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Universidad Andrés Bello Facultad de Ecología y Recursos Naturales Departamento de Ciencias Químicas GUIA DE EJERCICIOS QUIMICA ORGANICA I QUIM-120 Revisado por: Departamento de Ciencias Químicas Versión segundo semestre 2010 Guía de Ejercicios, Curso de “Química Orgánica I”, Segundo Semestre 2010 Facultad de Ecología y Recursos Naturales. Departamento de Ciencias Químicas 2 INDICE GUIA Nº 1 UNIDAD Nº 1: ÁTOMO DE CARBONO 4 Objetivos específicos de la Unidad 1 4 Ejercicios Desarrollados 5 Ejercicios Propuestos 7 Respuestas ejercicios seleccionados 12 GUIA Nº 2 UNIDAD Nº 2: NOMENCLATURA 13 Objetivos específicos de la Unidad 2 13 Ejercicios Desarrollados 14 Ejercicios Propuestos 17 Respuestas ejercicios seleccionados 30 GUIA Nº 3 UNIDAD Nº 3: EFECTOS MESOMÉRICOS E INDUCTIVOS 34 Objetivos específicos de la Unidad 3 34 Ejercicios Desarrollados 35 Ejercicios Propuestos 36 Respuestas ejercicios seleccionados 48 GUIA Nº 4 UNIDAD Nº 4: ISOMERÍA 50 Objetivos específicos de la Unidad 4 50 Ejercicios Desarrollados 51 Ejercicios Propuestos 53 Respuestas ejercicios seleccionados 61 GUIA Nº 5 UNIDAD Nº 5: INTRODUCCIÓN A LA DETERMINACIÓN ESTRUCTURAL USANDO RESONANCIA MAGNÉTICA NUCLEAR DE PROTONES. Objetivos específicos de la Unidad 5 50 Ejercicios Desarrollados 64 Ejercicios Propuestos 66 Respuestas ejercicios seleccionados 72 Guía de Ejercicios, Curso de “Química Orgánica I”, Segundo Semestre 2010 Facultad de Ecología y Recursos Naturales. Departamento de Ciencias Químicas 3 GUIA Nº 6 UNIDAD Nº 6: TIPOS DE REACCIONES ORGÁNCIAS 73 Objetivos específicos de la Unidad 6 73 Ejercicios Desarrollados 74 Ejercicios Propuestos 76 Respuestas ejercicios seleccionados 90 GUIA Nº 7 UNIDAD Nº 7: HIDRATOS DE CARBONO Y PÉPTIDOS 104 Objetivos específicos de la Unidad 7 104 Ejercicios Desarrollados 105 Ejercicios Propuestos 107 Respuestas ejercicios seleccionados 115 APENDICE 119 Tabla I. Tabla periódica de elementos químicos. Figura I. Orbitales híbridos del átomo de carbono Tabla II. Fórmulas estructurales de los Grupos funcionales Tabla III. Principales grupos funcionales que dan la preferencia al nombre. Tabla IV. Valores de pKa para los diferentes aminoácidos. Tabla V. Estructura química de los veinte aminoácidos clasificados en ácidos, básicos, neutros polares y neutros no polares. Las estructuras que se encuentran debajo de los grupos amino y carboxilo son las cadenas laterales R. Tabla VI. Tabla de desplazamientos químico de RMN 1H. VII. Solemnes de semestres anteriores. Guía de Ejercicios, Curso de “Química Orgánica I”, Segundo Semestre 2010 Facultad de Ecología y Recursos Naturales. Departamento de Ciencias Químicas 4 GUIA Nº 1 UNIDAD Nº 1: ÁTOMO DE CARBONO Objetivos específicos de la Unidad 1 1. Orbitales atómicos e hibridación. 2. Orbitales moleculares. 3. Energías, ángulos y longitudes de enlace. 4. Otros átomos en las moléculas orgánicas. Guía de Ejercicios, Curso de “Química Orgánica I”, Segundo Semestre 2010 Facultad de Ecología y Recursos Naturales. Departamento de Ciencias Químicas 5 EJERCICIOS DESARROLLADOS 1.- Indique las cargas formales para los átomos indicados con las fechas en la siguiente molécula: CH3 S CH3 O Se debe recordar que la carga formal (C.F) es una medida del exceso de carga en un átomo enlazado, en relación con la de un átomo libre. Desarrollo: Para calcular la carga en un átomo debemos aplicar la siguiente ecuación: Para el azufre (S): C.F= 6-(2 + 6/2) C.F= +1 Para el oxígeno (O): C.F= 6-(6 + 2/2) C.F= -1 2.- Para la siguiente molécula: OH O *** a) Indique el número de enlaces sigma (σ) y pi (π) en la molécula. b) Dibuje los orbitales que forman el enlace señalado con la flecha c) Indique los ángulos de enlace y la hibridación para los átomos * y **. Desarrollo: Se recomienda indicar los enlaces con hidrógeno porque estos también deben ser contabilizados. O H H HH O H H C.F= Nº de electrones de valencia - [Nº electrones NO enlazante + Nº electrones enlace] 2 Guía de Ejercicios, Curso de “Química Orgánica I”, Segundo Semestre 2010 Facultad de Ecología y Recursos Naturales. Departamento de Ciencias Químicas 6 a) Número de enlaces sigma: 13 Número de enlaces pi: 4 b) Los orbitales híbridos para carbono sp2 que forman el enlace doble: H 1s H 1s pzpz sp2 sp2 sp2 sp2 sp2 sp2 c) Ángulo de enlace * = sp2; 120º Ángulo de enlace ** = sp; 180º Guía de Ejercicios, Curso de “Química Orgánica I”, Segundo Semestre 2010 Facultad de Ecología y Recursos Naturales. Departamento de Ciencias Químicas 7 EJERCICIOS PROPUESTOS 1. Indique si los átomos señalados con la flecha en las siguientes moléculas son neutros o bien son positivos o negativos (cargas formales). (En todas las fórmulas se representan los electrones no enlazantes) H2C N N H2C N N N O H O O H O H H a b c d e f 2. Una cada una de las propiedades que se indican al tipo de enlace apropiado: a) Tiene libre rotación b) Energía más alta c) Pueden existir entre uno y dos enlaces entre dos átomos Enlace σ d) Solamente puede existir un enlace entre dos átomos e) Formado por superposición frontal de orbitales atómicos f) Energía más baja g) Formado por superposición lateral de orbitales p (u orbítales p y d) Enlace π h) No tienen libre rotación. 3. Complete la siguiente tabla: Tipo hibridación Ángulo de enlace Geometría Enlaces sigma Enlace pi sp3 sp2 sp Guía de Ejercicios, Curso de “Química Orgánica I”, Segundo Semestre 2010 Facultad de Ecología y Recursos Naturales. Departamento de Ciencias Químicas 8 4.- Dibuje las representaciones de los orbitales en las siguientes moléculas. Además, señale la hibridación de cada átomo distinto al hidrógeno: O OH O N H OH O a b c d e f g h i 5. Identifique las hibridaciones de cada átomo distinto a H y dibuje los orbitales moleculares en cada caso: O O O N O N NH 2 O N N O O O Guía de Ejercicios, Curso de “Química Orgánica I”, Segundo Semestre 2010 Facultad de Ecología y Recursos Naturales. Departamento de Ciencias Químicas 9 5. Continuación: O CH 3 N CH 3 CH 3 N NH 2 O NO 2 : .. 6. Escriba estructuras de orbitales moleculares para cada compuesto: N H O N O N N NH 2 OH O NO 2 7. Indique el estado de hibridación de cada uno de los átomos que participan en la formación de los enlaces que se indican con una flecha. O P H C H H CH3 H N Guía de Ejercicios, Curso de “Química Orgánica I”, Segundo Semestre 2010 Facultad de Ecología y Recursos Naturales. Departamento de Ciencias Químicas 10 8. Indique la hibridación de cada uno de los átomos de las moléculas siguientes así como también su geometría (lineal, trigonal plana o tetraédrica). ¿En que orbital se encuentran los electrones de no enlazantes del heteroátomo? NH 4 (CH3)3N .. CH 3 CN CH 2 OS CH 3H CH 3 .. + a) b) c) d) e) + 9. Considere los compuestos a-e que se representan a continuación: a) Para cada uno de los enlaces señalados con la flecha, indique la hibridación de los átomos implicados y la naturaleza electrónica del enlace. b) En los compuestosb y d, indique el tipo de orbital donde se encuentran los electrones no enlazantes de los heteroátomos (no se encuentran representados). c) Para cada compuesto, indique cual de los dos enlaces señalados es mas corto? H H H OH O H N H N H H H a b c d e 10. Indique el estado de hibridación de cada uno de los átomos de carbono de los compuestos siguientes: CN H O O CHF 3 CH 2 NCH 3 Guía de Ejercicios, Curso de “Química Orgánica I”, Segundo Semestre 2010 Facultad de Ecología y Recursos Naturales. Departamento de Ciencias Químicas 11 11. Para la siguiente molécula : O H NH 2 a) Dibuje los orbitales moleculares que componen los enlaces. b) Señale el número total de enlaces sigma (σ) y enlace pi (π). c) Indique la hibridación de los orbitales de los átomos distintos de H y señale su respectiva geometría. 12. Para el siguiente compuesto: OHC COOH** * a) Indique el número de enlaces sigma (σ) y pi (π) en la molécula. b) Dibuje los orbitales que forman el enlace señalado con la flecha c) Indique los ángulos de enlace y la hibridación para los átomos * y **. 13. Para la siguiente molécula: Indique la hibridación, ángulo de enlace y geometría de los átomos indicados con la flecha. O N O O N O Guía de Ejercicios, Curso de “Química Orgánica I”, Segundo Semestre 2010 Facultad de Ecología y Recursos Naturales. Departamento de Ciencias Químicas 12 RESPUESTAS EJERCICIOS SELECCIONADOS 3. Tipo hibridación Ángulo de enlace Geometría Enlaces sigma Enlace pi sp3 109,5º Tetraédrica 4 0 sp2 120º Trigonal plana 3 1 Sp 180º lineal 2 2 8. a) Dimetilsulfuro: Hibridación: Todos sp3, excepto H(S-H) Geometria: sp3: tetraédrica Orbital del par de electrones de no enlace: sp3 d) Acetonitrilo: Hibridación (CH3): C(sp3); H(s) Hibridación (CN): C(sp); N(sp) Geometria: sp3: tetraédrica; sp: lineal Orbital del par de electrones de no enlace: sp 13. sp3 sp2 O N O sp2 sp sp Trigonal plana, 120º Tetraédrica, 109,5º Lineal, 180º Lineal, 180º Trigonal plana, 120º sp3 sp2 O N O O N O sp2 sp sp Trigonal plana, 120º Tetraédrica, 109,5º Lineal, 180º Lineal, 180º Trigonal plana, 120º Guía de Ejercicios, Curso de “Química Orgánica I”, Segundo Semestre 2010 Facultad de Ecología y Recursos Naturales. Departamento de Ciencias Químicas 13 GUIA Nº 2 Objetivos específicos de la Unidad 2 1. Nomenclatura básica de compuestos orgánicos (Alcanos, cicloalcanos, alquenos, cicloalquenos y alquinos. Hidrocarburos aromáticos. 