Ejerc R2. Acidez, Basicidad Y Conformaciones

UNIVERSIDAD NACIONAL ANDRÉS BELLO QUIMICA ORGÁNICA QUI-020 Y QUI-022 Compilados por profesores: Dr. W Cardona V. y Dr. H. Carrasco A. Guía de ejercicios sobre Acidez, Basicidad y conformación de Alcanos y cicloalcanos 1. Identifique cuáles de los siguientes pares representan estructuras resonantes válidas y cuáles no?

a)

b)

c)

d) 2. Los valores de pKa para el etanol (CH3CH2OH) y el inon amonio (NH4+) son 16 y 10, respectivamente. a) Usando estos compuestos y sus bases conjugadas, escriba la ecuación que representa el equilibrio ácido-base para ambos ácidos. b) Cuál sería la reacción esperada si se mezclaran ambos compuestos, ilustre la reacción con una ecuación química. 3. Considerando que el pKa del CH3OH2+ es - 2.2, escriba: a) la reacción de disociación de este ácido, b) Escriba una expresión para su Ka en términos de la concentración de las especies químicas, c) Prediga la dirección favorecida para el siguiente equilibrio:

4. Haciendo uso de las palabras más, medio y menos, ordene los siguientes compuestos acorde con la propiedad indicada. a) Solubilidad en agua:

b) Acididez:

c) Estabilidad de cationes:

d) Acididez:

e) Punto de ebullición:

f) Basicidad: OH-

H2O

NH3

5. Complete las ecuaciones siguientes que representan reacciones ácido-base. Indique entre paréntesis cuál es la dirección preferida por estos equilibrio (derecha o izquierda). Vale decir que en cada caso se ha escrito primero el ácido que la base. a) HCl + NH3  b) H2O + (CH3)3CO- K+  c) Fenol + H2O  6. a) Explique porqué un grupo nitro en un anillo aromático aumenta la acidez de un fenol, incluya en su respuesta estructuras para la base conjugada del fenol. b) Prediga cuál, el m-nitrofenol o el p-nitrofenol debería ser un ácido más fuerte. 7. Escriba una representación estructural clara para la información solicitada: a) Una proyección de Newman para la conformación anti del 1-bromopropano b) Una proyección de Fischer para el 2,3-butanodiol c) La mejor forma resonante de la base conjugada del fenol d) La estructura del bencil isobutil eter e) La estructura del (Z)-1-fenil-1,3-butadieno 8. Las estructuras dadas están incompletes. Agregue el sustituyente faltante de forma tal que ellas representen adecuadamente el nombre asignado. Para ayudarle, se ha marcado un carbono y en él debe ubicar al grupo metilo. a) trans-1-bromo-4-metilciclohexano. (Ambos en conformación de silla).

b) cis-1-bromo-4-metilciclohexano. (Ambos en conformación de silla).

c) La estructura mostrada a continuación corresponde a una de las situaciones anteriores, A, B, C, o D. Cuál de ellas es? d) Escriba la correspondiente proyección de Newman para la otra conformación en silla del anterior compuesto. 9. Indique cuál es la estructura que representa la conformación más estable del cis-1,4ciclohexanodiol (encierre sólo una):

10. a) Escriba los nombres de los siete (7) isómeros posibles que representen al dimetilciclohexano. No considere los isómeros ópticos. Si es necesario construya estructuras de cada uno de ellos para facilitar su asignación. b) Identifique cuáles de estos compuestos podrían existir como dos confórmeros, en forma de silla, de igual energía. c) Seleccione uno de los isómeros que tenga dos conformaciones en silla de diferente energía y escriba la estructura que represente a la conformación más estable. 11. La siguiente estructura muestra la forma general de un esteroide, vista desde dos perspectivas, frontal y lateral.

a) Los anillos A y B se dicen son fusionados. El anillo B se presenta como dos sustituyentes sobre al anillo A y viceversa. Según sus conocimientos, la conexión de los anillos A/B es cis o trans? b) Los grupos metilos (denominados angulares) en los esteroides están frecuentemente ubicados en las posiciones 10 y 13. Colóquelos en la estructura de la derecha e indique si cada uno es ecuatorial o axial. c) Las posiciones “cabeza de puente” son los carbonos terciarios que unen dos anillos. Ubique los hidrógenos faltantes de los carbonos “cabeza de puente” en la estructura de la derecha, donde estos sean necesarios.

