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• Walter David Morales

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PUNTOS CORRECTOS

NOTA ☺

INSTITUTO TECNOLÓGICO DE COSTA RICA ESCUELA DE QUÍMICA QU-2407 FUNDAMENTOS DE QUÍMICA ORGÁNICA I EXAMEN PARCIAL II SEMESTRE 2008 Lunes 22 de Setiembre de 2008 12:30 p.m. NOMBRE__________________________________________________ CARNÉ______________ PROFESOR(A) DEL CURSO___________________________________ GRUPO______________ INSTRUCCIONES ACERCA DEL EXAMEN: El propósito de este examen es evaluar el dominio del estudiante en los siguientes Tema 1: Introducción a la Química Orgánica y nomenclatura orgánica Tema 2: Isomería en compuestos orgánicos 1. El examen consta de 12 páginas incluyendo esta portada. NO las despegue. 2. Consta de 110 puntos, distribuidos en: PARTE I: DESARROLLO (6 páginas) 50 % (60 PUNTOS) PARTE II NOMENCLATURA (3 páginas) 50 % (50 PUNTOS)

3. 4. 5. 6.

7. 8. 9. 10.

Lea con atención y siga las instrucciones de cada parte ya que la calificación se hace con base en las instrucciones indicadas. Detrás de esta portada encontrará: la Tabla Periódica de los Elementos según Gil Chaverri y la de IUPAC. Debe usar bolígrafo en sus respuestas. Si usa lápiz o corrector no puede reclamar la calificación. Es totalmente prohibido el préstamo o intercambio de materiales durante el examen. Es totalmente prohibido el uso de CELULAR durante el examen. Lea con cuidado cada pregunta y asegúrese que su examen esté completo. Tiene 2 horas para resolverlo. La nota del examen corresponde a los puntos correctos.

TABLA PERIÓDICA DE LOS ELEMENTOS 1

18

1 H 1,008 3 Li 6,941 11 Na 22,990 19 K 39,098 37 Rb 85,468 55 Cs 132,91 87 Fr [223]

*

2

13

4 5 Be B 9,012 10,812 12 13 Mg Al 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 24,305 26,982 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga 40,078 44,956 47,867 50,942 51,996 54,938 55,845 58,933 58,693 63,546 65,392 69,723 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In 87,621 88,906 91,224 92,906 95,941 [98] 101,07 102,91 106,42 107,87 112,41 114,82 56 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 57-71 Ba * Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl 137,33 178,49 180,95 183,84 186,21 190,23 192,22 195,08 196,97 200,59 204,38 8988 104 105 106 107 108 109 110 111 112 103 Ra Rf Db Sg Bh Hs Mt ? ? ? # [226] [261] [262] [263] [262] [265] [266] [269] [272] [269] 57 58 59 60 La Ce Pr Nd 138,91 140,12 140,91 144,24

Serie Lantánida

61 Pm [145]

14

15

16

17

6 C 12,011 14 Si 28,086 32 Ge 72,612 50 Sn 118,71 82 Pb 207,21

7 N 14,007 15 P 30,974 33 As 74,922 51 Sb 121,76 83 Bi 208,98

8 O 15,999 16 S 32,067 34 Se 78,963 52 Te 127,60 84 Po [209]

9 F 18,998 17 Cl 35,453 35 Br 79,904 53 I 126,90 85 At [210]

114 ?

116 ?

2 He 4,003 10 Ne 20,180 18 Ar 39,948 36 Kr 83,801 54 Xe 131,29 86 Rn [222] 118 ?

62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu 150,36 151,96 157,25 158,93 162,50 164,93 167,26 168,93 173,04 174,97

89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 Ac Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr [227] 232,04 231,04 238,03 [237] [244] [243] [247] [247] [251] [252] [257] [258] [259] [262] Con base en: IUPAC Nomenclature of Inorganic Chemistry, Recommendations 1990. http://www.chem.qmw.ac.uk/iupac/AtWt/table.html Masas atómicas de: IUPAC Commission on Atomic Weights and Isotopic Abundances, Pure Appl. Chem., 68, 2339-2359 (1996); 69, 2471-2473 (1997). #

