Quimica Organica

QUÍMICA DEL CARBONO

1 C(J-98).- Explique los siguientes conceptos:

a) Enlaces de hidrogeno y su influencia sobre las propiedades físicas.

b) A que se atribuye la diferente solubilidad en agua de los alcoholes y las cetonas.

Solución:

a) Los puentes de hidrógeno son fuerzas intermoleculares que se dan entre moléculas covalentes que contienen uno o más átomos de elementos de electronegatividad elevada, previa orientación de ambas moléculas. Los dos átomos unidos mediante enlaces de hidrógeno ( = 2,1) han de ser no sólo de una marcada diferencia de electronegatividad, sino también de volumen pequeño, como el flúor ( = 4,0), oxígeno ( = 3,5) y nitrógeno ( = 3,0).

La existencia de estos enlaces explica porque los hidruros de N, O y F poseen puntos de fusión y ebullición muy superiores a los de los hidruros del resto de los elementos de cada grupo. El caso más común es el caso del H2O (p.f. = 0 ºC y p.e. = 100 ºC).

De todos modos, los puentes de hidrógeno son interacciones débiles y, en el agua líquida, la agitación térmica impide que esta unión afecte a todas las moléculas. El enlace de hidrógeno con oxígeno y nitrógeno es de gran importancia biológica, siendo el responsable de la estructura helicoidal de las proteínas y de la unión de las dos hélices del ADN.

b) Los primeros alcoholes y las primeras cetonas son solubles en agua. Pero al aumentar la cadena carbonada (parte hidrófoba) la solubilidad disminuye rápidamente.

Los alcoholes forman tantos puentes de hidrogeno como grupos OH tengan sus moléculas. El enlace OH posee tal polaridad que permite que el átomo electropositivo H+ de una molécula atraiga al átomo electronegativo O de otra próxima. Debido a esta polaridad, los alcoholes pueden intercambiar los enlaces de hidrógeno entre sus moléculas con las moléculas de agua. De ahí su gran solubilidad en H2O.

En cambio, las cetonas son menos solubles en agua ya que solo pueden formar puentes de hidrogeno entre el oxígeno del grupo CO y los hidrógenos de las moléculas de H2O.

2 LA(J-98). Explique por qué el CH3-CH2-CH2OH es más soluble en agua que el compuesto CH3-CH2-CH2-CH3 .

Solución:

El 1-propanol es una molécula que tiene una cabeza apolar, y por tanto hidrófoba, (cadena alifática) y otra cabeza polar, es decir hidrófila (grupo –OH). Además, en este caso se dan puentes de hidrógeno entre moléculas de agua y de propanol. Como la cadena hidrocarbonada es corta, este compuesto se disuelve bien en agua (miscible).

El butano es un hidrocarburo alifático saturado (alcano), y por tanto totalmente apolar. Es un gas en condiciones normales, insoluble en agua.

3 LA(J-98). El ácido láctico es un compuesto orgánico de carbono, hidrógeno y oxígeno. Al quemar completamente 8 g de ácido láctico se producen 11,7 g de dióxido de carbono y 4,8 g de agua. Cuando se vaporizan 1,35 g de ácido láctico a 150 ºC en un recipiente de 300 ml, en el que se ha hecho el vacío, la presión ejercida es de 1318 mmHg. Calcular la fórmula molecular del ácido láctico.

Datos: Masas atómicas: H = 1; C = 12; O = 16.

R = 0,082 atm • l / mol • K

Sol.: C3H6O3

Solución:

Al quemarse un compuesto orgánico, produce dióxido de carbono y agua, por lo que todo el carbono presente pasa a formar CO2, y todo el hidrógeno pasa a transformarse en H2O.

Conociendo las cantidades de CO2 y H2O y relacionándolas con las masas moleculares y atómicas podemos deducir la cantidades de carbono y de hidrógeno.

=  x = 3,191 g de C

=  y = 0,533 g de H

Al quemarse completamente los 8 g de ácido láctico la masa que sobre tiene que corresponder al oxígeno:

8 – (3,191 + 0,533) = 4,276 g de O

Para ver las relaciones respectivas entre los átomos de la molécula (fórmula empírica):

C: = 0,266 mol de C ; H: = 0,533 mol de H ; O: = 0,267 mol de O

La relación más simple con números enteros sería

C: = 1 ; H: = 2 ; O: = 1

La fórmula empírica sería: (CH2O)n

Para saber la fórmula molecular, necesitamos la masa molecular del ácido láctico.

p•V = n•R•T  p•V = •R•T  M =

M = = 90 g/mol

M = 12•n + 2•n + 16•n = 90•  n = 3

Fórmula molecular: C3H6O3 (ácido 2-hidroxi-propanoico: CH3  CHOH  COOH)

4 LA(S-98). Determinar la fórmula y nombre IUPAC de un aldehído, sabiendo que por oxidación produce un ácido monocarboxílico que contiene un 48,65 % de carbono y un 43,24 % de oxígeno. (Pesos atómicos: C = 12; O = 16; H = 1)

Sol.: Ácido propanoico CH3 CH2 COOH.