2. Alcoholes y fenoles 3. Derivados halogenados, Éteres. Aminas 4. Aldehídos y cetonas. 5. Ácidos carboxílicos y derivados de ácidos: ésteres, amidas y halogenuros. Guía de Ejercicios, Curso de “Química Orgánica I”, Segundo Semestre 2010 Facultad de Ecología y Recursos Naturales. Departamento de Ciencias Químicas 14 EJERCICIOS DESARROLLADOS 1. Señale las formas simplificadas E-H que se corresponden con cada una de las semi- desarrolladas A-D. (CH 3 ) 2 CHCH 2 CH 2 CH 2 CH(CH 3 ) 2 CH 3 CH 2 CH(CH 3 )CH(CH 3 )CH 2 CH 2 CH 3 CH 3 CH 2 C(CH 3 ) 2 CH 2 CH 2 CH 2 CH 3 CH 3 CH 2 CH(CH 3 )CH 2 CH(CH 3 )CH 2 CH 3 A B C D E F G H Solución: Usted debe tener en cuenta las siguientes equivalencias: (CH 3 ) 2 CH- CH 3 C HCH 3 -CH 2 - CH 3 C H 2 CH 3 El grupo –CH3 es siempre inicio o final de cadena. Por lo tanto la respuesta es: A-H B-F C-E D-G 2. Indique el nombre del siguiente compuesto: CH3-CH2-CH2-CH2-CH2-CH-CH2-CH-CH2-CH2-CH2-CH2-CH3 CH3-CH2-CH-CH2 CH3 CH-CH2-CH2-CH3 CH3 CH3-CH2-CH2-CH2-CH2-CH-CH2-CH-CH2-CH2-CH2-CH2-CH3 CH3-CH2-CH-CH2 CH3 CH3-CH2-CH-CH2 CH3 CH-CH2-CH2-CH3 CH3 CH-CH2-CH2-CH3 CH3 Guía de Ejercicios, Curso de “Química Orgánica I”, Segundo Semestre 2010 Facultad de Ecología y Recursos Naturales. Departamento de Ciencias Químicas 15 Solución: Cuando los nombres de los radicales ramificados estén formados por las mismas palabras (metilbutil) se citará en primer lugar el radical que tenga el localizador más bajo. Cadena principal: tridecano (13 átomos de carbono) Radicales compuestos: 6-(1-metilbutil) y 8-(2-metilbutil) Por lo tanto esta molécula recibe el nombre de: 6-(1-Metilbutil)-8-(2-metilbutil)tridecano 3. Indique el nombre de las siguientes moléculas: a) Cadena prinicpal: hexano Cadenas laterales: ciclopropil(o) y metil(o) Por lo tanto esta molécula recibe el nombre de: 4-ciclopropil-2-metilhexano b) 246 8 En los eninos la preferencia la tiene el doble enlace Por lo tanto esta molécula recibe el nombre de: 2,4-octadien-6-ino c) CH3-CH2-CH2-CH2-CH2-CH-CH2-CH-CH2-CH2-CH2-CH2-CH3 CH3-CH2-CH-CH2 CH3 CH-CH2-CH2-CH3 CH3 CH3-CH2-CH2-CH2-CH2-CH-CH2-CH-CH2-CH2-CH2-CH2-CH3 CH3-CH2-CH-CH2 CH3 CH3-CH2-CH-CH2 CH3 CH-CH2-CH2-CH3 CH3 CH-CH2-CH2-CH3 CH3 17 6 5 4 38 2910111213 Guía de Ejercicios, Curso de “Química Orgánica I”, Segundo Semestre 2010 Facultad de Ecología y Recursos Naturales. Departamento de Ciencias Químicas 16 O Si el compuesto posee anillos en la cadena que contiene al grupo carbonilo, se nombra como derivado del hidrocarburo acíclico y se considera al anillo como un sustituyente. O Cadena principal Sustituyente ciclohexil(o) 1 2 3 4 Por lo tanto esta molécula recibe el nombre de: 1-ciclohexil-2-butanona d) OH O La cadena principal es la que contiene al ácido carboxílico con preferencia Nº 1 sobre el átomo de carbono del ácido y continúa hacia el doble enlace. OH O 1 2 3 4 5 Sustituyente butil(o) Por lo tanto esta molécula recibe el nombre de: Ácido-3-butil-4-pentenoico Guía de Ejercicios, Curso de “Química Orgánica I”, Segundo Semestre 2010 Facultad de Ecología y Recursos Naturales. Departamento de Ciencias Químicas 17 EJERCICIOS PROPUESTOS 1. Escriba en los recuadros el número de hidrógenos que están unidos a los átomos de carbono indicados. 2. Representar y nombrar todas las estructuras posibles de los alcanos y cicloalcanos con 4 átomos de carbono. 3. Representar y nombrar todas las estructuras posibles de hidrocarburos no cíclicos, saturados e insaturados, con 3 átomos de carbono. 4. La fórmula molecular general de los alcanos es CnH2n+2. Indicar la fórmula general de los cicloalcanos de un solo anillo, así como la de los alquenos con un único doble enlace y la de los alquinos con un único triple enlace. 5. Dadas las siguientes moléculas, indicar cuales de los grupos funcionales o estructuras que aparecen en la lista están presentes en cada una de ellas: OH OMe O O NH2 OH O O Cl O NH 2 O O N OH Cl a) aldehído b) alqueno c) éster d) haluro 2º e) amina f) fenol g) amida h) alquino i) nitrilo j) haluro 1º k) cetona l) éter m) alcohol n) alqueno o) anillo aromático Guía de Ejercicios, Curso de “Química Orgánica I”, Segundo Semestre 2010 Facultad de Ecología y Recursos Naturales. Departamento de Ciencias Químicas 18 6. Dibujar la estructura de los siguientes compuestos: 6.1 Alcanos: a) 5-ter-butil-3-etil-2-metildecano b) 3-ciclopentil-3-etilhexano c) 6-(1,2,2-trimetilbutil)dodecano d) 5-sec-butil-8-isopropil-4,4-dimetil-6-pentil-7-propilundecano e) 5-(2-etilbutil)-3,3-dimetildecano f) 2-metil-5-(1-metiletil)-7-(2-metil-1-(1-metiletil)propil)-6-(3-metilpentil)dodecano g) 3,3-dibromo-6-t-butil-2-fluoro-5-metilnonano h) 2,3,4-tribromo-5-sec-butil-2,3,5,6-tetrametildodecano i) 5-(1,2-propilpentil)nonato j) 4-isobutil-2,5-dimetilheptanok) 5-etil-7-isopropil-3-metildecano l) 4-etil-6-metilnonano m) 7-(2,3-dimetilpentil)-4-etil-3,4,10-trimetiltridecano 6.2 Cicloalcanos: a) 1-etil-2-metilciclohexano b) 1-isopropil-3-propilciclohexano c) 2-bromo-5-isoproil-1,3-dimetilciclohexano d) Metilenciclohexano e) 1,2-dietilciclobutano f) 2,3-isopropilcicloheptano g) 1,2,4-trimetilciclohexano h) 1-(3-etilciclohexil)-5-propilciclooctano i) Ciclopropilciclohexano j) Metilciclononano k) 1-etil-1,3,3-trimetilcicloheptano l) 4-isopropil-1,2-dimetilciclopentano m) 1-ciclobutil-6-ciclopropil-2,5-dimetilhexano Guía de Ejercicios, Curso de “Química Orgánica I”, Segundo Semestre 2010 Facultad de Ecología y Recursos Naturales. Departamento de Ciencias Químicas 19 6.3 Alquenos: a) 2-metil-2-hexeno b) 3-etil-2-metil-1-noneno c) 7-bromo-3-fluoro-5-isopropil-1-tridecaeno d) 4-isopropil-1-metilhexeno e) 1,4-hexadieno f) 2,3-dimetil-2-buteno g) 3,6-dimetil-1-noneno h) 2,4,4-trimetil-1-penteno i) 2-metil-4-(1-propinil)-2,5-heptadieno j) 1-fenil-2-buteno k) 2,5-dimetil-2-hexeno l) 5-etil-6-metil-5-decaeno m) 3-etinil-1,5-heptadieno 6.4 Cicloalquenos: a) 6,6-dimetil-1,3-cicloheptadieno b) 4,5-dimetilciclohepteno c) 2,3-Dimetilciclopenteno d) 5-(3-propinil)-5,6,6-trimetil-1,3-ciclohexadieno e) 1-metil-4-pentilciclohexeno f) 1,5,5-trimetil-6-metilen-1,3-ciclohexadieno g) 1,3-ciclohexadieno h) 4-ciclobutilciclopenteno i) 2-butil-1,4-dimetilciclohexeno j) 3,5-dimetilciclohexeno k) 7-etil-3,3-dimetilciclohepteno l) 1,3,4,6-tetrametil-1,4-ciclohexadieno m) 10-isopropil-6-ino-1-ciclododecaeno Guía de Ejercicios, Curso de “Química Orgánica I”, Segundo Semestre 2010 Facultad de Ecología y Recursos Naturales. Departamento de Ciencias Químicas 20 6.5 Alquinos: a) 2,6-dimetil-3-heptino b) 1-hepten-6-ino c) 4-metil-7-nonen-1-ino d) 1,3-hexadien-5-ino e) 1,5-octadiino f) 3-penten-1-ino g) 1-penten-4-ino h) 3,4-dibutil-1,3-hexadien-5-ino i) 4-vinil-1-hepten-5-ino j) 2-metil-1-buten-3-ino k) 1,4,8-nonatriino l) 2-octen-5-ino m) 2,5-decadien-8-ino 6.6 Hidrocarburos aromáticos: a) Nitrobenceno b) Benzaldehído c) Ácido benzoico d) 1,2-dimetilbenceno e) orto-dibromobenceno f) p-bromoclorobenceno g) 1-cloro-2,4-dinitrobenceno h) 2,6-dibromofenol i) etenilbenceno j) Metilbenceno (Tolueno) k) 1,2,4-trimetilbenceno l) 6-fenil-2-metiloctano m) 2-fenilhexano Guía de Ejercicios, Curso de “Química Orgánica I”, Segundo Semestre 2010 Facultad de Ecología y Recursos Naturales. Departamento de Ciencias Químicas 21 6.7 Alcoholes y fenoles: a) 1-ciclopentil-2-propanol b) 2-metilciclohexanol c) 3-propil-3-penten-2-ol d) 3-(4-clorobutil)-1,4-pentanodiol e) 7-metil-3-nonen-5-ol f) 3-metilciclohexano-1,2,4-triol g) 2,6-dibromofenol h) 2-metil-6-metilen-2,7-octadien-4-ol i) 1,2,4-bencenotriol j) 2-propen-1-ol k) 4-butil-7-metil-3-octanol l) 2-propil-3-buten-1-ol m) 2-ciclohexen-1-ol 6.8 Derivados halogenados, Éteres. Aminas: a) Clorometano (o cloruro de metilo) b) 1-Bromopropano (o bromuro de propilo) c) 1-Fluoro-2-yodobutano d) m-dibromobenceno e) 2-cloro-2-metilpropano (o cloruro de ter-butilo) f) Éter dietílico g) 2-etoxipentano h) 4-ter-butoxi-1-ciclohexeno i) Pentilamina j) 2,2-dimetilciclohexilamina k) 3-metilpentil-1-amina l) N-etilpropilamina m) N-butil-2,2-dimetilciclohexilamina n) N,N-dietil-5-metil-2-hexilamina o) Bencilmetilpropilamina Guía de Ejercicios, Curso de “Química Orgánica I”, Segundo Semestre 2010 Facultad de Ecología y Recursos Naturales. Departamento de Ciencias Químicas 22 6.9 Aldehídos y cetonas: a) 4-metil-2-hexanona b) 2-etilciclohexanona c) 2-etil-2-ciclohexen-1-ona d) Butanal e) 3-metilbutanal f) Ciclohexanocarbaldehído g) p-metoxibenzaldehído h) 2-(1-hidroxietil)-3-oxohexanal i) 1-amino-7-bromo-1-(2-ciclopentenil)-4-(1-hidroxi-2-metilbutil)-8-metoxi-2-decen-5- ona j) 3-metil-2-(2-pentenil)-2-ciclopenten-1-ona k) 1,4-ciclohexandiona l) 3-(2-ciclohexenil)propanal m) 1-(dietilamino)-3-fenil-2-propanona n) 3-metilciclohexanocarbaldehído o) 5-oxohexanal p) 3-propil-4-pentenal. 