbenceno
(halógenos tienen la misma prioridad que los sustituyen orgánicos a efectos de localizadores y orden en el nombre)
22. CH3C(CH3)CHCHOHCH3 4-metilpent-3-en-2-ol
23. CH
CH3
CH2 OH
2-fenilpropan-1-ol
Pedro L. Rodríguez Porca (v10) 4
24. CH2CHCHOHCH3 but-3-en-2-ol
25. CH3CH2CH2OCH2CH2CH2CH3
propoxibutano (1º sustituyente más simple)
butil propil éter (orden alfabético)
26. CH3CH2O-Ph etoxibenceno / etil fenil éter
27. CH2 CH O
eteniloxibenceno
ciclohexil etenil éter
28. CH2OHCH2CHO o CH2OHCH2COH 3-hidroxipropanal
29. CH2OHCOCH(CH3)CH3 1-hidroxi-3-metilbutan-2-ona
30. Ph-COCH2CH3 etil fenil cetona (orden alfabético)
31. CHCCH2CH2CHBrCHO 2-bromohex-5-inal
32. CH3COCH2CHO 3-oxobutanal
33. CH3COBr bromuro de etanoilo
34. CH2CHCOOH ácido prop-2-enoico
35. CH3
O
OH
CH3
OH
ácido 2-hidroxi-3-metilbutanoico
36.
OH
O O
OH
O OH
OH
ácido 3-carboxi-3-hidroxipentanodioico = ácido 3-hidroxi-1,3,5-pentanotricarboxílico (ácido cítrico)
37. HCOOCH2CH3 metanoato de etilo
38. Ph-COOHCH3 benzoato de metilo
39. CH2CHCH2COOCH3 but-3-enoato de metilo
40. CHOOCH2CH2CH(CH3)CH3 metanoato de 3-metilbutilo
41. CH3CH2NH2 etanamina
42. CH3CH2NHCH3
etil metil amina (orden alfabético)
N-metiletanamina (1º sustituyente más simple)
43. NH2NH2
1,4-ciclohexanodiamina
44. CH3CHCHCHNH2CH3 pent-3-en-2-amina
45. HCONH2 metanamida
46. CH3CHNH2CH2CONH2 3-aminobutanamida
Pedro L. Rodríguez Porca (v10) 5
47. CH3 CO N CH3
CH3
N,N-dimetiletanamida
48. C
O
NH2
benzamida
49. CH3CH2CH(CH3)CN 2-metilbutanonitrilo
50. CHCCHOHCH2CN 3-hidroxipent-4-inonitrilo
51. CH3CH(NO2)CH2CH3 2-nitrobutano
52. NO2
5-nitrociclopenta-1,3-dieno
Estructura molecular
2. Dado el compuesto 4–amino–1–hidroxi–3–metilbutan–2–ona,
identificar el tipo de hibridación que utiliza cada átomo (que tenga
hibridación) y la geometría entorno a dicho átomo.
La estructura de Lewis es (con nombre 4-amino-1-hidroxi-meilbutan-2-
ona):
C C C C
O
O N
CH
H H H
H
H
H
H
H
H
H
1
de donde se deduce el número de zonas de alta densidad electrónica (ZADE) que rodean a cada átomo central:
• Átomos de C nº 1, 3, 4 y metílico, O hidroxílico y N: rodeados por 4 ZADEs, hibridación sp3 (se
necesitan tantos OAh como ZADEs).
▪ Geometrías electrónicas tedraédricas.
▪ Geometrías moleculares tetraédricas para C1, C3, C4 y Cmetílico.
▪ Geometría molecular trigonal plana para el N.
▪ Geometría molecular angular para el O hidroxílico.
• Átomo C2: rodeado por 3 ZADE, hibridación sp2.
▪ Geometría electrónica y molecular trigonal plana.
El nº de ZADEs también sirve para orientar dichas zonas en el espacio aplicando la 1ª regla del método de
RPECV.
3. Probar a construir la D–(+)–Glucosa mediante bolas y varillas, y ciclar posteriormente para
obtener la α–D–(+)–Glucosa o β–D–(+)–Glucosa.
Pedro L. Rodríguez Porca (v10) 6
Isomería
Isómeros: compuestos con la misma fórmula molecular (misma composición) pero distinta fórmula
estructural (diferente estructura interna y diferentes propiedades físicas y/o químicas)
A. Isomería estructural, constitucional (o plana).
• Distinta conectividad de los átomos, distintas fórmulas condensadas, semi o desarrolladas.
• Diferencias en la estructura del esqueleto carbonado.
• Explicada mediante fórmulas planas 1. Isomería de cadena u ordenación: cambia la disposición átomos de C en el esqueleto carbonado
(en cadenas de 4 o más átomos de C).