Solución:

A partir de la composición centesimal del ácido podemos hallar su fórmula.

El número de moles de átomos presentes en 100 g de sustancia es:

C: = 4,054 mol de C ; H: = 8,11 mol de H ; O: = 2,703 mol de O

La relación más simple sería

C: = 1,5 ; H: = 3 ; O: = 1

Para conseguir números enteros, multiplicamos a todo por 2

C: = 1,5•2 = 3 ; H: 3•2 = 6 ; O: 1•2 = 2

Como sabemos que el ácido es monocarboxílico, la fórmula es: C3H6O2.

Se trata del ácido propanoico CH3  CH2  COOH.

Este ácido se obtiene por oxidación del propanal que es el aldehído buscado.

CH3  CH2  CHO + 1/2 O2  CH3  CH2  COOH

5 LA(J-99). a) ¿Por qué son básicas las disoluciones acuosas de las aminas?.

b) ¿Qué es la vulcanización de la goma?.

Solución:

a) Además las teorías clásicas ácido-base de Arrhenius y Brönsted-Lowry, existe otra teoría, llamada de Lewis, que, basándose en consideraciones electrónicas, establece que toda sustancia con un par de e que puedan ser cedidos (para dar un enlace covalente coordinado) tiene comportamiento básico.

Dado que en las aminas, R  NH2, el nitrógeno mantiene su par de e no enlazante, puede aceptar un H+ del agua, comportándose, por tanto, como una base débil.

El proceso sería:

R  NH2 + H2O  R  NH3+ + OH

Son básicas todas las aminas (primarias, secundarias y terciarias). Incluso algunas, como la dimetilamina, son más básicas que el propio amoniaco.

b) La vulcanización de la goma es la vulcanización del caucho natural mediante azufre que fue descubierta por Goodyear en 1839. De una forma muy esquemática puede resumirse de la forma siguiente:

La técnica clásica de vulcanización consiste en calentar el caucho a 100-140º C, previa introducción de los compuestos necesarios para la vulcanización: plastificante, óxido de cinc, acelerantes y azufre ( de 3 a 10%).

Aunque en rigor el término vulcanización debería utilizarse sólo para designar la reticulación de los elastómeros:

- reticulación de mecanismo radicalario por acción de generadores de radicales libres (por ejemplo: peróxidos);

- reticulación de los elastómeros clorados por acción de óxido de magnesio.

De una forma general, la vulcanización disminuye la deformación, el poder adhesivo, la fluidez en frío y el envejecimiento.

6 L(S-99).- Represente mediante el diagrama de solapamiento de orbitales la estructura del ácido acético (etanoico), sabiendo que los ángulos de enlace en torno al carbono C(1) son de 120º y los del carbono C(2) son de 109º, aproximadamente. Justifique cuál será el centro de ataque preferido por un reactivo electrófilo y cuál por un nucleófilo.

Solución:

La fórmula del ácido etanóico es CH3-COOH.

El carbono (1) presenta hibridación sp2, mientras que el carbono (2) presenta hibridación sp3.

El diagrama de solapamiento de orbitales será:

Los reactivos electrófilos son átomos o grupos atómicos deficientes en electrones.

Generalmente suelen ser especies catiónicas y atacan a las moléculas de sustrato en las zonas donde existe gran densidad electrónica.

El centro de ataque de un reactivo electrófilo será el carbono (2), ya que al ser mas electronegativo que el hidrógeno tiende a atraer hacia si el par de electrones del enlace y constituye una zona de mayor densidad electrónica.

Los reactivos nucleófilos son átomos o grupos atómicos que tienen pares de electrones sin compartir y atacan a los centros o zonas de los sustratos que tienen menos densidad electrónica.

El centro de ataque de un reactivo nucleófilo será el carbono (1), puesto que el oxigeno, que es más electronegativo, atrae hacia si el par de electrones del enlace y deja al carbono deficitario de electrones.

7 LA(J-02).- Un hidrocarburo saturado gaseoso está formado por el 80% de carbono ¿Cuál es su fórmula molecular si la densidad en condiciones normales es 1,34 g/ L?

Sol.: C2H6, (etano)

Solución:

La fórmula del hidrocarburo será: CxHy

Se conoce su densidad en condiciones normales, de la que se puede obtener los moles en 1 litro, y lo que pesa un mol, es decir,

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