Serie Actínida

I PARTE

DESARROLLO

Su respuesta debe incluir lo indicado en la pregunta y estar escrita en forma legible. SOLO se calificará lo que está dentro del espacio asignado. Valor total 60 puntos. Proponga una estructura de Lewis que cumpla con las siguientes características (3 puntos) 1. Fórmula molecular H8C5NOCl 2. Estructura cíclica 3. Solamente un átomo de carbono con geometría triangular planar 4. El nitrógeno presente un ángulo de enlace de aproximadamente 109º Muestre el cálculo de índice de instauración Indice de

Estructura de Lewis

insaturación H O H N C C C H H HC C H H Cl H

5+1-4= 2

De las siguientes estructuras, encierre en un círculo la letra de cuales considera son moléculas orgánicas, justifique el razonamiento para cada una (2 puntos). Cl HS

NH

N N

N H

I

O

S

H C C

A

Cl

O Na

HN

C C

B

Justificación: A tiene enlace C-H B posee enlace C-H y C-C C posee enlace C-C

H N S N H

C

0,25 por cada círculo 0,417 por cada explicación

Se llevó a cabo una reacción química y se presume existen los siguientes 4 compuestos isoméricos: HS H

O O

A

SH OH O

B

HS H

O

C

O

HS

OH

D

O

ya que se obtuvieron fracciones con las siguientes temperaturas de ebullición:

195 ºC D

185 ºC

B

165 ºC

A

160 ºC

C

0,2

5 Asocie la letra del compuesto con su correspondiente temperatura de ebullición, solo hay un compuesto que no posee actividad óptica, identifique cuál es?, justifique las respuestas para cada uno. (5 puntos). D no posee actividad óptica no hay carbonos asimétricos, los demás si poseen al menos uno D forma PH, lineal

2 puntos 2 puntos 0,5/ cada explicación

B forma PH pero mas ramificado que D A no forma PH pero no es tan ramificado como C que tampoco forma PH tipo de fuerzas dp-dp

Complete el siguiente cuadro referente a la representación de compuestos orgánicos (5 puntos) Buena o mala Fórmula

Fórmula desarrollada

Fórmula semidesarrollada

Fórmula esqueleto

CH3 O C C H2C CH H H2C CH O C CH C H3C C CH CH3 O

O

molecular H H C O C C H C C C H C H H O C C C C C C C H O H H H H

C14H18O3

H

0,5 pto

H H H H H H

H H H C C

0,5 pto

H H C

H

C

H

C

H

C

N

H H

C

H H

H

H C C

H H H

C

H H

H C

C

H H

H

(CH2)3

H

H

C

H C

H

O

Gyrinal Compuesto antiséptico producido por un insecto, tóxico a peces y mamíferos

H H C

O

1 punto

1 punto C17H35N

H

H

H

C

H

C

H H

H

H3C CH NH CH (CH2)10CH3 Undecilpiperidina componente del veneno de las hormigas de fuego, conocidas por el ardor que produce su picadura.

N H

1 punto

1 punto Dibuje una molécula orgánica con los grupos funcionales que están presentes en cada una de las siguientes situaciones propuestas, puede unir los grupos funcionales con cualquier cadena alquílica saturada abierta o cíclica (R) e indique el nombre del grupo funcional como corresponde. (7 puntos) Estructura del Nombre del grupo funcional Estructura propuesta grupo funcional Ester 0,7 0,7 puntos O OR

R

R N

Amina 2

H

0,7

R

Cloro fenol 0,7 OH Cl O R

1

Anhídrido 0,7

O O

R

2

Estructura del Nombre del grupo funcional grupo funcional Amida 2 0,7 2 R

NH R

1

Estructura propuesta 0,7

O R

Nitrilo 0,7

N

Acido carboxilico 0,7

O R

HO R

Tiol 0,7

SH

Marque con un asterisco(*) los carbonos donde corresponda la asignación de estereoquímica R o S y asígnela. Encierre en un círculo los enlaces donde presente geometría E-Z, la clasificación debe hacerla de acuerdo con las reglas Cahn-Ingold-Prelog. Justifique cada caso ( 3 puntos). Para el doble enlace 0,5 por circular doble enlace 0,5 por cada prioridad total 1,5 Para el C asimétrico 0,5 por * y 0,25 por la signación de prioridades total 1,5 H2N H