Pentano: n–pentano, metilbutano, dimetilpropano
2. Isomería de posición: cambia la situación del grupo funcional en el esqueleto carbonado
2–butanol, 1–butanol
3. Isomería de función: cambia el grupo funcional (alcoholes/éteres, aldehídos/cetonas,
ácidos/ésteres, etc) ciclo, alqueno: ejemplo but-2-eno y ciclobutano
etanol, dimetiléter
propanal, propanona
3-buten-2-ol / butanona Ciclobutano y Metilciclopropano son isómeros funcionales del buteno
4. *Isomería de compensación o Metamería: mismo grupo funcional sustituido de formas distintas: da
lugar a metámoros: metilpropil éter, dietiléter
5. *Tautomería: existe transposición de un átomo entre las dos estructuras en equilibrio de hidrógeno:
etenol ⇄ etanal
B. Estereoisomería o Isomería espacial:
• Misma conectividad
• Mismas fórmulas condensadas, semi o desarrolladas
• Distintas fórmulas tridimensionales
• Diferente distribución espacial de los átomos
• Son necesarias fórmulas tridimensionales
1. *Isomería conformacional:
Se pasa de una a otra por rotación del enlace sencillo. Diferentes disposiciones espaciales al girar
enlace sencillo C–C. No se puede separar por coexistir todas las formas al estar interconvertiéndose
entre si a T ambiente.
*Confórmeros: Formas alternada/eclipsada/sesgada. Formas silla/corona (ciclohexano)
2. Isomería configuracional:
No se puede pasar de una a otra por rotación. Para pasar de una a otra hay que romper algunos
enlaces y formar otros. No se interconvierten entre si y se pueden separar.
Pedro L. Rodríguez Porca (v10) 7
a) Isomería geométrica: se presenta cuando cada uno de los dos átomos (normalmente átomos de
C) consecutivos unidos por un enlace rígido (doble enlace o ciclos) tienen sustituyentes distintos,
y puede ser isomería cis cuando los sustituyentes están del mismo lado que el doble enlace (o del mismo lado del anillo) y trans en caso contrario
Notación cis (Z), trans (E) (nomenclatura simple para cuando los dos grupos “de mayor peso”
están del mismo o del distinto lado del enlace). La nomenclatura cis-trans se utiliza cuando hay
dos sustituyentes iguales en uno y otro átomo (los otros dos sustituyentes pueden ser distintos
entre si), mientras que la nomenclatura Z-E se utiliza cuando los cuatro sustituyentes son
distintos.
Notación Z, E (sustituyentes complejos):
• Z (alemán “juntos”): sustituyentes de
mayor prioridad del mismo lado del
doble enlace
• E (alemán “opuestos”): sustituyentes de
mayor prioridad de lados opuestos del
doble enlace
Mayor prioridad: mayor nº atómico para primer átomo del sustituyente. Si son iguales, el 2º, etc
b) Isomería óptica: Enantiómeros:
Moléculas tridimensionales que son objeto–imagen no superponibles
Se necesitan átomos de C con cuatro sustituyentes diferentes, por lo tanto con hibridación sp3. C*
asimétricos o estereogénicos
Se diferencia en que rotan el plano de la luz polarizada en distintos sentidos, son ópticamente activas:
• Uno es dextrógiro y el otro levógiro
• Desvían luz polarizada hacia la derecha = + o letra “d”; hacia la izquierda = – o letra “l”
(levórgiro)
• Polarímetro: fuente, filtro, muestra, analizador Las demás propiedades físicas son iguales
Tienen las mismas propiedades químicas, excepto si reaccionan con otras moléculas quirales
Sus moléculas son quirales (griego, mano), no tienen plano y centro de simetría.
Mezcla racémica: mezcla equimolecular de dos enantiómeros, no es ópticamente activa
Ejemplo: 2-butanol
*Nomenclatura R S
c) Diasteroisómeros: Isómeros configuracionales que:
• No son superponibles
• Y tampoco son enantiómeros (no son objeto – imagen)
• No son ópticamente activos
por tanto pueden ser geométricos (algunos también incluyen a los confórmeros) o bien ópticos. Tienen distintas propiedades físicas y químicas.
2,3–butanodiol: tiene 22 = 4 estereoisó-
meros posibles, que se reducen a tres pues,
dos enantiómeros son iguales al haber un
plano de simetría en la molécula:
• A = B (son el mismo compuesto),
son formas “meso”, “mesómeros”
(tienen un plano de simetría)
• C y D son enantiómeros.