6.10 Ácidos carboxílicos y derivados de ácidos: ésteres, anhídridos de ácido, amidas y halogenuros de ácido. a) Ácido 3,5-dimetilhexanoico b) Ácido 3-metil-4-heptenodioico c) Ácido 2-clorociclohexanocarboxílico d) Anhídrido acético e) Benzoato de isopropilo f) 3-cloropentanoato de etilo g) ciclohexanocarboxamida h) N-butil-3-metilbutanamida i) N-(3-metilbutil)butanamida j) N,N-dipropilpentanamida Guía de Ejercicios, Curso de “Química Orgánica I”, Segundo Semestre 2010 Facultad de Ecología y Recursos Naturales. Departamento de Ciencias Químicas 23 k) N-ciclobutil-3-(2-hidroxifenil)-6-oxohexamida l) 3-(4-oxo-2-ciclopentenil)-4-cianobutanamida m) 3-oxopentanoato de etilo n) 2,2-dicloro-N-(4-hidroxifenil)-N-metilacetamida o) Anhídrido acético-propiónico p) Cloruro de acetilo q) Ácido 5-formil-3-oxopentanoico r) Cloruro de ciclohexanocarbonilo s) Ácido 2-(3-amino-2,4,6-triiodofenil)butanoico t) Ácido 7-[3,5-dihidroxi-2-(3-hidroxi-1-octenil)ciclopentil]heptanoico u) Ácido 2-metilciclohexanocarboxílico 7. Escribir la formula estructural de un alcohol, un aldehído y un ácido derivados del pentano y del hexano. 8. Nombre los siguientes compuestos: 8.1 Alcanos, Alquenos y Alquinos Tenga presente que: CH 3 C H C H 2 C H 2 C H CH3 CH 3 CH 3 = 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Guía de Ejercicios, Curso de “Química Orgánica I”, Segundo Semestre 2010 Facultad de Ecología y Recursos Naturales. Departamento de Ciencias Químicas 24 8.1 Continuación: 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 Guía de Ejercicios, Curso de “Química Orgánica I”, Segundo Semestre 2010 Facultad de Ecología y Recursos Naturales. Departamento de Ciencias Químicas 25 8.1 Continuación: Cl Br Cl Cl Br Cl Cl Br Br Cl 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 Br I Br Br Cl 37 38 39 40 41 42 Guía de Ejercicios, Curso de “Química Orgánica I”, Segundo Semestre 2010 Facultad de Ecología y Recursos Naturales. Departamento de Ciencias Químicas 26 8.1 Continuación: Cl Cl Cl I Cl 43 44 45 46 47 48 49 50 8.2 Alcoholes y fenoles, Derivados halogenados, Éteres. Aminas. Aldehídos y cetonas. Ácidos carboxílicos y derivados de ácidos: ésteres, amidas y halogenuros. OH NH 2 OH Cl NH 2 Cl OH O O O Br OHOH O O NH 2 O NO 2 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Guía de Ejercicios, Curso de “Química Orgánica I”, Segundo Semestre 2010 Facultad de Ecología y Recursos Naturales. Departamento de Ciencias Químicas 27 8.2 Continuación: H O H OO O H Cl O O OH BrCN NH 2 OH O O OH O 2 N OH O O O NO 2 O 2 N OH OH OH OH O O O OH NO 2 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 OH F O NH 2 O OCN N H O O 2 N O O MeO OH O Cl Br CH 3 OH CH 3 20 21 22 23 24 25 Guía de Ejercicios, Curso de “Química Orgánica I”, Segundo Semestre 2010 Facultad de Ecología y Recursos Naturales. Departamento de Ciencias Químicas 28 8.2 Continuación: COOH OH NH 2 NH 2 Cl Br OH COOH OH NH 2 N O O 26 27 28 29 30 H O O H H O O O O OH H N H O O OH NH 2 OH Br O O OH O NO 2 O 2 N 31 32 33 34 35 36 37 Guía de Ejercicios, Curso de “Química Orgánica I”, Segundo Semestre 2010 Facultad de Ecología y Recursos Naturales. Departamento de Ciencias Químicas 29 8.2 Continuación: O O OH O O H O OH OH Cl NHO NO 2 OHO O H 38 39 40 41 42 43Guía de Ejercicios, Curso de “Química Orgánica I”, Segundo Semestre 2010 Facultad de Ecología y Recursos Naturales. Departamento de Ciencias Químicas 30 RESPUESTAS EJERCICIOS SELECCIONADOS 2. 3. CH 2 CH 2 CH 3 4. Cicloalcanos monociclo CnH2n Alquenos: CnH2n Alquinos: CnH2n-2 6.1 e a k l 6.2 a e k l m 6.3 ja k l m Guía de Ejercicios, Curso de “Química Orgánica I”, Segundo Semestre 2010 Facultad de Ecología y Recursos Naturales. Departamento de Ciencias Químicas 31 6.4 jh k l m 6.5 a f k l m 6.6 d i k l m 6.7 OH OH OHOH b f OH OH OH k l m Guía de Ejercicios, Curso de “Química Orgánica I”, Segundo Semestre 2010 Facultad de Ecología y Recursos Naturales. Departamento de Ciencias Químicas 32 6.8 Br Br NH 2 d k N H N l o 6.9 O O O H O O H O c k o p 6.10 O OCl H N H OOH O I NH 2 I I OH O OH O Cl COOH O O O NH 2 O O N f k s a c d g j 8.1 1. pentano 2. 3,4-dimetilheptano 19. 1-isopropil-3-metilciclohexano 34. 1,1,2,2-tetrametilciclobutano 46. 2,5-dimetilhexano 47. 3-etil-4-metilheptano 48. 3-etil-5-metilheptano 49. 4,5,7-trietil-2-metilnonano 50. 5-butil-7-etil-2,3-dimetilnonano Guía de Ejercicios, Curso de “Química Orgánica I”, Segundo Semestre 2010 Facultad de Ecología y Recursos Naturales. Departamento de Ciencias Químicas 33 8.2 1. 2-hexanol 5. 5-metil-3-hexanona 10. 3-isopropil-4-pentenal 15. 3-ciclopentil-2-hidroxi-5-nitrociclohexanona 18. Ácido-7-ciclopentil-3,5,7-trihidroxi-4,6-dioxoheptanoico BIBLIOGRAFIA: 1. Química Orgánica. Francis A. Carey. Editorial McGraw Hill. 6ª Edición, 2006. 2. Química Orgánica Vol.1. José Luis Soto. Editorial Síntesis. 2ª Edición, 2003. Guía de Ejercicios, Curso de “Química Orgánica I”, Segundo Semestre 2010 Facultad de Ecología y Recursos Naturales. Departamento de Ciencias Químicas 34 GUIA Nº 3 UNIDAD Nº 3: EFECTOS MESOMÉRICOS E INDUCTIVOS Efectos electrónicos en sistemas saturados y en sistemas conjugados Efecto electrónico de los sustituyentes sobre el centro de reacción de ácidos y bases conjugadas orgánicas. Efectos estéricos y de solventes sobre basicidad y acidez. Guía de Ejercicios, Curso de “Química Orgánica I”, Segundo Semestre 2010 Facultad de Ecología y Recursos Naturales. Departamento de Ciencias Químicas 35 EJERCICIOS DESARROLLADOS 1. Dibuje todas las estructuras resonantes para el ión fenóxido. El ión fenóxido formado se estabiliza por la interacción de su carga negativa con los orbitales π deslocalizados del núcleo aromático, y de este modo es compartido. 2. Ordene los siguientes derivados nitrogenados según su basicidad. Justifíquelo mediante formas resonantes. NH 2 O 2 N .. NH 2 .. NH 2 .. NH 2 MeO .. .. .. NH 2 MeO .. .. .. NH 2 O 2 N .. NH 2 .. NH 2 .. MeO NH 2 - NH 2 N + -O O - NH 2 N + -O -O NH 2 - + + + + Amina alquílica. No hay deslocalización electrónica; es la más básica Amina vinílica o enamina. La deslocalización electrónica la estabiliza y justifica su menor basicidad. Amina vinílica. Con deslocalización extendida al grupo nitro. La presencia de este grupo estabiliza aún más a la amina por lo que su basicidad es menor que el caso anterior. El efecto mesomérico dador +M del grupo -OCH3 se opone a la deslocalización electrónica de la amina vinílica. En consecuencia, la basicidad de la amina aumenta, respecto de las dos anteriores auqnue sigue siendo menos básica que la primera. Guía de Ejercicios, Curso de “Química Orgánica I”, Segundo Semestre 2010 Facultad de Ecología y Recursos Naturales. Departamento de Ciencias Químicas 36 EJERCICIOS PROPUESTOS 1. Escriba las estructuras de resonancia contribuyentes para cada una de las siguientes especies (No olvide indicar todos los electrones no enlazantes para el Cl, N y O) CH 2 C H CH 2 C H CH 3 CH 2 B Cl ClCl CH 2 C H Cl H N O - 1 2 3 4 5 6 7 8 9 2. Formúlense todas las estructuras resonantes que pueden tener alguna contribución en la descripción de la molécula del 1,3,5-hexatrieno. 3. En la descripción de la molécula del 2,4-pentadienal mediante el método de la resonancia se pueden utilizar varias estructuras, formule las cuatro de mayor contribución. H O 2,4-pentadienal Guía de Ejercicios, Curso de “Química Orgánica I”, Segundo Semestre 2010 Facultad de Ecología y Recursos Naturales. Departamento de Ciencias Químicas 37 4. Indique si es posible llegar por conjugación a través de dobles enlaces, desde el punto a los posibles b, en cada una de las siguientes moléculas: 1 2 3 4 5 6 7 a b a b a b a b b2 b1 b3 a1 a b1 b2 b3 b4 b5 a b1 b3 b2 b4 b1 b2 a b3 b4 5. Los siguientes iones se forman como intermedios en determinadas reacciones orgánicas. Formúlese en cada caso el conjunto de estructuras resonantes que pueden servir para describirlos: O N OO O Cl H H+ 1 2 3 4 Guía de Ejercicios, Curso de “Química Orgánica I”, Segundo Semestre 2010 Facultad de Ecología y Recursos Naturales. Departamento de Ciencias Químicas 38 6. Determine si los pares de estructuras son en realidad distintos compuestos o simplemente estructuras de resonancia de los mismos compuestos: O O O O O O + O + OH O H OH CH 2 O + - 1. 2. y 3. y 4. , y y 5. y 6. 