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PROBLEMAS RESUELTOS DE QUÍMICA ORGÁNICAFormulación y nomenclatura Química OrgánicaNomenclatura Química OrgánicaElección de la cadena principal (que da nombre al compuesto, nombrando antes los dobles que los triplesenlaces): Se escoge el grupo funcional prioritario, que se nombra como sufijo. Los demás se nombran comoprefijo. 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 ramificacionesLas 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 ordenalfabético) 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 unaposibilidad, 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 deinsaturación). 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 IUPACFórmulaNomenclatura de 1979CH3-CH2-CH CH2CH2-CH(CH3)-CH CH2CH2 CH-CH CH2CH2 eno1,3-Butadieno3-Buten-1-ol1-ButanolNomenclatura de -dienoBut-3-en-1-olButan-1-olIUPAC 1979: 2-hexenoIUPAC 1993: hex-2-enoLa CiUG acepta ambasAlgunos nombres comunes y sus equivalentes IUPACComúnIUPACComúnAcetilenoEtinoCloroformo tricloroetanoÁcido acéticoÁcido etanoicoÉterDietiléterÁcido benzoico Ácido bencenocarboxílicoEtilenoEtenoÁcido butírico Ácido butanoicoFormolMetanal (disuelto en agua)Ácido cítricoÁcido 3-carboxi-3-hidroxipentanodioico GlicerinaPedro L. Rodríguez Porca (v12)IUPACPropanotriol1
Ácido fórmico Ácido metanoicoIsoprenoMetilbutadienoÁcido lácticoÁcido 2–hidroxipropanoicoPropilenoPropenoÁcido oxálicoÁcido ilmaniaToluenoMetilbencenoSustituyentes más frecuentes (resto de un hidrocarburo que ha perdido un H)1. Formulación y nomenclaturaH2C1.CH3 CHCH2 CHCH3CH2 CH33-etil-5-metilheptanoCH2CH32.3.4.5.6.7.CH3 CH2 CH2 CH2 CH3CH3 CH2 CH2 CH2 CH CH CH2 CH2 CH2 CH3CH3 CH CH CH CH2 HC(CH3)CCHH3CCH2 CH2 CH2 CH CH2 util-2-metilpent-1-en-4-ino(antes 2013)4-etinil-2-metiloct-1-eno(PIN 2013)CH3CHCHCH2CH2Cl5-cloropent-2-eno10. CH3CH(CH3)CH2CHFCH32-flúor-4-metilpentano11. edro L. Rodríguez Porca (v12)2
ilciclohexeno13.(orden alfabético de (orden alfabético de clohexa-1,3-dienoBrCH318.metilbenceno / toluenoCH31,2-dimetilbenceno nos tienen la mismaprioridad que los sustituyenorgánicos a efectos de localizadoresy orden en el nombre)21.Cl22. CH3C(CH3)CHCHOHCH34-metilpent-3-en-2-olCH2 OH23.2-fenilpropan-1-olCHCH3Pedro L. Rodríguez Porca (v12)3
24. CH2CHCHOHCH3but-3-en-2-ol25. CH3CH2CH2OCH2CH2CH2CH3propoxibutano (1º sustituyente mássimple)butil propil éter (orden alfabético)26. CH3CH2O-Ph27. H2Cetoxibenceno / etil fenil étereteniloxibencenoCH Ociclohexil etenil éter28. CH2OHCH2CHO o CH2OHCH2COH3-hidroxipropanal29. CH2OHCOCH(CH3)CH31-hidroxi-3-metilbutan-2-ona30. Ph-COCH2CH3etil fenil cetona (orden alfabético)31. CHCCH2CH2CHBrCHO2-bromohex-5-inal32. CH3COCH2CHO3-oxobutanal33. CH3COBrbromuro de etanoilo34. CH2CHCOOHácido prop-2-enoicoCH3O35. H C3ácido 2-hidroxi-3-metilbutanoicoOHOHOHHOOH36.OOOOHácido 3-carboxi-3hidroxipentanodioico ácido 3hidroxi-1,3,5-pentanotricarboxílico(ácido cítrico)37. HCOOCH2CH3metanoato de etilo38. Ph-COOHCH3benzoato de metilo39. CH2CHCH2COOCH3but-3-enoato de metilo40. CHOOCH2CH2CH(CH3)CH3metanoato de 3-metilbutilo41. CH3CH2NH2etanaminaetil metil amina (orden alfabético)42. CH3CH2NHCH343. H2NN-metiletanamina (1º sustituyentemás simple)1,4-ciclohexanodiaminaNH244. CH3CHCHCHNH2CH3pent-3-en-2-amina45. HCONH2metanamida46. CH3CHNH2CH2CONH23-aminobutanamidaPedro L. Rodríguez Porca (v12)4
