QuímicaDifícil2,5 pts

Reacciones orgánicas

También trata: Isomería · Entropía y espontaneidad

Comunidad de Madrid · 2026 · Julio

Enunciado

Responda a las siguientes cuestiones:

a) (0,5 puntos) Nombre los siguientes compuestos y escriba su fórmula molecular. Justifique si son isómeros y, en su caso, el tipo de isomería que presentan:

\text{CH}_2\text{Br}\!-\!\text{CH}_2\!-\!\text{COO}\!-\!\text{CH}_2\!-\!\text{CH}_3

\text{CH}_3\!-\!(\text{CH}_2)_2\!-\!\text{CHBr}\!-\!\text{COOH}

.

b) (1 punto) Complete las siguientes reacciones, formule y nombre todos los compuestos orgánicos indicando el producto mayoritario cuando proceda, y especifique la regla que sigue y el tipo de reacción:

i)

\text{propeno} + \text{HBr} \longrightarrow

ii)

\text{CH}_3\!-\!\text{CH}(\text{CH}_3)\!-\!\text{CHOH}\!-\!\text{CH}_3 + \text{KMnO}_4\ (\text{oxidante}) \longrightarrow

c) (1 punto) Formule y ajuste la reacción de hidrogenación del cis-pent-2-eno. Realice los cálculos necesarios para determinar si esta reacción es endotérmica o exotérmica a 298 K y 1 atm, a partir de los valores termodinámicos de la reacción, obtenidos en las mismas condiciones experimentales:

\Delta S_r^\circ = -126{,}0\ \text{J}\cdot\text{K}^{-1}\cdot\text{mol}^{-1}

\Delta G_r^\circ = -77{,}8\ \text{kJ}\cdot\text{mol}^{-1}

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Resultado

a) 3-bromopropanoato de etilo y ácido 2-bromopentanoico, los dos $\text{C}_5\text{H}_9\text{BrO}_2$ : isómeros de función (éster y ácido).
b) i) Adición (Markovnikov): 2-bromopropano (mayoritario) y 1-bromopropano (minoritario). ii) Oxidación: 3-metilbutan-2-ol → 3-metilbutan-2-ona.
c) $\textit{cis}\text{-pent-2-eno} + \text{H}_2 \rightarrow \text{pentano}$ ; $\Delta H^\circ = -115{,}3\ \text{kJ}\cdot\text{mol}^{-1}$ : exotérmica.

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Estrategia

a) Se nombra cada compuesto por su grupo principal (un éster y un ácido carboxílico), se cuentan átomos y se comparan las fórmulas moleculares. Si coinciden y cambia el grupo funcional, son isómeros de función.
b) i) Alqueno + HX: adición electrófila. Como el propeno no es simétrico, la regla de Markovnikov dice cuál es el producto mayoritario.
b) ii) Un alcohol secundario se oxida a cetona (y ahí se para).
c) Hidrogenación: alqueno + $\text{H}_2$ → alcano. Para saber si es exotérmica hace falta $\Delta H$ , que se despeja de $\Delta G = \Delta H - T\,\Delta S$ , con cuidado de pasar $\Delta S$ a kJ.

Desarrollo

a) Nombres, fórmulas moleculares e isomería.

Compuesto	Nombre	Grupo funcional	Fórmula molecular
$\text{CH}_2\text{Br}\!-\!\text{CH}_2\!-\!\text{COO}\!-\!\text{CH}_2\!-\!\text{CH}_3$	3-bromopropanoato de etilo	Éster	$\text{C}_5\text{H}_9\text{BrO}_2$
$\text{CH}_3\!-\!(\text{CH}_2)_2\!-\!\text{CHBr}\!-\!\text{COOH}$	ácido 2-bromopentanoico	Ácido carboxílico	$\text{C}_5\text{H}_9\text{BrO}_2$

En el éster, la parte que lleva el $\text{C}{\mkern2mu=\mkern2mu}\text{O}$ tiene tres carbonos ( $\text{CH}_2\text{Br}\!-\!\text{CH}_2\!-\!\text{CO}-$ ) y da el nombre del ácido de procedencia, propanoato, con el Br en el carbono 3 (el C1 es el del grupo $-\text{COO}-$ ); la parte unida al oxígeno es el radical etilo.
En el ácido, la cadena principal tiene cinco carbonos y se numera desde el $-\text{COOH}$ (C1), así que el Br queda en el carbono 2.
Recuento: 5 C (3 + 2 en el éster; 5 en la cadena del ácido), 9 H y, en los dos, 1 Br y 2 O.

Son isómeros: tienen la misma fórmula molecular,

\text{C}_5\text{H}_9\text{BrO}_2

, pero distinta estructura. Como pertenecen a funciones distintas (éster y ácido carboxílico), son isómeros de función.