7. Señale la naturaleza (dador o aceptor, a través de dobles enlaces) de los siguientes grupos sustituyentes: O CH 3 CH 3 N CH 3 CH 3 N NH 2 R O NO 2 1 2 3 4 5 6 Guía de Ejercicios, Curso de “Química Orgánica I”, Segundo Semestre 2010 Facultad de Ecología y Recursos Naturales. Departamento de Ciencias Químicas 39 8. Para las siguientes parejas de estructuras de Lewis, indique cuales constituyen estructuras resonantes y cuales no: CH 2 C H O H CH3 C H O O + H :- .. .. O H .. .. : .. .. H Cl H H Cl H CH 3 C H C H Cl Cl C H 2 C H CH 2 CH 3 N O.. .. .. .. CH 3 N O .. : y 1 2 y y 3 + + 4 y 5 + - y 9. Explique y/o defina los siguientes conceptos: a) Resonancia b) Estructuras contribuyentes c) Regla de Hückel d) Ácido e) Base f) Ácido conjugado g) Base conjugada h) Efecto inductivo i) Efecto mesomérico j) Carbocatión k) Carboanión l) Aromaticidad Guía de Ejercicios, Curso de “Química Orgánica I”, Segundo Semestre 2010 Facultad de Ecología y Recursos Naturales. Departamento de Ciencias Químicas 40 10. Explique mediante estructuras resonantes si los siguientes grupos sustituyentes estabilizan, desestabilizan o no causan efectos sobre las cargas: O NH 2 NO 2 OMe O EtO NH2 NO 2 O + + + + + + - + + + 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Guía de Ejercicios, Curso de “Química Orgánica I”, Segundo Semestre 2010 Facultad de Ecología y Recursos Naturales. Departamento de Ciencias Químicas 41 11. Indique y explique que especies son aromáticas y quienes no lo son: N N N O - + + + + + + - 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 12. Si en la molécula CH3-CH2-CH2-X, se sustituye por uno de los siguientes grupos o átomos: F OH Mg I NH SiH 3 N O O O CH 3 NH 2 NH3 S - - - - + + 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 Indique cuales ejercerán sobre la cadena un efecto inductivo +I ycuales –I. Guía de Ejercicios, Curso de “Química Orgánica I”, Segundo Semestre 2010 Facultad de Ecología y Recursos Naturales. Departamento de Ciencias Químicas 42 13. Dados los siguientes heterociclos aromáticos realice las estructuras de resonancia que den cuenta de su aromaticidad y compruebe si cumplen la regla de Hückel. (Recomendación: Coloque los electrones no enlazantes). SN H O O N N N H N S N N N 1 2 3 4 5 6 7 8 14. Escriba estructuras resonantes para cada compuesto y ordénelas de acuerdo a sus energías relativas. Si corresponde, indique si se trata de un sistema aromático. N H O N O N N NH 2 OH O NO 2 1 2 3 4 5 6 15. Dados los siguientes grupos sustituyentes, indique cuales son aceptores y cuales dadores por efecto inductivo y efecto mesomérico. -CN -F -NO2 -CH3 -OCH3 -BH3 -COCH3 -Br -I -NH2 16. En la siguiente tabla, señale como la naturaleza de un grupo sustituyente afecta o no afecta la acidez para el fenol. Grupo orto meta para Dador inductivo Dador mesomérico Aceptor inductivo aumenta Aceptor mesomérico 17. Explique porque el ácido acético tiene un pKa=4,76 y el ácido fórmico pKa= 3,77 Guía de Ejercicios, Curso de “Química Orgánica I”, Segundo Semestre 2010 Facultad de Ecología y Recursos Naturales. Departamento de Ciencias Químicas 43 18. Indique cual es el protón más ácido de los siguientes compuestos. H H O O OH O O 1 2 3 19. Explique los siguientes valores de pKa: Ácido acético 4,76 Ácido 2-fluor acético 2,66 Ácido 2-cloro acético 2,86 Ácido 2,2-dicloro acético 1,29 Ácido 2-bromo acético 2,86 Ácido 2-Yodo acético 3,12 20. Explique el efecto que provoca la presencia del átomo de cloro en el ácido butanoico: Ácido butanoico pKa= 4,82 Ácido 2-cloro butanoico pKa= 2,84 Ácido 3-cloro butanoico pKa= 4,06 Ácido 4-cloro butanoico pKa= 4,52 21. Explique el efecto que provoca la presencia del grupo metilo en los siguientes ácidos: Me-CO2H pKa= 4,76 Me-CH2CO2H pKa= 4,88 Me2CHCO2H pKa= 4,86 Me3CCO2H pKa= 5,50 Me = metilo 22. ¿Qué tipo de efecto provocan los siguientes sustituyentes? ¿De qué naturaleza son?. Me3N+-CH2-CO2H pKa= 1,83 NC-CH2-CO2H pKa= 2,47 O2N-CH2-CO2H pKa= 1,68 MeCO-CH2-CO2H pKa= 3,58 MeO-CH2-CO2H pKa= 3,53 23. Explique mediante estructuras resonantes los siguientes valores de pKa. C6H5OH pKa= 9,95 o-O2N-C6H5OH pKa= 7,2 Guía de Ejercicios, Curso de “Química Orgánica I”, Segundo Semestre 2010 Facultad de Ecología y Recursos Naturales. Departamento de Ciencias Químicas 44 m-O2N-C6H5OH pKa= 8,35 p-O2N-C6H5OH pKa= 7,14 2,4-(O2N)2-C6H5OH pKa= 4,01 24. Explique mediante estructuras resonantes los siguientes valores de pKa C6H5OH pKa= 9,95 o-Me-C6H5OH pKa= 10,28 m-Me -C6H5OH pKa= 10,8 p-Me -C6H5OH pKa= 10,19 25. Explique mediante estructuras resonantes los siguientes valores de pKa C6H5CO2H pKa= 4,20 m-Me-C6H5CO2H pKa= 4,24 p-Me-C6H5CO2H pKa= 4,34 26. Explique mediante estructuras resonantes los siguientes valores de pKa C6H5CO2H pKa= 4,20 o-O2N-C6H5CO2H pKa= 2,17 m-O2N-C6H5CO2H pKa= 3,45 p-O2N-C6H5CO2H pKa= 3,43 3,5-(O2N)2-C6H5CO2H pKa= 2,83 27. Explique mediante estructuras resonantes los siguientes valores de pKb C6H5 NH2 pKb= 9,38 o-O2N-C6H5 NH2 pKb= 14,28 m-O2N-C6H5 NH2 pKb= 11,55 p-O2N-C6H5 NH2 pKb= 13,02 28. Explique mediante estructuras resonantes los siguientes valores de pKb C6H5 NH2 pKb= 9,38 o-OH-C6H5 NH2 pKb= 9,28 m-OH-C6H5 NH2 pKb= 9,83 p-OH-C6H5 NH2 pKb= 8,50 29. Indique para cada una de las siguientes parejas, cual compuesto es la base más fuerte. Justifique brevemente su respuesta. Guía de Ejercicios, Curso de “Química Orgánica I”, Segundo Semestre 2010 Facultad de Ecología y Recursos Naturales. Departamento de Ciencias Químicas 45 N H N H S S NO 2 O OO A B A B A B i) ii) iii) 30. Exponga claramente a que se debe la gran diferencia de pKa entre el ácido benzoico y el ácido salicílico. COOH OH COOH Ácido benzoico Ácido salicílico pKa=2,98pKa=4,20 31. El fenol (pKa=10) se comporta como un ácido débil y dicho proceso puede ser descrito a través de la siguiente ecuación: OH O H + + Cuando se sustituyen hidrógenos aromáticos del fenol por uno o más grupos nitros se observan cambios importantes en la acidez de estos compuestos (1,2,3). Utilizando estructuras resonantes explique claramente estas diferencias de pKa. OH NO 2 OH NO 2 OH NO 2 NO 2 pKa=9,3 pKa=7,2 pKa=4,0 32. ¿Existe diferencia en la acidez de los siguientes fenoles? Justifique su respuesta Guía de Ejercicios, Curso de “Química Orgánica I”, Segundo Semestre 2010 Facultad de Ecología y Recursos Naturales. Departamento de Ciencias Químicas 46 O OH OH O 33. Diga cual de las siguientes aminas es más básica. Justifique su respuesta. NH 2 O NH 2 O 34. Cual de los siguientes alcoholes es más básico. Justifique su respuesta. OH OH OH NO 2 35. En los siguientes pares de moléculas, identifique el más ácido. Demuestre mediante estructuras resonantes. Guía de Ejercicios, Curso de “Química Orgánica I”, Segundo Semestre 2010 Facultad de Ecología y Recursos Naturales. Departamento de Ciencias Químicas 47 OH OH COOH COOH NO 2 COOH COOH HOOC OHHOOC NH 3 + OMe NH 3 + CH 3 O OMe COOH O COOH 1 2 3 4 5 6 36. Compare y explique la acidez del protón marcado con (*) en la siguiente serie: H H H O * * * 1 2 3 Guía de Ejercicios, Curso de “Química Orgánica I”, Segundo Semestre 2010 Facultad de Ecología y Recursos Naturales. Departamento de Ciencias Químicas 48 RESPUESTAS EJERCICIOS SELECCIONADOS 2. - - - - - - + ++ + + + 3. O H O H O H O H - - -+ ++ 5. - .. : :: .. O O .. .. .. .. - - - O : .. O .. .. : .. - O O O .. .. .. : - :.. 3) 1) 8. Los compuestos 1 y 4 no son estructuras resonantes. Las estructuras formuladas en 2, 3 y 5 si lo son. 12. 1. Efecto –I 2. Efecto –I 3. Efecto +I 4. Efecto + 5. Efecto +I 6. Efecto –I 7. Efecto +I 8. Ningún efecto 9. Efecto –I 10. Efecto +I Efecto -I 18. O H H :: H O::.. - 3) 29. ii) A. El ácido conjugado del compuesto B, es más ácido debido al efecto inductivo del grupo nitro. Guía de Ejercicios, Curso de “Química Orgánica I”, Segundo Semestre 2010 Facultad de Ecología y Recursos Naturales. Departamento de Ciencias Químicas 49 iii) A. El enolato B esta estabilizado por resonancia. El ácido conjugado B es más ácido que el de A. BIBLIOGRAFIA: 1. Química Orgánica. Francis A. Carey. Editorial McGraw Hill. 6ª Edición, 2006. 2. Química Orgánica Vol.1. José Luis Soto. Editorial Síntesis. 2ª Edición, 2003. 3. Química Orgánica. Juan Llorens Molina. Editorial Tébar. 