d) Muchos esteroides poseen un grupo ecuatorial OH en la posición 3. Ubíquelo en la estructura de la derecha y diga cuál es la fórmula molecular del esteroide ahora construido. (Recuerde incluir en la estructura los metilos y OH agregados). 12. a) Cuál de los siguientes puntos marcados en el diagrama de energía de una reacción cualquiera, corresponde al estado de transición de la etapa de terminante de la velocidad de una reacción? (Seleccione solo una)

b) Cuál de las estructuras siguientes mejor representa el estado de transición para la reacción del ion hidróxido con el Yoduro de Metilo?

13. Escriba un mecanismo completo para la reacción de cloración vía radicales libres del Tolueno usando calor o luz como catalizador. Muestre todos los pasos e indique las estructuras resonantes de los intermediarios involucrados.

Respuestas. 1. a) No; b) Si; c) Si; d) No 2. a) Para el etanol tenemos: CH3CH2OH ácido débil

 CH3CH2Obase fuerte

+

 NH3 + base débil

H+

H+

pKa = 16

Para el ion amonio tenemos: NH4+ ácido fuerte

pKa = 10

b) Al mezclar ambos compuestos es claro que el amonio actúa como ácido y el etanol como base, así: NH4+ +

CH3CH2O-

 NH3

+

3. a) la ecuación de disociaón del ácdio sera:

CH3CH2OH

b) La expression de Ka es:.

c) Dado que el HCl, electrolito fuerte, es mucho más ácido que CH3OH2+, tenemos la siguiente reacción:

Vale decir que el CH3OH2+ es un ácido más fuerte que el H3O+. 4. a) Más / Medio / Menos; b) Medio / Más / Menos;

c) Medio / Menos / Más;

d) Más / Medio / Menos;

f) Menos / Medio / Más

e) Menos / Más / Medio;

5. a) HCl + NH3 <===> NH4+ + Cl- (a la derecha) b) H2O + (CH3)3CO- K+ <===> KOH + (CH3)3COH (a la derecha) c) C6H5OH + H2O <===> H3O+ + C6H5O- (a la izquierda) 6. a) Dado que el grupo nitro es grupo fuertemente electrón atractor, favorece la acidez debido a que estabiliza el anión resultante de la deslcalización resonante de los electrones generados cuando el –OH fenólico pierde el protón ácido, así:

b) El p-nitrofenol es un ácido más fuerte ya que en los sitios orto y para, se da la mayor deslocalización de carga negativa resonante, mientras que en la posición meta, la estabilización será un efecto inductivo de campo menos estabilizante que la acción resonante directa. 7. a) Una proyección de Newman para la conformación anti del 1-bromopropano

b) Una proyección de Fischer para el 2,3-butanodiol (En este caso, y como se verá más adelante, se representa el compuesto meso). Otras opciones son también posibles.

c) La mejor forma resonante de la base conjugada del fenol

d) La estructura del bencil isobutil eter

e) La estructura del (Z)-1-fenil-1,3-butadieno

8. a) trans-1-bromo-4-metilciclohexano. (Ambos en conformación de silla).

b) cis-1-bromo-4-metilciclohexano. (Ambos en conformación de silla).

c) La estructura mostrada a continuación corresponde a una de las situaciones anteriores, A, B, C, o D. Cuál de ellas es?

d) Escriba la correspondiente proyección de Newman para la otra conformación en silla del anterior compuesto.

C

D

9.

10. a) Los nombres de los siete (7) isómeros posibles son: 1,1-dimetilciclohexano cis-1,2-dimetilciclohexano trans-1,2- dimetilciclohexano cis-1,3- dimetilciclohexano trans-1,3- dimetilciclohexano cis-1,4- dimetilciclohexano trans-1,4- dimetilciclohexano b) Isómeros conformacionales en forma de silla de igual energía: 1,1- dimetilciclohexano cis-1,2- dimetilciclohexano trans-1,3- dimetilciclohexano cis-1,4- dimetilciclohexano c) trans-1,4-dimetilciclohexano

11. a) La conexión de los anillos A/B es trans b) Los grupos metilos son ambos axiales. c)

d) Fórmula molecular del esteroide: C19 H32 O. 12. a) C; b) B.

13.