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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


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


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


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


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.


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.


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.


• 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:


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


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.


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:


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.


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

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