47.H3CCO NCH3N,N-dimetiletanamidaCH3O48.benzamidaCNH249. CH3CH2CH(CH3)CN2-metilbutanonitrilo50. CHCCHOHCH2CN3-hidroxipent-4-inonitrilo51. 1,3-dienoNO2Estructura molecular2. Dado el compuesto ,identificar el tipo de hibridación que utiliza cada átomo (que tengahibridación) y la geometría entorno a dicho átomo.La estructura de Lewis es (con nombre HHHHde 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 sp 3 (senecesitan 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 deRPECV.3. Probar a construir la D–( )–Glucosa mediante bolas y varillas, y ciclar posteriormente paraobtener la α–D–( )–Glucosa o β–D–( )–Glucosa.Pedro L. Rodríguez Porca (v12)5
IsomeríaIsómeros: compuestos con la misma fórmula molecular (misma composición) pero distinta fórmulaestructural (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 planas1. 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, dimetilpropano2. Isomería de posición: cambia la situación del grupo funcional en el esqueleto carbonado2–butanol, 1–butanol3. Isomería de función: cambia el grupo funcional (alcoholes/éteres, aldehídos/cetonas,ácidos/ésteres, etc)ciclo, alqueno: ejemplo but-2-eno y ciclobutanoetanol, dimetiléterpropanal, propanona3-buten-2-ol / butanonaCiclobutano y Metilciclopropano son isómeros funcionales del buteno4. *Isomería de compensación o Metamería: mismo grupo funcional sustituido de formas distintas: dalugar a metámoros:metilpropil éter, dietiléter5. *Tautomería: existe transposición de un átomo entre las dos estructuras en equilibrio de hidrógeno:etenol etanalB. Estereoisomería o Isomería espacial: Misma conectividad Mismas fórmulas condensadas, semi o desarrolladas Distintas fórmulas tridimensionales Diferente distribución espacial de los átomos Son necesarias fórmulas tridimensionales1. *Isomería conformacional:Se pasa de una a otra por rotación del enlace sencillo. Diferentes disposiciones espaciales al girarenlace sencillo C–C. No se puede separar por coexistir todas las formas al estar interconvertiéndoseentre 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 algunosenlaces y formar otros. No se interconvierten entre si y se pueden separar.Pedro L. Rodríguez Porca (v12)6
a) Isomería geométrica: se presenta cuando cada uno de los dos átomos (normalmente átomos deC) 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 delmismo lado del anillo) y trans en caso contrarioNotación 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 haydos sustituyentes iguales en uno y otro átomo (los otros dos sustituyentes pueden ser distintosentre si), mientras que la nomenclatura Z-E se utiliza cuando los cuatro sustituyentes sondistintos.Notación Z, E (sustituyentes complejos): Z (alemán “juntos”): sustituyentes demayor prioridad del mismo lado deldoble enlace E (alemán “opuestos”): sustituyentes demayor prioridad de lados opuestos deldoble enlaceMayor prioridad: mayor nº atómico para primer átomo del sustituyente. Si son iguales, el 2º, etcb) Isomería óptica: Enantiómeros:Moléculas tridimensionales que son objeto–imagen no superponiblesSe necesitan átomos de C con cuatro sustituyentes diferentes, por lo tanto con hibridación sp3. C*asimétricos o estereogénicosSe diferencia en que rotan el plano de la luz polarizada en distintos sentidos, son ópticamenteactivas: 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, analizadorLas demás propiedades físicas son igualesTienen las mismas propiedades químicas, excepto si reaccionan con otras moléculas quiralesSus moléculas son quirales (griego, mano), no tienen plano y centro de simetría.Mezcla racémica: mezcla equimolecular de dos enantiómeros, no es ópticamente activaEjemplo: 2-butanol*Nomenclatura R Sc) Diasteroisómeros: Isómeros configuracionales que: No son superponibles Y tampoco son enantiómeros (no son objeto – imagen) No son ópticamente activospor 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 estereoisómeros posibles, que se reducen a tres pues,dos enantiómeros son iguales al haber unplano 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 (v12)7
