Problema resuelto de Química: Reacciones orgánicasSelectividad (PAU) · Comunitat Valenciana 2019 · Junio · Opción B

a) Bromoetano + amoníaco: sustitución

El nitrógeno del $\text{NH}_3$, con su par de electrones libre, ataca al carbono unido al bromo y lo sustituye; sale bromuro de hidrógeno:$$\text{CH}_3{-}\text{CH}_2\text{Br} + \text{NH}_3 \longrightarrow \text{CH}_3{-}\text{CH}_2{-}\text{NH}_2 + \text{HBr}$$Se forma etilamina (etanamina). Reacción de sustitución (nucleófila).

b) 2-metil-2-pentanol con $\text{H}_2\text{SO}_4$ y calor: eliminación

El alcohol es $\text{CH}_3{-}\text{C}(\text{CH}_3)(\text{OH}){-}\text{CH}_2{-}\text{CH}_2{-}\text{CH}_3$. El ácido sulfúrico en caliente le quita el $-\text{OH}$ y un hidrógeno de un carbono vecino, y se forma un doble enlace (deshidratación).

El C2 tiene tres carbonos vecinos con hidrógenos: los dos metilos (C1 y el sustituyente, equivalentes) y el C3. Según la regla de Saytzeff, el producto mayoritario es el alqueno más sustituido, el que pierde el H del carbono con menos hidrógenos (el C3):$$\text{CH}_3{-}\text{C}(\text{CH}_3)(\text{OH}){-}\text{CH}_2{-}\text{CH}_2{-}\text{CH}_3 \xrightarrow{\text{H}_2\text{SO}_4,\ \text{calor}} \text{CH}_3{-}\text{C}(\text{CH}_3){=}\text{CH}{-}\text{CH}_2{-}\text{CH}_3 + \text{H}_2\text{O}$$Se forma 2-metil-2-penteno (2-metilpent-2-eno); en menor proporción, 2-metil-1-penteno, $\text{CH}_2{=}\text{C}(\text{CH}_3){-}\text{CH}_2{-}\text{CH}_2{-}\text{CH}_3$. Reacción de eliminación (deshidratación).

c) Benceno + cloro con catalizador: sustitución electrófila aromática

El catalizador (un ácido de Lewis como el $\text{FeCl}_3$) polariza la molécula de $\text{Cl}_2$; el cloro sustituye a un hidrógeno del anillo, que conserva su aromaticidad:$$\text{C}_6\text{H}_6 + \text{Cl}_2 \xrightarrow{\text{FeCl}_3} \text{C}_6\text{H}_5\text{Cl} + \text{HCl}$$Se forma clorobenceno. Reacción de sustitución (electrófila aromática).

d) Pentanal con permanganato: oxidación

El permanganato es un oxidante fuerte: oxida el grupo aldehído a grupo carboxilo.$$\text{CH}_3{-}\text{CH}_2{-}\text{CH}_2{-}\text{CH}_2{-}\text{CHO} \xrightarrow{\text{MnO}_4^-} \text{CH}_3{-}\text{CH}_2{-}\text{CH}_2{-}\text{CH}_2{-}\text{COOH}$$Se forma ácido pentanoico. Reacción de oxidación (redox: el carbono del grupo funcional pasa de número de oxidación $+1$ a $+3$).

e) Cloroetano + $\text{OH}^-$: sustitución

El ion hidróxido ataca al carbono unido al cloro y lo sustituye; sale el ion cloruro:$$\text{CH}_3{-}\text{CH}_2\text{Cl} + \text{OH}^- \longrightarrow \text{CH}_3{-}\text{CH}_2\text{OH} + \text{Cl}^-$$Se forma etanol. Reacción de sustitución (nucleófila). (Con una base fuerte en medio alcohólico y en caliente competiría la eliminación, que daría eteno, pero con $\text{OH}^-$ en disolución acuosa la reacción habitual es la sustitución.)