N

1

1

4

S x

3

E

SH

2 HO

2

Clasifique los siguientes compuestos como ácidos, bases o neutros. Indique el(los) producto(s) cuando se ponen en contacto con agua o con HCl(ac). (5 puntos) Compuesto O

O

HO

Clasificació

Productos con agua

n Base 0,5

0,45/producto

0,45/producto

total0.9pto

total 0.9 pto

N

Productos con HCl(ac)

O O

O

HO

O HS

O

+

-

OH

HO

Neutro 0,5

NR 0,27

NR 0,27

Base 0,5

0,5/producto

NR 0,27

NH2

OH

total 0.9pto

HO

+H N

O

+H

N

+

Cl-

OH

O-

+

H3O+

Clasifique los siguientes pares de compuestos como: isómeros de cadena, de posición, de grupo funcional, isómeros geométricos E-Z, isómeros geométricos cistrans, enantiómeros, diasterómeros, compuesto meso, confórmeros o mismo compuesto (5 puntos) 1 punto cada una N

el mismo N O

O

H

E/Z

H

OH HO

HO

O HO

O

O

OH

H

H

OH

OH

OH O

O

HO

enantiomero

HO

O

O

OH

O

OH OH

diastereomero

OH

OH OH HS SH

conformero

Complete el siguiente cuadro con la proyección de Fischer o la estructura zig-zag correspondiente. (10 puntos) OJO no hay que dar la configuración 3.33 c/u 1 pto si da el enantiómero Estructura Zig-zag

Proyección de Fischer

O

O Br

Br S H CH2 R H NH2 S H OH

OH R H

S H

S NH2

H

O

HS H R R OH R HO H H2N H

HN H R H2N

O HO H R H SH R H NH2 R OH

OCH3 Cl R

S Cl

HO

S

NH NH2 H

Hacer las proyecciones de Newman para los átomos de carbono 2,3 y relacionar los niveles de energía con el ángulo de rotación de la siguiente estructura.(10 puntos HO I H

I

H

3

2

OH

Proyección de Newman E

Angulo de rotación 0º

2,5 puntos la curva

Proyección de Newman 1,5 puntos

Angulo de rotación 120º

1,5 puntos H

HO I H

I

I OH

Nombre 60 0 alterna 0,375 pto

I

HO HO 120

H

H

300 Nombre240 gauche 0,375

180

360

pto

1,5 puntos

Angulo de rotación  1,5 puntos 180º

300°

HO

H

HO

I

HO

OH I

I HI

H H

El mentol es un alcohol producido por planta del género Mentha. Sp . Los siguientes compuestos son dos estereoisómeros posibles para el mentol. Sin embargo, los extractos naturales de menta sólo presentan el isómero más estable. Indique cuál (α o β ) es el mentol producido naturalmente por la menta comparando la estabilidad de sus confórmeros y justifique. (5 puntos) α-Mentol

β-mentol

OH

OH Confórmero silla más estable

OH

e,e,e 0,75 ptos

Confórmero silla menos estable

Confórmero silla más estable

Confórmero silla menos estable

HO HO

a,a,a 0,75 ptos

e,a,e

0,75 ptos

OH

a, e,a 0,75 ptos

El isómero α-Mentol (1 pto) es el producido naturalmente porque es mas estable al tener a todos los sustituyentes diferentes a hidrógeno en posición ecuatorial lo que produce una menor interacción 1,3 axial-axial (1 pto)

Nomenclatura Nombre:__________________________________________Puntos:_______________ Asigne el nombre IUPAC o la estructura esqueleto correspondiente según sea el caso, recuerde asignar la geometría y la estereoquímica (50 puntos, 5 puntos c/una) Estructura Nombre IUPAC 1-etil-3-(1-etilbutil)-4-(2-metilpropil)-2propilciclohexano 1 pto cadena principal (ciclohexano) 1 pto numeración 1pto orden alfabetico 0,5 cada sustituyente Cl OH Acido (3Z,5E)-4-cloroocta-3,5-dienoico