Pedro L. Rodríguez Porca (v10) 8
• Entre A (o B) y C o D son diasteroisómeros
Epímeros: difieren en la configuración de un solo carbono quiral
Diasteroisómeros: son aquellos que difieren en la configuración de más de un C quiral
Las formas cis y la trans son diastereómeros entre si, pues no son objeto e imagen y no son
superponibles.
4. (2006) Escribir y nombrar dos isómeros estructurales del 1–buteno.
El 1-buteno
CH
2CH CH
2CH
3 tiene un isómero de cadena (2-metilprop-1-eno):
CH2
C CH3
CH3
y un isómero de función (ciclobutano):
CH2
CH2 CH2
CH2 Si nos preguntaran por isómeros del buteno también tendríamos los isómeros de posición 1-buteno y 2-
buteno.
5. (2005) a) Formular y nombrar un isómero de función del 1–butanol y otro de la 2–pentanona
b) ¿Cuál de los siguientes compuestos es ópticamente activo? CH3–CH2–CHCl–CH2–CH3, CH3–CH2–
CHCl–COOH. Razonar la respuesta y dibujar los enantiómeros.
a) Para el 1-butanol CH3
CH2
CH2CH2
OH
un isómero de función de función puede ser el metoxipropano (o metil propil éter -por orden alfabético)
CH2
CH2O
CH3CH3
Para la pentan-2-ona
CH3
CH2CH2
CCH3
O
un isómero de función es el pentanal
CH3
CH2
CH2
CH2
CO
H b) Para que un compuesto sea ópticamente activo tiene que haber algún átomo de C asimétricos (con cuatro
sustituyentes diferentes).
El 3-cloropentano
C C C C C
ClH
H
H
H H
H
H
H
H
HH
no tiene ningún átomo de C con cuatro sustituyentes diferentes, por lo que no es ópticamente activo y
por ello no tiene enantiómeros (objeto-imagen diferentes).
El ácido 2-clorobutanoico tiene un átomo de C asimétrico, el 2:
Pedro L. Rodríguez Porca (v10) 9
C C C C
H
H H
Cl
H
O
O
H
H H1
por lo que será ópticamente activo y tendrá enantiómeros:
C
CH2
C
Cl
H
CH3 O
OH
C
CH2
C
Cl
CH3O
OHH
6. (2003) Escribir:
a) Un hidrocarburo alifático saturado que presente isomería de cadena
b) Un alcohol que presente isomería de posición
c) Un ejemplo de isomería de función
d) Un aldehído que presente isomería óptica
e) Un ejemplo de isomería geométrica
Formular y nombrar en todos los casos cada uno de los isómeros.
a) El ejemplo más sencillo es el butano y el 2-metilpropano:
CH3 CH2 CH2 CH3 CH3 CH CH3
CH3
b) El ejemplo más sencillo es el propan-1-ol y el propan-2-ol:
CH3 CH2 CH2 OH CH3 CH CH3
OH
c) Un ejemplo de isomería de función pueden ser el etanol y el dimetiléter: CH
3CH
2OH CH
3 O CH3
d) El 2-cloropropanal presenta isomería óptica por tener un átomo de C (el nº 2) asimétrico, con cuatro
sustituyentes distintos:
C C H
O
CH3
Cl
H
1
e) La isomería geométrica se puede presentar en los dobles enlaces, tal como en el cis-but-2-eno y trans-2-
buteno:
C C
CH3CH3
H H
C C
HCH3
H CH3
7. (2002) Escribir y nombrar todos los isómeros de fórmula C4H8. Razonar a qué tipo de isomería
pertenecen.
ciclobutano:
CH2
CH2
CH2
CH2
1-but-1-eno: CH3
CH2
CH CH2
Pedro L. Rodríguez Porca (v10) 10
cis-but-2-eno: C C
CH3
HH
CH3
trans-but-2-eno: C C
CH3
CH3H
H
metilprop-2-eno: C C
CH3H
CH3H
El but-1-eno es isómero de posición respecto al cis y trans but-2-eno.
Cis y trans but-2-eno son isómeros geométricos entre si.
El ciclobutano es isómero de función respecto a los demás.
El metilprop-2-eno es isómero de cadena respecto a los cis y trans but-2-eno.
(Explicar cada una de las isomerías indicadas).
8. Escribir compuestos isómeros que respondan a la fórmula C5H10O2. Identificar cada tipo de
isómero y nombrar cada uno de ellos.
9. (2002) Escribir y dibujar los isómeros ópticos de las siguientes moléculas en el caso de que la
presenten: benceno, 3–metilhexano, 2–butanol.
El benceno
C
C
C
C
C
C
H
H
H
H
H
H
no presenta isomería óptica porque no tiene ningún átomo de C con cuatro sustituyentes distintos.