1ª Edición, 2008. Guía de Ejercicios, Curso de “Química Orgánica I”, Segundo Semestre 2010 Facultad de Ecología y Recursos Naturales. Departamento de Ciencias Químicas 50 GUIA Nº 4 UNIDAD Nº 4: ISOMERÍA Elementos de simetría molecular: isomería estructural; estereoisómeros, conformación de alcanos y cicloalcanos. Isomería geométrica. Concepto de la luz polarizada. Polarímetro. Rotación óptica observada y específica. Concepto de Quiralidad. Enantiómeros , Diasteroisómeros, compuestos Meso. Determinación de la configuración absoluta y relativa. Fórmulas de proyección de Newman y Fischer. Nomenclatura de Cahn, Ingold y Prelog. Reglas de secuencia. Isomería y Productos Naturales: Terpenosy Alcaloides. Clasificación estructural, ejemplos de moléculas tipo terpenos. Regla Isoprénica. Pirofosfato de isopentenilo: la unidad biológica de isopreno. La ruta desde el acetato hasta el pirofosfato de isopentenilo. Esteroides: Colesterol. Alcaloides: Criterios de clasificación, aminoácidos precursores, alcaloides de la fenilalanina. Guía de Ejercicios, Curso de “Química Orgánica I”, Segundo Semestre 2010 Facultad de Ecología y Recursos Naturales. Departamento de Ciencias Químicas 51 EJERCICIOS DESARROLLADOS 1. Proponga un diagrama de relaciones energéticas entre las conformaciones del etano. Desarrollo: El etano, un hidrocarburo simple tiene dos conformaciones distintas: la conformación alternada y la conformación eclipsada que se consigue a medida que se rota en 60º Se ha destacado en rojo un átomo de hidrógeno para visualizar la rotación. Hay tres conformaciones alternadas y tres conformaciones eclipsadas. Por lo tanto el diagrama de energía versus ángulos diedro es: H H H H H 60º H H H H H H H H H H H H H Inicial 0º 60º 60º 120º H H H H H H H H H H H H 180º 60º 240º 60º 60º H H H H H H 300º H H H H H H 60º 360º (= a 0º) Guía de Ejercicios, Curso de “Química Orgánica I”, Segundo Semestre 2010 Facultad de Ecología y Recursos Naturales. Departamento de Ciencias Químicas 52 2. Para la siguiente molécula indicar la configuración R o S de los carbonos asimétricos. N O OH H NH 2 H COOH H Un carbono asimétrico o carbono quiral es un átomo de carbono que está enlazado con cuatro elementos diferentes. La presencia de uno o varios átomos de carbono asimétrico en un compuesto químico es responsable de la existencia de isomería óptica. En esta molécula existen 4 átomos de carbono asimétricos marcados con asterisco (*) N O OH H NH 2 H COOH H S R S S * * * * Guía de Ejercicios, Curso de “Química Orgánica I”, Segundo Semestre 2010 Facultad de Ecología y Recursos Naturales. Departamento de Ciencias Químicas 53 EJERCICIOS PROPUESTOS 1. Defina los siguientes conceptos: a) Isomería b) Estereoisomería c) Configuración d) Confórmero e) Conformación 2. Escriba la estructura de los siguientes alquenos: a) trans-3-metil-2-penteno b) trans-2-bromo-3-hidroxi-2-penteno c) (2E, 4Z)-3-cloro-2,4-hexadieno d) Z-1-bromo-2-cloro-1-fluorpropeno e) Ácido (E)-3-tertbutil-2-fenil-4-metil-2,4-pentadienoico f) trans-1-deuteriopropeno g) (2E, 4Z)-4-cloro-2,5-dimetil-2,4-heptadienal h) (2E, 4Z, 6E, 8E)-1-cloro-3-metil-2,4,6,8-decantetraeno i) (Z)-2-Dimetilamino-2-buteno 3. Aplicando la nomenclatura Z-E, nombre los siguientes compuestos: Cl CHO Br H NH 2 CH 2 CH 2 SH (CH 3 )N COOH HH Cl H H a) b) c) d) 4. En torno a los enlaces marcados, realice el análisis conformacional de los siguientes alcanos: a) b) Guía de Ejercicios, Curso de “Química Orgánica I”, Segundo Semestre 2010 Facultad de Ecología y Recursos Naturales. Departamento de Ciencias Químicas 54 5. Formule la 2-pentanona y tomando este compuesto como base: a) Represente en proyección de Newman la conformación más estable por giro en torno al enlace C3-C4. b) Formule un isómero constitucional de función c) Formule un isómero constitucional de cadena d) Formule un isómero constitucional de posición 6. Dibuje las dos conformaciones silla de cada uno de los siguientes compuestos, indicando la posición axial o ecuatorial en que se encuentre cada grupo metilo. a) Trans-1,2-dimetilciclohexano b) Cis-1,2-dimetilciclohexano c) Trans-1,3-dimetilciclohexano d) Cis-1,3-dimetilciclohexano. 7. Aunque pueden representarse dos posibles conformaciones silla para el cis-4-ter- butilciclohexanol, existe fuerte evidencia de que el compuesto existe casi de forma exclusiva bajo una de las dos formas. Prediga la conformación de dicha forma favorable. 8. Indique cuales de los siguientes compuestos tiene algún carbono asimétrico y señálelo: a) H3C-CHOH-CH2-CH2-CHOH-CH3 b) H3C-CH2-CH(CH2CH3)-CH2-CHO c) H3C-CH2-CO-CH2-CH2-CH3 d) H3C-CH=CH-CH3 e) H3C-CH2-CH(CH3)-CH2-CHO f) H3C-CHOH-C6H5 g) H3C-CHOH-CH2-CHOH-CH2-CHOH-CH3 h) CH2OH-CHOH-CH2OH (glicerina) i) HOOC-CHOH-CHOH-COOH (ácido tartárico) j) HOOC-CHOH-CHOH-CHOH-COOH 9. a) Asigne la conformación absoluta a los centros asimétricos de los cuatro isómeros del 3-fenil-2-butanol. b) Las moléculas son relativamente libres en cuanto a su rotación sobre el enlace carbono-carbono central. ¿Afectará la conformación a las asignaciones configuracionales?. Guía de Ejercicios, Curso de “Química Orgánica I”, Segundo Semestre 2010 Facultad de Ecología y Recursos Naturales. Departamento de Ciencias Químicas 55 10. Dibuje fórmulas estructurales tridimensionales para los estereoisómeros del aminoácido Treonina (Ácido 2-amino-3-hidroxibutanoico). Asigne las configuraciones absolutas para cada uno de los carbonos asimétricos. Indique que estructuras serán enantiómeros y cuales diastereómeros. 11. Señale los carbonos asimétricos de las siguientes moléculas (recuerde que muchos átomos de hidrógeno no se dibujan para simplificar): N O H O COOH CH 2 OH OHCH 3 CH 3 O Ácido Clavulánico 5-alfa-dihidrotestosterona 12. Indicar cuales de las siguientes estructuras son quirales y cuales no. Señale la razón de la quiralidad. OH H CH 3 H HOH N CH 2 CH 2 CH 3 CH 3 H CH 2 CH 3 Br D H OH CH 2 CH 3 CH 3 NH 2 CH 3 OH O H Cl CH 3 HH CH 3 O OHH O H OH Cl CH 2 ClCH 3 ClH H N CH 3 CH 2 CH 3 H .. N OH OH H a) b) c) d) e) f) g) h) i) j) k) l) Guía de Ejercicios, Curso de “Química Orgánica I”, Segundo Semestre 2010 Facultad de Ecología y Recursos Naturales. Departamento de Ciencias Químicas 56 13. Indique las configuraciones R o S de los carbonos asimétricos de las siguientes moléculas (recuerde que muchos átomos de hidrógeno no se dibujan para simplificar). O Br O H CH 3 Br OMe O Cl Cl H H HOH O OHH OH H HOH CH 3 OHH COOH H NH 2 ClH OHCH3 CHO COOH a) b) c) d) e) 14. Indique las configuraciones R o S de los siguientes compuestos: CH 3 CH 2 CH 3 CH=CH 2 Br H CH(CH 3 ) CH=CH 2 F H CH(CH 3 ) 2 CH 3 CO-CH 3 OH CHO COOH Cl OH NH 2 CH 3 CH 2 CH 3 H a) b) c) d) e) f) 15. Para cada estructura represente todos los estereoisomeros. Determine la configuración absoluta de los carbonos asimétricos, si es que los hay, diga la relación que hay entre los estereoisómeros (enantiomeros, diastereoisómeros, meso). OH OH CH 2 OH H H CHO CH 3 CH 3 CH 3 H HH CH 3 Guía de Ejercicios, Curso de “Química Orgánica I”, Segundo Semestre 2010 Facultad de Ecología y Recursos Naturales. Departamento de Ciencias Químicas 57 16. Identificar la relación entre los pares de moléculas representadas a continuación como enantiómeros, diastereoisómeros, o idéntica. CH 3 Cl BrH CH 3 Br ClH CH 3 BrH ClH CH 3 Cl CH 3 H CH 3 H Br CH 3 BrH ClH CH 3 Cl CH 3 H BrH CH 3 OH H OH H H OH H OH H Cl Cl H Cl H H Cl H OH Cl HCH3 OH H OH Cl CH 3 OH H a) b) y y c) d) e) y y yy f) 17. Dibuje formulas de proyección de Newman de un rotámero de cada uno de los siguientes compuestos. Indique en que casos el compuesto puede ser ópticamente activo. A B C D CH3 CH3 C2H5 C2H5 CHO CH2OH COOH COOH H Br OH H OH CH3 H OH Br H H OH H OH CH3 OH 18. Convierta las siguientes proyecciones de Fischer en fórmulas caballete: a)b) c) d) NH2 COOH CH3 H CH2OH CH3 H Br H Cl CHO CH2OH CH2OH CH3 H OH Br Cl Guía de Ejercicios, Curso de “Química Orgánica I”, Segundo Semestre 2010 Facultad de Ecología y Recursos Naturales. Departamento de Ciencias Químicas 58 19. Determine cuales son los carbonos asimétricos en las siguientes moléculas y su configuración absoluta. CH3 OH D H CO2H H OH COCH3 CH2CH3 Br H Cl OH CH3 H CHO H CH3 Cl F O CH3 H5C2 CH3 CH3 CH a b c d e f g CH3 Cl H H OH CH3 Cl H CH2CH3 H H CH3 H F H Cl H CH3 Br CH3 O F Cl CH4 h i j k l m n Guía de Ejercicios, Curso de “Química Orgánica I”, Segundo Semestre 2010 Facultad de Ecología y Recursos Naturales. Departamento de Ciencias Químicas 59 20. Dibuje claramente todas las conformaciones posibles para cada uno de los compuestos siguientes y determine cual de los confórmeros es el más estable; dibuje el diagrama de energía en cada caso: a) Cis-1,3-dimetilciclohexano b) Trans-1,3-dimetilciclohexano 21. Indique la relación entre las estructuras describiéndolas como enantiómeros, diastereómeros, compuestos Meso o idénticos y en cada caso determine la configuración absoluta de cada carbono quiral en el primer compuesto de cada serie. Br Br BrBr CH3 Cl H Br CH3 Br Cl H CH3 H Br H CH3 Cl CH3 H Cl H CH3 Br H CH3 CH3 H H CH3 CH3 H H OH CH3 OH H C2H5 H CH3 OH C2H5 OH H a) b) c) d) e) Guía de Ejercicios, Curso de “Química Orgánica I”, Segundo Semestre 2010 Facultad de Ecología y Recursos Naturales. Departamento de Ciencias Químicas 60 22. Respecto de la siguiente molécula indique: CH 3 CH 3 H a) Marque con un asterisco (*) cual o cuales son los carbonos asimétricos en la molécula. b) Indique la configuración absoluta de cada uno de ellos. c) Dibuje todos los confórmeros silla de la molécula. 