O

1,5 pto cadena de 8C con Ac carboxílico 0,75 pto cada geometría de doble enlace 0,5 pto posición de cada doble enlace(1 pto) 1 pto el cloro en la posición correcta 2-ciclopentil-5-hexin-3-ol 2 pto cadena principal y GF (hex y terminación ol) 1 pto posición del triple enlace 5-hexin 1 punto por la posición del alcohol 3-ol 1 punto por el sustituyente en la posición correcto HO O

O

O

Br

Br

1,3-di(4-bromofenil)propano-1,2,3-triona

3 ptos la cadena de 3C con 3 carbonilos 0,5 cada sustituyente fenilo 0,5 cada bromo sustituyente en la posición 4 SH O NH2 O

[4-etoxi-5-(2-metilpropil)ciclohex-2-enil]metantiol 1pto metantiol cadena principal 1ptos por ciclohex-2enil (0,5 pto si no menciona C=C) 0.5 pto etoxi en posición correcta 0,5 pto isobutil o 2-metilpropil 1 pto numeración 1 pto orden alfabético 1 pto cadena de 7 con la amina en carbono 1 1 pto metil en carbono 6 1 pto metoxi en carbono 4 1 pto ciclopentil en carbono 4 1 pto configuración R (4R)-4-ciclopentil-6-metil-4-metoxiheptan-1-amina

O

O

anhidrido 3-metilbutanoico pentanoico 1pto grupo funcional principal 1,5 puntos cada cadena (3 puntos) 1 punto orden alfabético

O

4-[(1-cloroetil)sulfanil]pentanoato de prop-2-enilo

N C HO

(2S,3S,4S)-4-hidroxi-2-metil-6-oxo-3-propilheptannitrilo 1pto cadena principal com nitrilo (heptannitrilo) 0,25 cada sustituyente (1ptos) 0,75 pto numeración 0,75 pto orden alfabético 0,5 cada configuración (1,5 ptos)

O H O

O

OH N

N-etil-N-[2-(2-hidroxietoxi)etil]benzamida

2 punto por el sistema benzamida 1 punto por el N-etil 2 puntos por N-[2-(2-hidroxietoxi)etil]

Opcional 9-(4-hidroxi-1-(3-hidroxi-1-(sulfanilmetil)propil)-2-(sulfanilmetil)butil)-2,4-dimetil-ciclododec-6,12-dien-1,5-diol

OH HO

HS

HO

SH

OH

1 pto ciclododec-6,12-dien-1,5-diol 3 puntos por el sustituyente grande 1 pto 2,4 dimetil

Cuadro 1. Prioridad de los grupos funcionales más comunes Prioridad Grupo funcional Estructura R2 alcanos H C

H

19

C

Alquenos

17

Alquinos

_____il(o)

_____ano

H

R

X

Halo____

X= F, Cl, Br, I

R

18

Sufijo

H

R1

Halogenuros de alquilo

Prefijo

R C

C R

R

C

R

C

R

______enil(o)

______eno

_______inil(o)

______ino

fenil bencil(R=C)

____benceno

_____sulfanil _____oxi

___il___iltioéter*

_____amino

_____amina

_____sulfanil

_____tiol

hidroxifenil

___fenol

hidroxi

_____ol

oxo

____ona

oxo

____al

ciano

_____nitrilo

carbomoil

____amida

Haloformil

Haluro de ____oilo

___ilcarboxil

____oato de ____ilo

R

16

Aromáticos

15 14

Tioéteres

R-S-R

Ëteres

R-O-R

___il___iléter*

N

13

Aminas

12

Tioles

R1

R2

R2

R-S-H O

11

Fenoles

10

Alcoholes

H

R-O-H O

9

Cetonas

R2

R1

O

8

Aldehídos

7

Nitrilos

H

R1

C

R

N

O

6

Amidas

5

Halogenuros de ácido(o acilo)

R1 N

R1

R2

O X

R1 O

4

Esteres

R O

R1 O

3

Sales de ácido

2

Anhidridos

O-Metal

R1 O

1

Anhídrido ___oico___oico

R2

O

Acido Carboxílico R1

*Corresponde a nomenclatura radico

O O

R1

____oato de metal

+

OH

Carboxi

Acido ___oico