(Además, el ácido 2-bromopentanoico tiene un carbono asimétrico, el C2, unido a H, Br,

-\text{COOH}

-\text{CH}_2\text{CH}_2\text{CH}_3

: existe en dos formas enantiómeras. Esa isomería óptica es del ácido consigo mismo, no entre los dos compuestos del enunciado.)

b) Reacciones.

i) Propeno + HBr: adición electrófila (regla de Markovnikov). El H y el Br se añaden a los dos carbonos del doble enlace. Según la regla de Markovnikov, el hidrógeno va al carbono del doble enlace que tiene más hidrógenos (el

\text{CH}_2

terminal) y el bromo al más sustituido (el carbono central):

\underset{\text{propeno}}{\text{CH}_2{\mkern2mu=\mkern2mu}\text{CH}\!-\!\text{CH}_3} + \text{HBr} \longrightarrow \underset{\text{2-bromopropano (mayoritario)}}{\text{CH}_3\!-\!\text{CHBr}\!-\!\text{CH}_3} \;+\; \underset{\text{1-bromopropano (minoritario)}}{\text{CH}_2\text{Br}\!-\!\text{CH}_2\!-\!\text{CH}_3}

El mayoritario es el 2-bromopropano: pasa por el carbocatión secundario, más estable que el primario.

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ii) 3-Metilbutan-2-ol + $\text{KMnO}_4$ : oxidación. El compuesto de partida tiene el

-\text{OH}

en el carbono 2 de una cadena de cuatro carbonos con un metilo en el 3: es el 3-metilbutan-2-ol, un alcohol secundario (el carbono del

-\text{OH}

está unido a otros dos carbonos). Con un oxidante como el permanganato, un alcohol secundario se oxida a cetona:

\underset{\text{3-metilbutan-2-ol}}{\text{CH}_3\!-\!\text{CH}(\text{CH}_3)\!-\!\text{CHOH}\!-\!\text{CH}_3} \xrightarrow{\text{KMnO}_4} \underset{\text{3-metilbutan-2-ona}}{\text{CH}_3\!-\!\text{CH}(\text{CH}_3)\!-\!\text{CO}\!-\!\text{CH}_3}

El producto es la 3-metilbutan-2-ona (también 3-metilbutanona). La oxidación no sigue: para pasar a ácido habría que romper un enlace C–C. Aquí no hay regla de orientación ni producto minoritario: solo se forma un compuesto.

*c) Hidrogenación del cis-pent-2-eno.

El cis-pent-2-eno tiene los dos grupos alquilo ( $-\text{CH}_3$ y $-\text{CH}_2\text{CH}_3$ ) al mismo lado del doble enlace: $\begin{array}{ccccc} \text{H}_3\text{C} & & & & \text{CH}_2\!-\!\text{CH}_3 \\ & \diagdown & & \diagup & \\ & & \text{C}{\mkern2mu=\mkern2mu}\text{C} & & \\ & \diagup & & \diagdown & \\ \text{H} & & & & \text{H} \end{array}$ Con hidrógeno y un catalizador metálico (Ni, Pt o Pd), el doble enlace se satura y se obtiene el alcano: $\textit{cis}\text{-}\text{CH}_3\!-\!\text{CH}{\mkern2mu=\mkern2mu}\text{CH}\!-\!\text{CH}_2\!-\!\text{CH}_3 + \text{H}_2 \xrightarrow{\text{Ni}} \underset{\text{pentano}}{\text{CH}_3\!-\!\text{CH}_2\!-\!\text{CH}_2\!-\!\text{CH}_2\!-\!\text{CH}_3}$ Ya está ajustada (1 : 1 : 1). Es una adición; al desaparecer el doble enlace, la isomería cis-trans se pierde (el trans*-pent-2-eno daría el mismo pentano).

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¿Endotérmica o exotérmica? Lo decide el signo de

\Delta H^\circ

, que se despeja de la ecuación de Gibbs. Antes,

\Delta S

en kJ:

-126{,}0\ \text{J}\cdot\text{K}^{-1}\cdot\text{mol}^{-1} = -0{,}1260\ \text{kJ}\cdot\text{K}^{-1}\cdot\text{mol}^{-1}

\Delta G^\circ = \Delta H^\circ - T\,\Delta S^\circ \;\Longrightarrow\; \Delta H^\circ = \Delta G^\circ + T\,\Delta S^\circ

\Delta H^\circ = -77{,}8 + 298\cdot(-0{,}1260) = -77{,}8 - 37{,}5 = -115{,}3\ \text{kJ}\cdot\text{mol}^{-1}

Como

\Delta H^\circ < 0

, la reacción es exotérmica: desprende 115,3 kJ por mol de pent-2-eno hidrogenado. Tiene sentido: se rompen un enlace π C=C y un enlace H–H y se forman dos enlaces C–H, más fuertes en conjunto. El

\Delta S

negativo también es razonable: dos moléculas de gas pasan a ser una.

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Consejo

En b) se piden cuatro cosas en cada reacción: fórmulas, nombres, tipo de reacción y regla. En la oxidación del alcohol secundario no hay regla que aplicar: dilo, y di que la cetona ya no se oxida más.

En c) el error típico es sumar julios y kilojulios: $298\cdot(-126{,}0) = -37\,548$ J, que son $-37{,}5$ kJ. Si te sale un $\Delta H$ de miles de kilojulios, revisa las unidades.