QuímicaMedioCuestión · 3 pts

Isomería

También trata: Formulación y nomenclatura orgánica · Reacciones orgánicas · Enlace químico y geometría molecular

Castilla-La Mancha · 2018 · Julio · Opción A

Enunciado

Sea el ácido 2-cloropropanoico.

a) (0,5 p) Escribe su fórmula semidesarrollada.

b) (1 p) Indica la hibridación que presentan los átomos de carbono de su molécula. ¿Existe algún enlace

\pi

en la misma?

c) (1 p) ¿Es ópticamente activo? En su caso, ¿cuántos isómeros ópticos tiene?

d) (0,5 p) Escribe la reacción de dicho ácido con el etanol y nombra el producto orgánico que se obtiene.

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Resultado

a) $\text{CH}_3-\text{CHCl}-\text{COOH}$
b) C1 ( $\text{COOH}$ ) $sp^2$ ; C2 y C3 $sp^3$ . Sí: un enlace $\pi$ en el $\text{C}=\text{O}$ .
c) Sí: el C2 es asimétrico; tiene 2 isómeros ópticos (enantiómeros R y S).
d) Esterificación: $\text{CH}_3\text{CHClCOOH} + \text{CH}_3\text{CH}_2\text{OH} \rightleftharpoons \text{CH}_3\text{CHClCOOCH}_2\text{CH}_3 + \text{H}_2\text{O}$ ; 2-cloropropanoato de etilo.

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Estrategia

Todo parte de escribir bien la molécula. «Propanoico» es una cadena de tres carbonos con un grupo carboxilo (

-\text{COOH}

), cuyo carbono es el C1; «2-cloro» pone un cloro en el carbono siguiente.

Con la fórmula delante:

La hibridación se deduce contando las zonas de densidad electrónica de cada carbono: cuatro enlaces sencillos → $sp^3$ ; un doble enlace → $sp^2$ . Cada doble enlace contiene un enlace $\pi$ .
Para la actividad óptica buscamos un carbono asimétrico (quiral): unido a cuatro grupos distintos. Con un único carbono asimétrico hay dos isómeros ópticos (enantiómeros).
Un ácido carboxílico con un alcohol da una esterificación: éster + agua.

Desarrollo

a) Fórmula semidesarrollada.

\overset{3}{\text{CH}_3}-\overset{2}{\text{CHCl}}-\overset{1}{\text{COOH}}

b) Hibridación de los carbonos y enlaces $\pi$ .

Desarrollando el grupo carboxilo:

\text{CH}_3-\text{CHCl}-\overset{\displaystyle \text{O}}{\overset{\|}{\text{C}}}-\text{OH}

Carbono	Enlaces que forma	Hibridación
C1 ( $-\text{COOH}$ )	un doble enlace $\text{C}=\text{O}$ y dos sencillos ( $\text{C}-\text{OH}$ y $\text{C}-\text{C}$ ): tres zonas de densidad electrónica, trigonal plana	$sp^2$
C2 ( $-\text{CHCl}-$ )	cuatro enlaces sencillos ( $\text{C}-\text{H}$ , $\text{C}-\text{Cl}$ y dos $\text{C}-\text{C}$ ): tetraédrico	$sp^3$
C3 ( $-\text{CH}_3$ )	cuatro enlaces sencillos (tres $\text{C}-\text{H}$ y un $\text{C}-\text{C}$ ): tetraédrico	$sp^3$

Sí hay un enlace $\pi$ : el del doble enlace

\text{C}=\text{O}

del grupo carboxilo. El doble enlace está formado por un enlace

\sigma

(solapamiento frontal de un híbrido

sp^2

del carbono con un orbital del oxígeno) y un enlace

\pi

(solapamiento lateral del orbital

p

sin hibridar del C1 con un orbital

p

del oxígeno). Todos los demás enlaces de la molécula son

\sigma

.

c) Actividad óptica.

El C2 está unido a cuatro sustituyentes distintos:

-\text{H}

-\text{Cl}

-\text{CH}_3

-\text{COOH}

. Es un carbono asimétrico (quiral, se suele marcar con un asterisco:

\text{CH}_3-\overset{*}{\text{C}}\text{HCl}-\text{COOH}

).

Por tanto la molécula no es superponible con su imagen especular y presenta isomería óptica: sí es ópticamente activa (cada isómero por separado desvía el plano de la luz polarizada). Con un solo carbono asimétrico hay

2^1 = 2

isómeros ópticos, una pareja de enantiómeros, que en proyección de Fischer son:

\begin{array}{c} \text{COOH} \\ | \\ \text{H}-\text{C}-\text{Cl} \\ | \\ \text{CH}_3 \end{array} \qquad\qquad \begin{array}{c} \text{COOH} \\ | \\ \text{Cl}-\text{C}-\text{H} \\ | \\ \text{CH}_3 \end{array}

el ácido (R)-2-cloropropanoico (izquierda) y el ácido (S)-2-cloropropanoico (derecha). Uno desvía el plano de la luz polarizada hacia la derecha (dextrógiro) y el otro, el mismo ángulo hacia la izquierda (levógiro). Una mezcla al 50 % de ambos (mezcla racémica) no tendría actividad óptica neta.

d) Reacción con etanol (esterificación).

El ácido carboxílico reacciona con el alcohol, en medio ácido y con calor, formando un éster y agua. Es una reacción de condensación reversible:

\text{CH}_3-\text{CHCl}-\text{COOH} + \text{HO}-\text{CH}_2-\text{CH}_3 \;\overset{\text{H}^+}{\rightleftharpoons}\; \text{CH}_3-\text{CHCl}-\text{COO}-\text{CH}_2-\text{CH}_3 + \text{H}_2\text{O}

El producto orgánico es el 2-cloropropanoato de etilo: la parte que viene del ácido se nombra con la terminación «-ato» (2-cloropropanoato) y la que viene del alcohol, como radical (etilo).

Consejo

No olvides el carbono del grupo carboxilo al hibridar: tiene un doble enlace $\text{C}=\text{O}$ y es $sp^2$ . Es el que «esconde» el enlace $\pi$ que pregunta el examen.

Para justificar la isomería óptica no basta con decir «tiene un carbono quiral»: nombra los cuatro sustituyentes distintos de ese carbono. Y en la esterificación escribe siempre el agua.