Pedro L. Rodríguez Porca (v10) 11
El 3-metilhexano
CH3
CH2
CH CH2
CH2
CH3
CH3
tiene el C3 con cuatro sustituyentes distintos, por lo que es un C asimétrico y tendrá isomería óptica con dos
enantiómeros:
CCH2CH2CH3
CH3
CH2CH3
H CCH2CH2CH3
CH3
CH2CH3
H
El butan-2-ol tiene el C2 asimétrico, por tener cuatro sustituyentes distintos, por lo que tiene isómeros ópticos
y sus enantiómeros son:
CCH2CH3
OH
CH3
H CCH2CH3
OH
CH3
H
10. (2001) a) Escribir la estructura de 4 aminas acíclicas de fórmula C5H11N que presenten isomería
geométrica y darles nombre.
b) Nombrar una de las parejas de isómeros geométricos y escribir sus estructuras geométricas en el
plano.
c) ¿Alguno de los compuestos anteriores presenta isomería óptica? Dibujar la estructura de los
isómeros.
a) CH3 CH2 CH2 CH CH NH2 CH3 CH2 CH CH CH2 NH2
pent-1-en-1-amina pent-2-en-1-amina
CH CH CH CH3
NH2
CH3 CH2 CH C CH3
NH2
CH3 pent-3-en-2-amina pent-2-en-2-amina
Todos los compuestos anteriores presentan isomería geométrica por tener dos sustituyentes distintos en cada uno de los C que participan en los dobles enlaces.
b) Los isómeros geométricos cis y trans, respectivamente, del segundo compuesto son: CH3 CH2
C C
CH2 NH2
H H
CH3 CH2
C C
CH2 NH2H
H
c) El único compuesto que tiene algún átomo de C asimétrico, con cuatro sustituyentes distintos, es el
tercero, pent-3-en-2-amina, en el átomo C2, cuyos enantiómeros son:
CCH3
NH2
CH
H
CHCH3
CCH3
NH2
CH
H
CH CH3
11. (2008) Nombrar los siguientes compuestos orgánicos, indicar los grupos funcionales y señalar
cuáles son carbonos asimétricos en el caso de que los hubiese y dibujar los isómeros:
Pedro L. Rodríguez Porca (v10) 12
a) CH3–CH2–CONH2
b) CH3–CHOH–CH2–CH3.
a) Es la propanamida
CH3 CH2 C
O
NH2
cuyo grupo funcional es la amida C
O
NH2.
El compuesto no tiene ningún C asimétrico, con cuatro sustituyentes distintos, por lo que no es
ópticamente activo.
b) Es el butan-2-ol
CH3 CH CH2 CH3
OH
cuyo C2 es asimétrico por tener cuatro sustituyentes distintos, y presentará isomería óptica, con dos
enantiómeros:
CCH3
OH
CH2
H
CH2CH3
CCH3
OH
CH2
H
CH2 CH3 12. Dadas las siguientes moléculas orgánicas: but-2-ol, propanoato de metilo y but-2-eno.
a) Escribir sus fórmulas desarrolladas e indicar un isómero de posición para el 2–butanol,
escribiendo su fórmula desarrollada y nombrándolo
b) Justificar si alguna de ellas puede presentar isomería geométrica y/o isomería óptica, dibujando
los respectivos isómeros.
a) CH3CHCH2CH3
OH
CH3CH2 C O CH3
O
CH3CH CHCH3
but-2-ol propanoato de metilo but-2-eno
El isómero de posición, en donde cambia la posición del grupo funcional (alcohol), del but-2-ol es el but-
1-ol, cuya fórmula desarrollada es:
C C C C OH
H
H
H H
H
H
H H
H
b) El único compuesto que tiene un C asimétrico, con cuatro sustituyentes distintos, es el but-2-ol, en el C2,
y sus enantiómeros son:
CCH2
OH
CH3
H CH3
CCH2
OH
CH3
HCH3
13. (2019) Escribir las fórmulas semidesarrolladas y justificar si cada uno de los siguientes
compuestos presenta isomería cis-trans: 1,1-dicloroetano, 1,1-dicloroeteno, 1,2-dicloroetano, 1,2-
dicloroeteno.
Pedro L. Rodríguez Porca (v10) 13
En las fórmulas semidesarrolladas no se representan los enlaces con el H:
CH CH3Cl
Cl
C CH2
Cl
Cl
CH2 CH2Cl Cl CH CHCl Cl El único compuesto que presenta isomería cis-trans es el último por tener dos sustituyentes distintos en cada
uno de los átomos de C que participan en el doble enlace. Sus isómeros cis-trans son, respectivamente:
C C
Cl Cl
H H
C C
Cl H
H Cl
top related