23. Localice las unidades de isopreno en cada uno de los monoterpenos y sesquiterpenos. OH O 24. Escriba una secuencia de reacciones que describa la formación del geranilgeraniol a partir del pirofosfato de farnesilo. OH Geranilgeraniol Guía de Ejercicios, Curso de “Química Orgánica I”, Segundo Semestre 2010 Facultad de Ecología y Recursos Naturales. Departamento de Ciencias Químicas 61 RESPUESTAS EJERCICIOS SELECCIONADOS 2. H COOH (CH 3 ) 2 N a) e) i) 3. a) Z; b) Z; c) E; d) 2Z, 4Z, 6E. 4. a) En el 2-metilbutano las seis conformaciones más características son: MeMe Me Me Me MeMeMe Me Me Me Me MeMe Me Me Me Me 1 2 3 4 5 6 Las conformaciones alternadas 1 y 3 tienen la misma estabilidad y son más estables que la 5. La eclipsada más estable es 2. El orden de estabilidad es, por tanto: 1=3 > 5 >> 2 > 4 = 6. 5. COCH 3 H H H H O H O O O a) b) c) d) 8. Los carbonos asimétricos se señalan en negrita cursiva y con efecto subrayado: a) H3C-CHOH-CH2-CH2-CHOH-CH3 b) H3C-CH2-CH(CH2CH3)-CH2-CHO c) H3C-CH2-CO-CH2-CH2-CH3 d) H3C-CH=CH-CH3 e) H3C-CH2-CH(CH3)-CH2-CHO f) H3C-CHOH-C6H5 g) H3C-CHOH-CH2-CHOH-CH2-CHOH-CH3 h) CH2OH-CHOH-CH2OH (glicerina) i) HOOC-CHOH-CHOH-COOH (ácido tartárico) j) HOOC-CHOH-CHOH-CHOH-COOH Guía de Ejercicios, Curso de “Química Orgánica I”, Segundo Semestre 2010 Facultad de Ecología y Recursos Naturales. Departamento de Ciencias Químicas 62 11. N O H O COOH CH 2 OH OHCH 3 CH 3 O Ácido Clavulánico 5-alfa-dihidrotestosterona * * * * * * * * * 12. a) Quiral b) Quiral c) Quiral d) No quiral e) Quiral f) Quiral g) Quiral h) No quiral i) No quiral j) Quiral k) No quiral l)No quiral 13. O Br O H CH 3 Br OMe O Cl Cl H H HOH O OHH OH H HOH CH 3 OHH COOH H NH 2 ClH OHCH3 CHO COOH a) b) c) d) e) S R S S S S R R R R R S S R R 14. a) R b) S c) R d) R e) R f) R 16. a) Enantiómeros b) misma molécula c) Diastereoisómeros d) misma molécula e) Enantiómeros f) Enantiómeros Guía de Ejercicios, Curso de “Química Orgánica I”, Segundo Semestre 2010 Facultad de Ecología y Recursos Naturales. Departamento de Ciencias Químicas 63 GUIA Nº 5 UNIDAD Nº 5: Introducción a la determinación estructural usando Resonancia Magnética Nuclear de Protones. Definición de Espectroscopia, el espectrómetro de RMN. Índice de Deficiencia de Hidrógeno. El Spin Nuclear. Corrimientos químicos. Corrimientos químicos de Grupos funcionales. Pruebas de Equivalencia Química. Simetría molecular. Análisis conformacional. Integración. Acoplamiento spin-spin. Regla N+1 para espectros de primer orden. Resolución de problemas estructurales típicos. Guía de Ejercicios, Curso de “Química Orgánica I”, Segundo Semestre 2010 Facultad de Ecología y Recursos Naturales. Departamento de Ciencias Químicas 64 EJERCICIOS DESARRROLADOS 1.- ¿Cuántas señales esperaría encontrar en el espectro de RMN de 1H para el Bromuro de vinilo? Br-CH=CH2 Solución: H HBr H Cada protón del bromuro de vinilo es único y tiene un desplazamiento químico diferente de los otros dos. El protón menos protegido está unido al carbono que lleva el bromo. El par de protones en C-2 son diasterotópicos entre sí; uno es cis al bromo y el otro es trans al bromo. Por lo tanto, hay tres señales de protones en el espectro de RMN del bromuro de vinilo. 2.- Determine la estructura del compuesto de fórmula mínima C6H12O2 cuyo espectro se da a continuación: 2.20 2.10 2.00 1.90 1.80 1.70 1.60 1.50 1.40 1.30 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 6.5 7.0 7.5 8.0 8.5 9.0 9.5 10.0 10.5 11.0 11.5 12.0 12.5 13.0 13.5 14.0 Guía de Ejercicios, Curso de “Química Orgánica I”, Segundo Semestre 2010 Facultad de Ecología y Recursos Naturales. Departamento de Ciencias Químicas 65 Solución: El Área de la señal indica el número de protones de cada tipo presentes en la molécula. El espectro tiene dos señales cuyas líneas de integración equivalen a 12 protones. El área de la señal B contiene tres veces al área de la señal de A, por lo tanto si la molécula contiene un total de 12 protones, la señal de A es un tercio de la de B, lo que indica que A tiene una señal para 3 protones y B tiene una señal que indica 9 protones equivalentes. O CH 3 O CH 3 CH 3 CH 3 A B 2.20 2.10 2.00 1.90 1.80 1.70 1.60 1.50 1.40 1.30 1.20 1.10 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 6.5 A B 2.20 2.10 2.00 1.90 1.80 1.70 1.60 1.50 1.40 1.30 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 6.5 7.0 7.5 8.0 8.5 9.0 9.5 10.0 10.5 11.0 11.5 12.0 12.5 13.0 13.5 14.0 B A IntegraciIntegracióónn Guía de Ejercicios, Curso de “Química Orgánica I”, Segundo Semestre 2010 Facultad de Ecología y Recursos Naturales. Departamento de Ciencias Químicas 66 EJERCICIOS PROPUESTOS 1.- Determine la estructura de los siguientes compuestos cuyos datos espectroscópicos se dan a continuación: 1.1 Datos: δ(ppm) A 2.01 (singlete, 3H) 1.2 Datos: δ(ppm) B 4.12 (cuartete, 2H) A 2.04 (singlete, 3H) C 1.26 (triplete, 3H) J(B,C) = 7.1 Hz A A C B A Guía de Ejercicios, Curso de “Química Orgánica I”, Segundo Semestre 2010 Facultad de Ecología y Recursos Naturales. Departamento de Ciencias Químicas 67 1.3 Datos: δ(ppm) A 2.39 (heptene, 1H) B 1.06 (doblete, 6H) C 9.57 (singlete, 1H) J(A,B) 7.0 Hz J(A,C) 1.1 Hz J(B,C)0.0 Hz B A C Guía de Ejercicios, Curso de “Química Orgánica I”, Segundo Semestre 2010 Facultad de Ecología y Recursos Naturales. Departamento de Ciencias Químicas 68 2.- La molécula de fórmula mínima C4H8O, presenta numerosos isómeros diferenciados por los espectros de RMN 1H registrados del Nº 1 al Nº 17. Asigne el número del espectro con las moléculas A-Q. Se trata de relacionar cada espectro con la molécula que lo ha generado estableciendo las apropiadas parejas número-letra. Guía de Ejercicios, Curso de “Química Orgánica I”, Segundo Semestre 2010 Facultad de Ecología y Recursos Naturales. Departamento de Ciencias Químicas 69 Guía de Ejercicios, Curso de “Química Orgánica I”, Segundo Semestre 2010 Facultad de Ecología y Recursos Naturales. Departamento de Ciencias Químicas 70 Guía de Ejercicios, Curso de “Química Orgánica I”, Segundo Semestre 2010 Facultad de Ecología y Recursos Naturales. Departamento de Ciencias Químicas 71 O OH O O O O OH OH O OH OH O H O OH O O O A C E G I K M O Q B D F H J L N P Guía de Ejercicios, Curso de “Química Orgánica I”, Segundo Semestre 2010 Facultad de Ecología y Recursos Naturales. Departamento de Ciencias Químicas 72 RESPUESTA EJERCICIOS SELECCIONADOS 1.3 H O A B C B 2. Nº 2-G; Nº 4-I; Nº 5-Q; Nº 2-G; Nº 2-G; Nº 2-G; Nº 2-G; Nº 2-G; Nº 2-G BIBLIOGRAFIA: 1. Química Orgánica. Francis A. Carey. Editorial McGraw Hill. 6ª Edición, 2006. 2. Química Orgánica Vol.1. José Luis Soto. Editorial Síntesis. 2ª Edición, 2003 Guía de Ejercicios, Curso de “Química Orgánica I”, Segundo Semestre 2010 Facultad de Ecología y Recursos Naturales. Departamento de Ciencias Químicas 73 GUIA Nº 6 UNIDAD Nº 6: Tipos de reacciones químicas Reacciones con ruptura hemolítica. Radicales libres y su estabilidad. Halogenación de alcanos. Ruptura de enlace heterolítico (reacciones polares). Estabilidad de carbocationes y carbaniones. Reacciones de adición a dobles enlaces. Reacciones de sustitución nucleofilica. Mecanismos de sustitución uni y bimolecular (SN1 y SN2). Guía de Ejercicios, Curso de “Química Orgánica I”, Segundo Semestre 2010 Facultad de Ecología y Recursos Naturales. Departamento de Ciencias Químicas 74 EJERCICIOS DESARROLLADOS 1. Justifique el orden de reactividad de los siguientes alquenos frente a las reacciones de hidratación catalizada por ácidos. H H HH H H CH 3 CH 3 CH 3 CH 3 CH 3 CH 3 AUMENTA LA REACTIVIDAD La reacción de hidratación catalizada por ácidos comienza por el ataque de un protón del ácido sobre la nube π del alqueno para producir un carbocatión. H 3 O+ H OH 2 + + Por un lado, la densidad electrónica de la nube π aumenta, conforme aumenta la sustitución del doble enlace ya que los grupos alquilo presentan un ligero efecto electrón donante. Al aumentar la densidad electrónica aumenta su reactividad frente a electrófilos, pero la razón de mayor peso es el tipo de intermedio que se genera en cada caso. Para el eteno, se produce un carbocatión primario, para el (E)-2-buteno un carbocatión secundario y para el 2,3-dimetil-2-buteno un carbocatión terciario. El orden de reactividad de los carbocationes es: Terciario > secundario > primario > metilo 2. Indique el producto de la siguiente reacción: HCl La reacción con HCl conduce a la formación de un haluro de alquilo, mediante una adición Markovnikov. Según el mecanismo propuesto, el H+ actúa como electrófilo, se produce el carbocatión más estable de los posibles (el secundario) y el ión cloruro actúa como nucleófilo, atacando al carbono que tiene carga positiva para dar el cloruro de alquilo secundario. Guía de Ejercicios, Curso de “Química Orgánica I”, Segundo Semestre 2010 Facultad de Ecología y Recursos Naturales. Departamento de Ciencias Químicas 75 H + Cl Cl + 3. Indique el producto que se