Entre A (o B) y C o D son diasteroisómerosEpímeros: difieren en la configuración de un solo carbono quiralDiasteroisómeros: son aquellos que difieren en la configuración de más de un C quiralLas formas cis y la trans son diastereómeros entre si, pues no son objeto e imagen y no sonsuperponibles.4.(2006) Escribir y nombrar dos isómeros estructurales del 1–buteno.El 1-butenoH2 CCHCH2CH3tiene un isómero de cadena (2-metilprop-1-eno):CH3H2CCCH3y un isómero de función (ciclobutano):H2CCH2H2CCH2Si nos preguntaran por isómeros del buteno también tendríamos los isómeros de posición 1-buteno y 2buteno.5.(2005) a) Formular y nombrar un isómero de función del 1–butanol y otro de la 2–pentanonab) ¿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-butanolH3CCH2OHCH2CH2un isómero de función de función puede ser el metoxipropano (o metil propil éter -por orden alfabético)H3CCH2CH3CH2OPara la pentan-2-onaOH3CCH2CH2CCH3un isómero de función es el pentanalH3CCH2CH2CH2COHb) Para que un compuesto sea ópticamente activo tiene que haber algún átomo de C asimétricos (con cuatrosustituyentes diferentes).El 3-cloropentanoHH CHCClCHCHC HHHHHHno tiene ningún átomo de C con cuatro sustituyentes diferentes, por lo que no es ópticamente activo ypor ello no tiene enantiómeros (objeto-imagen diferentes).El ácido 2-clorobutanoico tiene un átomo de C asimétrico, el 2:Pedro L. Rodríguez Porca (v12)8
HH CHCClCHHHOC O H1por lo que será ópticamente activo y tendrá enantiómeros:HClClCCC OHH3C CH26.HHO COCH2 CH3O(2003) Escribir:a) Un hidrocarburo alifático saturado que presente isomería de cadenab) Un alcohol que presente isomería de posiciónc) Un ejemplo de isomería de funciónd) Un aldehído que presente isomería ópticae) Un ejemplo de isomería geométricaFormular y nombrar en todos los casos cada uno de los isómeros.a) El ejemplo más sencillo es el butano y el 2-metilpropano:CH3H3CCH2CH2CH3H3CCHCH3b) El ejemplo más sencillo es el propan-1-ol y el propan-2-ol:OHH3CCH2CH2OHH3CCHCH3c) Un ejemplo de isomería de función pueden ser el etanol y el dimetiléter:H3 CCH2OHH3 COCH3d) El 2-cloropropanal presenta isomería óptica por tener un átomo de C (el nº 2) asimétrico, con cuatrosustituyentes distintos:H3CClOCC1HHe) La isomería geométrica se puede presentar en los dobles enlaces, tal como en el cis-but-2-eno y trans-2buteno:H3CCH3CH7.H3CCHCHHCCH3(2002) Escribir y nombrar todos los isómeros de fórmula C4H8. Razonar a qué tipo de ut-1-eno:Pedro L. Rodríguez Porca (v12)9CH2CHCH2
rop-2-eno:H3CCH3HCCH3CCH3HEl 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 deisómero y nombrar cada uno de ellos.9.(2002) Escribir y dibujar los isómeros ópticos de las siguientes moléculas en el caso de que lapresenten: benceno, 3–metilhexano, 2–butanol.El bencenoHHHCCCCCCHHHno presenta isomería óptica porque no tiene ningún átomo de C con cuatro sustituyentes distintos.Pedro L. Rodríguez Porca (v12)10
El 3-metilhexanoCH3CH3 CH2 CH CH2 CH2 CH3tiene el C3 con cuatro sustituyentes distintos, por lo que es un C asimétrico y tendrá isomería óptica con HCH2CH3El butan-2-ol tiene el C2 asimétrico, por tener cuatro sustituyentes distintos, por lo que tiene isómeros ópticosy sus enantiómeros son:OHHCOHCH2CH3H3CCH3CH2CHCH310. (2001) a) Escribir la estructura de 4 aminas acíclicas de fórmula C5H11N que presenten isomeríageométrica y darles nombre.b) Nombrar una de las parejas de isómeros geométricos y escribir sus estructuras geométricas en elplano.c) ¿Alguno