obtiene en la siguiente reacción: H H H I NaOH+ El yodometano es un sustrato primario el cual se ve favorecido en reacciones del tipo SN2. El mecanismo siguiente muestra el ataque por el nucleófilo (ión hidróxido), la formación del estado de transición y el desprendimiento del grupo saliente (ión yoduro). Guía de Ejercicios, Curso de “Química Orgánica I”, Segundo Semestre 2010 Facultad de Ecología y Recursos Naturales. Departamento de Ciencias Químicas 76 EJERCICIOS PROPUESTOS 1. Proponga un mecanismo detallado que explique la formación del producto de la reacción en cada caso: OH S F OH H2SO4 O S F CH3 H O H OH H + H2O O OH OH H + H2O O OH CH2 H + O OH COOCH3 BrH Br COOCH3 + OH OHCH3 O CH3 H + H2O a) b) c) d) e) f) 2. Teniendo en cuenta los efectos electrónicos que el grupo metóxido (-OMe) puede ejercer sobre un átomo de carbono positivo, formule el catión p- metoxibencilo como un híbrido de cinco estructuras resonantes y señale las dos de mayor contribución. ¿Será este carbocatión más o menos estable que el carbocatión bencilo? CH 2 CH 2 MeO.. .. ++ carbocatión bencilocatión p-metoxibencilo Guía de Ejercicios, Curso de “Química Orgánica I”, Segundo Semestre 2010 Facultad de Ecología y Recursos Naturales. Departamento de Ciencias Químicas 77 3. Indique cual de los siguientes derivados halogenados es primario, secundario o terciario. Cl CH 3Cl Br Cl Br a) b) c) d) e) 4. El carbanión ciclopentadienuro es sumamente estable y se puede describir como un híbrido de las siguientes estructuras canónicas: ..- ..- ..- ..- ..- Compárese su estructura con la del benceno y dé una explicación de su estabilidad. Formule las estructuras resonantes del carbocatión cicloheptatrienilo y, en la misma línea de comparación, indique que cabe esperar de su estabilidad. 5. Ordene por estabilidad los siguientes carbocationes: CH3 C + H CH3 CH3 C + H NO2 O C + H CH3 OCH3 CH3 C + CH3 CH3 OCH3 C + H CH3 a b c d e f g C + CH3H C + CH3H O2N Guía de Ejercicios, Curso de “Química Orgánica I”, Segundo Semestre 2010 Facultad de Ecología y Recursos Naturales. Departamento de Ciencias Químicas 78 6. La butanona puede formar dos carbaniones que se pueden describir en términos del método de la resonancia como híbridos de dos estructuras canónicas o resonantes: ..- O O O ..- O - Carbanión I Carbanión II Compare ambos carbaniones e indique: a) ¿Cuál de las dos estructuras en cada caso tendrá una mayor contribución en la descripción de la especie? b) ¿Qué tipo de efecto estabilizante ejerce el grupo carbonilo en ambos casos? c) ¿Cuál de los dos carbaniones debe ser más estable y por qué? 7. Ordene los siguientes carbocationes de mayor a menor estabilidad. C + H C + C + CH3 C + H C + OCH3 C + C + CN C + NH2 C + C + O2N C + NO2 CH3 NO2 C + b) a) c) d) Guía de Ejercicios, Curso de “Química Orgánica I”, Segundo Semestre 2010 Facultad de Ecología y Recursos Naturales. Departamento de Ciencias Químicas 79 a) Suponiendo que todos reaccionan vía SN1, prediga cual o cuales son los productos de reacción con: H2O, CH3OH, NaCl. b) Suponiendo que todos reaccionan vía SN2 prediga cual o cuales son los productos de reacción con: NaOH, CH3ONa, KI c) Indique el nombre de cada producto formado. 8. Defina o explique los siguientes conceptos: a) Nucleofilo (fuerte, moderadoy débil) b) Electrófilo c) Grupo saliente (bueno y malo) d) Sustrato e) Cinética primer orden f) Sustitución nucleofilica g) Sustitución nucleofilica unimolecular h) Sustitución nucleofilica bimolecular i) Cinética de segundo orden j) Solvente polar k) Solvente apolar l) Solvatación m) Impedimento estérico n) Racemización o) Inversión de la configuración p) Retención de la configuración 9. Se tienen los siguientes pares de nucleófilos: a) OH-, H2O b) Br- y I- c) NH3 y Cl- d) CH3OH y CH3O- Indique cual es más fuerte como nucleófilo 10. Se tienen los siguientes pares de grupos salientes: a) OH-, H2O b) F- y I- c) NH3 y Cl- d) CH3OH y CH3O- Indique quien es mejor grupo saliente Guía de Ejercicios, Curso de “Química Orgánica I”, Segundo Semestre 2010 Facultad de Ecología y Recursos Naturales. Departamento de Ciencias Químicas 80 11. Indicar cuales de las siguientes proposiciones están relacionad as con la sustitución nucleofílica SN1, cuales con la SN2 y cuales son aplicables a ambos mecanismos. a) Es estereoespecífica b) Está más favorecida en yoduros y menos en fluoruros. c) La velocidad de la reacción no depende de la concentración del nucleófilo d) Compite la reacción de eliminación e) A partir de un enantiómero se obtiene una mezcla racémica f) Está favorecida en haluros terciarios g) Transcurre mediante un mecanismo de carbocationes h) Es sensible a impedimentos estéricos i) Puede dar lugar a transposiciones j) Está favorecida cuando el nucleófilo es de fuerza media-baja k) Es una reacción concertada l) Se pasa por un único estado de transición 12. En los siguientes pares de nucleófilos indique cual es el más fuerte: a) CH3S- y HS- b) HS- y OH- c) Br- y Cl- d) R3N: y :NH3 e) R-OH y H2O f) R-O- y R-OH Guía de Ejercicios, Curso de “Química Orgánica I”, Segundo Semestre 2010 Facultad de Ecología y Recursos Naturales. Departamento de Ciencias Químicas 81 13. Se tienen las siguientes reacciones de sustitución nucleofilica, suponiendo un proceso SN1, al respecto: a) Identifique el sustrato, grupo saliente y nucleofilo en cada una de las reacciones. b) Indique un mecanismo apropiado para cada proceso. c) Haga un diagrama de energía v/s coordenada de reacción. d) Señale el nombre para cada uno de los productos formados. OC H 3 H Br H CH3 CH3 CH3 OH H NH2 H CH3 CH3 H OCH2CH3 HBr CH3OH HCl HI CH3CH2CH2OH HBr Producto? Producto? Producto? Producto? Producto? Producto? Guía de Ejercicios, Curso de “Química Orgánica I”, Segundo Semestre 2010 Facultad de Ecología y Recursos Naturales. Departamento de Ciencias Químicas 82 14. Se tienen las siguientes reacciones de sustitución nucleofílica, suponiendo un proceso vía SN2, al respecto: a) Identifique el sustrato, grupo saliente y nucleófilo en cada una de las reacciones. b) Indique un mecanismo apropiado para cada proceso. c) Haga un diagrama de energía v/s coordenada de reacción. d) Señale el nombre para cada uno de los productos formados. Br H F H H OCH2CH2CH3 CHO H O H CH3 CH3 O CH3 H H Cl H NO 2 Cl CH3OH/NaOCH3 H2O/KOH NaI Acetona terButOH terButONa NaCN CH3CN H2O/NaOH Guía de Ejercicios, Curso de “Química Orgánica I”, Segundo Semestre 2010 Facultad de Ecología y Recursos Naturales. Departamento de Ciencias Químicas 83 15. Prediga en cada caso la estructura del precursor (sustrato) y el probable nucleófilo (sugerencia: identifique el grupo saliente). H3CH2COC H CH3 Br H Br H F H CH3 H OH CHO Br H Cl HH Cl H NO2CN CH3 CH3 H CH3 CH3 Sustrato? Sustrato? Sustrato? Sustrato? Sustrato? Sustrato? a) b) c) d) e) f) Acetona NaCl CH3OH NaOH KBr NH3 CH3CH2OH + ++ + + + + + + F H CH3 Guía de Ejercicios, Curso de “Química Orgánica I”, Segundo Semestre 2010 Facultad de Ecología y Recursos Naturales. Departamento de Ciencias Químicas 84 16. Dé una explicación para la formación de los productos marcados: OH H Cl H Cl H F OCH3 OH OH H OTs H OHH HCl H2O/CH3ONa ClTs + + NaOH 70% 30% 20% 80% 17. Indicar el producto principal que se obtendrá al hacer reaccionar el 1- clorobutano con: a) Etóxido de sodio (EtO-Na+) b) Amoníaco (NH3) Guía de Ejercicios, Curso de “Química Orgánica I”, Segundo Semestre 2010 Facultad de Ecología y Recursos Naturales. Departamento de Ciencias Químicas 85 18. En las siguientes reacciones de sustitución nucleofílica de haluros de alquilo, indicar si se producen mediante un mecanismo SN1 o SN2. Escriba la fórmula estructural del producto de la reacción: NH 3 OH 2 H 2 S (DMSO) Cl CH 3 OH a) 1-cloropropano + b) 2-cloropropano + c) 2-cloropropano + d) + 19. El (R) 3-cloro-3-metilhexano reacciona con agua en un disolvente adecuado, sustituyéndose el átomo de cloro por un grupo hidroxilo –OH y dando lugar a 3- metil-3-hexanol. a) ¿Se trata de una SN2 o SN1? b) Indicar la estereoquímica del producto obtenido. c) Si la reacción se lleva a cabo en presencia de metanol, además del producto indicado se obtiene otro subproducto. Indique su estructura. d) Si la reacción se lleva a cabo con una disolución de hidróxido de sodio, se obtienen varios productos, incluso en mayor proporción que el 3-metil-3- hexanol. Indicar la estructura de los dos productos más abundantes distintos del indicado. 20. Una de las reacciones típicas de adición a dobles enlaces es aquella en que moléculas del tipo HX (X= F, Cl, Br, Br y I) se adicionan al doble enlace. Para la reacción entre el 1-propeno y el HCl (ácido clorhídrico) responda dibujando las respectivas estructuras: a) ¿Cuál sería el producto que usted esperaría obtener? b) ¿Se formará sólo un producto o una mezcla? c) ¿Cuál es el Enantiómero S y cual el R, si es que los hay; o se trata de un compuesto Meso; o de uno no Quiral?. d) ¿Se cumple la regla de Markownikov?. Guía de Ejercicios, Curso de “Química Orgánica I”, Segundo Semestre 2010 Facultad de Ecología y Recursos Naturales. Departamento de Ciencias Químicas 86 21. Se tienen las siguientes reacciones de adición electrofilica: c) Complete las reacciones. d) De un mecanismo apropiado para cada una de ellas. e) Asigne el nombre apropiado a cada uno de los reactantes y productos formados. H Cl CH3 H Cl CH3 H Br CH3 CH3 Br H HBr HCl HCN Br2 + + Br Br Br Br Cl Cl Cl Cl OH HH OH HH + + + H2O Cl2 Br2 Guía de Ejercicios, Curso de “Química Orgánica I”, Segundo Semestre 2010 Facultad de Ecología y Recursos Naturales. Departamento de Ciencias Químicas 87 22. Determine los productos que se forman si se trata el 3-metil-1,3-pentadieno con ácido clorhídrico. H H H H HCl Productos? 23. Determine todos los productos de la reacción. CH 3 H OH H + Productos? 24. Determine todos los productos de la reacción si el compuesto de la figura se trata con etóxido de sodio (EtONa) en etanol. HBr Guía de Ejercicios, Curso de “Química Orgánica I”, Segundo Semestre 2010 Facultad de Ecología y Recursos Naturales. Departamento de Ciencias Químicas 88 25. Complete las siguientes reacciones: Br Br H 2 SO 4 H 2 , Pd KMnO 4 + + + + + + (diluido y frio) a) b) c) d) e) HI H2O 26. Cuando el HBr reacciona con el 2-metil-2-buteno se forma preferentemente: 2- bromo-2-metilbutano y no 2-bromo-3-metilbutano. Justifique este hecho a partir de la naturaleza de los intermediarios de reacción. 27. Elija el alqueno de partida (I-III) para preparar cada uno de los compuestos (A- F) ydescriba los reactivos y condiciones de reacción que considere necesarios para cada caso. Cl Cl OH OH Br O H O Br CH 3 H CH 3H Br I II III A B C D E F Guía de Ejercicios, Curso de “Química Orgánica I”, Segundo Semestre 2010 Facultad de Ecología y Recursos Naturales. Departamento de Ciencias Químicas 89 28. Dibuje el producto mayoritario que se obtiene en cada una de las siguientes reacciones: Br 2 Cl 2 /CH 3 OH Guía de Ejercicios, Curso de “Química Orgánica I”, Segundo Semestre 2010 Facultad de Ecología y Recursos Naturales. Departamento de Ciencias Químicas 90 RESPUESTAS EJERCICIOS SELECCIONADOS 1. S :O H F H + .. .. S :O H H F S F O H S F O H : .. S F O .. : O H H + .. .. O H.. .. HO .. O .. : H + + + + d) a) + + + 2. Las estructuras resonantes son: CH 2 MeO MeO MeO .. .. .. .. .. MeO .. .. .. MeO + I II + + III V + IV + Las dos fórmulas de mayor contribución son I (con el anillo aromático) y IV (todos los átomos con ocho electrones). Este catión es más estable que el catión bencilo ya que el grupo metóxido (con su efecto M+, mayor que el I-) ayuda a estabilizar la carga positiva. Guía de Ejercicios, Curso de “Química Orgánica I”, Segundo Semestre 2010 Facultad de Ecología y Recursos Naturales. Departamento de Ciencias Químicas 91 3. Primarios: c y e; secundarios: a; terciarios b, d. 4. El anión ciclopentadienuro tiene una estructura totalmente similar al benceno, es decir, posee seis electrones p, deslocalizados formando una nube circular de electrones por lo que debe tener características análogas a las del benceno. La única diferencia es que los electrones se deslocalizan sobre solo cinco átomos de carbono. También el catión cicloheptatrienilo tiene una estructura similar, solo que los seis electrones se deslocalizan sobre seis átomos de carbono, pudiéndose describir mediante siete estructuras idénticas: + + + + + + + 6. a) La estructura más estable de cada anión es la que tiene la carga negativa en el átomo de oxígeno (el más electronegativo) y será la de mayor contribución en ambos casos. b) El grupo carbonilo estabiliza el carbanión correspondiente por su efecto M-, contribuyendo así a la deslocalización de la carga negativa. c) El carbanión I es el más estable por situar la carga negativa en un átomo de carbono primario, frente a II que lo sitúa en uno secundario. 11. a) SN2 b) Ambas c) SN1 d) Ambas e) SN1 f) SN2 g) SN1 h) SN2 i) SN1 j) SN1 k) SN2 l) SN2 12. a) CH3-S- b) HS- c) Br- d) R3N: e) R-OH f) R-O- 17. a) Butiletiléter b) N-butilamina 18. a) SN2; CH3-CH2-CH2-NH2 b) SN1; CH3-CHOH-CH3 c) SN2; CH3-CH(SH)-CH3 d) SN1, catión bencílico más estable 19. a) SN1 b) Se obtiene una mezcla racémica CH 2 CH 3 CH 2 CH 2 CH 3 CH 3 OH CH 3 OH CH 2 CH 3 CH 2 CH 2 CH 3 Guía de Ejercicios, Curso de “Química Orgánica I”, Segundo Semestre 2010 Facultad de Ecología y Recursos Naturales. Departamento de Ciencias Químicas 92 c) Se obtiene una mezcla racémica del éter metílico correspondiente: CH 2 CH 3 CH 2 CH 2 CH 3 CH 3 MeO CH 3 CH 2 CH 3 CH 2 CH 2 CH 3 OMe d) En medio alcalino, tiene lugar la reacción de eliminación favorecida en haluros terciarios. Los alquenos que se obtienen preferentemente son los más sustituidos: CHCH 3 CH 2 CH 2 CH 3 CH 3 CH3 CH 2 CH 3 CHCH 2 CH 3 25. a) 2-yodopropano b) 2,3-dibromo-4-metilpentano c) 2-metil-2-butanol d) Etilbenceno e) 2-metil-1,2-propanodiol 26. En esta reacción los intermediarios son carbocationes. Dado que estos son más estables cuanto más sustituido está el carbono donde reside la carga, se formarán preferentemente el derivado bromado que proviene del ataque del ión Br- al carbocatión terciario. H+Br- H H CH 3 H H CH 3Br H CH 3H CH3H HBr + + + Guía de Ejercicios, Curso de “Química Orgánica I”, Segundo Semestre 2010 Facultad de Ecología y Recursos Naturales. Departamento de Ciencias Químicas 93 27. El compuesto A. La adición de halógenos a alquenos es un proceso anti y por tanto estereospecífico. Según los alquenos de partida pueden generarse estereocentros. Al no especificarse en este caso la estereoquímica del compuesto obtenido, la adición del cloro conduce a la formación del compuesto A, puede provenir tanto de II como de III. Cl 2 CCl 4 Cl Cl CH 3 -CH=CH-CH 3 Z o E El compuesto B. Es el resultado de la adición de una molécula de agua a II o III por tratamiento del correspondiente alqueno con una disolución acuosa de un ácido con un anión poco nucleófilo (SO42-, PO43-). Independientemente de que el alqueno sea Z o E, el ataque del electrófilo (protón) produce el mismo carbocatión, que es atacado por una molécula de agua que actúa como nucleófilo. CH 3 -CH=CH-CH 3 H + CH 3 -CH 2 -CH-CH 3 O HH H + OHZ o E + H2O + El compuesto C. Un procedimiento similar al descrito en el apartado anterior aplicado a I lleva a la formación de C. H + O H H H + O H + H2O + Guía de Ejercicios, Curso de “Química Orgánica I”, Segundo Semestre 2010 Facultad de Ecología y Recursos Naturales. Departamento de Ciencias Químicas 94 29. La adición de bromo sobre 1-metilcicloocteno es estereoespecífica, como ocurre con todos los alquenos. La estereoquímica relativa de los átomos de bromo que se adicionan es trans, lo cual implica que la adición es anti. Br 2 Br Br Br Br Br Br Br + + + 1 2Enantiómeros + A1 A2Enantiómeros BIBLIOGRAFIA: 1. Química Orgánica. Francis A. Carey. Editorial McGraw Hill. 6ª Edición, 2006. 2. Química Orgánica Vol.1. José Luis Soto. Editorial Síntesis. 2ª Edición, 2003. 3. Química Orgánica. Juan Llorens Molina. Editorial Tébar. 1ª Edición, 2008. Guía de Ejercicios, Curso de “Química Orgánica I”, Segundo Semestre 2010 Facultad de Ecología y Recursos Naturales. Departamento de Ciencias Químicas 95 Continuación UNIDAD Nº 6: Tipos de reacciones químicas Reacciones de Eliminación (E1 y E2). Eliminación v/s sustitución. Factores que la condicionan (eliminación de halogenuros de alquilo (HX) y eliminación de agua (H2O), reacciones de alcoholes en medio ácido.) Sustitución electrofílica aromática, efecto orientador de los sustituyentes. Reacciones de adición y sustitución al grupo carbonilo. Guía de Ejercicios, Curso de “Química Orgánica I”, Segundo Semestre 2010 Facultad de Ecología y Recursos Naturales. Departamento de Ciencias Químicas 96 EJERCICIOS DESARROLLADOS 1. Indique el producto principal que se obtendrá cuando se hace reaccionar el 3-cloro-2,4- dimetilpentano con ter-butóxido de sodio mediante un mecanismo del tipo E2. Solución: El terbutóxido de sodio es una base fuerte y voluminosa que conduce a una reacción de eliminación, por lo tanto el producto de la reacción es un alqueno Cl ONa 2,3,4-trimetil-2-penteno 2. La tabla siguiente muestra las proporciones entre eliminación y sustitución para la reacción entre el KOH en etanol y tres halogenuros de alquilo diferentes: Halogenuro de alquilo Sustitución Eliminación 1-bromobutano 90% 10% 2-bromobutano 21% 79% 2-bromo-2-metilpropano 0% 100% ¿Qué relación existe entre la estructura de los halogenuros de alquilo y el tipo de reacción que se desarrolla preferentemente? Solución: La presencia de un nucleófilo fuerte (OH-) favorecerá la existencia de un mecanismo de 2º orden. En estas condiciones, los halogenuros primarios
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