de los compuestos anteriores presenta isomería óptica? Dibujar la estructura de losisómeros.a)CH3 CH2 CH2 CHCH NH2CH3 CH2 CHpent-1-en-1-aminaCHCH2 NH2pent-2-en-1-aminaNH2NH2CH3 CH2 CH CCH3 CH CH CH CH3pent-3-en-2-aminaCH3pent-2-en-2-aminaTodos los compuestos anteriores presentan isomería geométrica por tener dos sustituyentes distintosen cada uno de los C que participan en los dobles enlaces.b) Los isómeros geométricos cis y trans, respectivamente, del segundo compuesto son:CH3 CH2CCHCH3 CH2CH2 NH2HCHHCCH2 NH2c) El único compuesto que tiene algún átomo de C asimétrico, con cuatro sustituyentes distintos, es eltercero, pent-3-en-2-amina, en el átomo C2, cuyos enantiómeros son:NH2HCCH3 CH CHNH2CH3H3CCHCH CH CH311. (2008) Nombrar los siguientes compuestos orgánicos, indicar los grupos funcionales y señalarcuáles son carbonos asimétricos en el caso de que los hubiese y dibujar los isómeros:Pedro L. Rodríguez Porca (v12)11
a) CH3–CH2–CONH2b) CH3–CHOH–CH2–CH3.a) Es la propanamidaOCH3 CH2 CNH2OCNH2.cuyo grupo funcional es la amidaEl compuesto no tiene ningún C asimétrico, con cuatro sustituyentes distintos, por lo que no esópticamente activo.b) Es el butan-2-olOHCH3 CH CH2 CH3cuyo C2 es asimétrico por tener cuatro sustituyentes distintos, y presentará isomería óptica, con dosenantiómeros:OHCHOHCH3CH3 CH2 CH2H3CCHCH2 CH2 CH312. 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 nombrándolob) Justificar si alguna de ellas puede presentar isomería geométrica y/o isomería óptica, dibujandolos respectivos isómeros.OHa)OCH3CHCH2CH3CH3CH2 Cbut-2-olO CH3propanoato de metiloCH3 CHCHCH3but-2-enoEl isómero de posición, en donde cambia la posición del grupo funcional (alcohol), del but-2-ol es el but1-ol, cuya fórmula desarrollada es:HHHHHCCCCHHHHOHb) El único compuesto que tiene un C asimétrico, con cuatro sustituyentes distintos, es el but-2-ol, en el C2,y sus enantiómeros son:OHHCH3COHCH2CH3CH3CH2CHCH313. (2019) Escribir las fórmulas semidesarrolladas y justificar si cada uno de los siguientescompuestos presenta isomería cis-trans: 1,1-dicloroetano, 1,1-dicloroeteno, 1,2-dicloroetano, 1,2dicloroeteno.Pedro L. Rodríguez Porca (v12)12
En las fórmulas semidesarrolladas no se representan los enlaces con el H:ClClClHCCH3CCH2ClCl H2CCH2 ClCl HCCH ClEl único compuesto que presenta isomería cis-trans es el último por tener dos sustituyentes distintos en cadauno de los átomos de C que participan en el doble enlace. Sus isómeros cis-trans son, respectivamente:HHCHCClClCClCClHReacciones típicas en química orgánica14. Completar las siguientes reacciones con las fórmulas semidesarrolladas indicando el tipo dereacción y nombrando los productos que se forman:𝐊𝐌𝐍𝐎𝟒 , 𝐇 a) Propan-2-ol b) CH3–CH CH2 Br2 𝐇 c) Ácido propanoico metanol d) 2-bromoetano hidróxido de sodio (aq) e) CH3–CH2OH HBr H2Of) CH2 CH2 H2O g) CH3–COOH CH3NH2 H2Oh) CH3–COOH CH3NH2 a) Reacción de oxidación. CH3–CO–CH3 (propanona).b) Reacción de adición (halogenación). CH3–CHBr–CH2Br (1,2–dibromopropano).c) Reacción de condensación o esterificación. CH3–CH2–COO–CH3 (propanoato de metilo) H2O.d) Reacción de sustitución. CH3–CH2–OH (etanol) NaBr.e) Reacción de sustitución: CH3–CH2Br (bromoetano).f)Reacción de adición a un doble enlace o de formación de alcoholes: CH3–CH2OH (etanol).g) Reacción de condensación o de formación de amidas: CH3–CONHCH3 (N-metilanamida).h) Reacción ácido-base: CH3–COO–CH3NH3 (acetato de metialamonio).Pedro L. Rodríguez Porca (v12)13
La estructura de Lewis es (con nombre 4-amino-1-hidroxi-meilbutan-2-ona): C C C C O O N C H 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 .
