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• Ivone Reyes

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CAPÍTULO 1 | Estructura y enlaces

Problemas adicionales Configuraciones electrónicas 1.22 ¿Cuántos electrones de valencia tiene cada uno de los siguientes elementos traza de la dieta? (a) Zinc (b) Yodo (c) Silicio (d) Hierro 1.23 Proporcione la configuración electrónica de estado fundamental para cada uno de los siguientes elementos: (a) Potasio (b) Arsénico (c) Aluminio (d) Germanio

Estructuras electrón-punto y enlace-línea 1.24 ¿Cuáles son las fórmulas probables de las siguientes moléculas? (a) NH?OH (b) AlCl? (c) CF2Cl? (d) CH?O 1.25 ¿Por qué no pueden existir las siguientes moléculas con las fórmulas? (a) CH5 (b) C2H6N (c) C3H5Br2 1.26 Dibuje una estructura de electrón-punto para el acetonitrilo, C2H3N, el cual contiene un enlace triple carbono-nitrógeno. ¿Cuántos electrones tiene el átomo de nitrógeno en su capa externa? ¿Cuántos son de enlace y cuántos son de no enlace? 1.27 Dibuje una estructura de enlace-línea para el cloruro de vinilo, C2H3Cl, la materia prima para la fabricación del plástico PVC (cloruro de polivinilo). 1.28 Coloque los electrones de valencia no enlazados que faltan en las siguientes estructuras: (a)

H3C

S

S

CH3

(b)

(c)

O H3C

Disulfuro de dimetilo

C

O C

H3C

NH2

O–

Ion acetato

Acetamida

1.29 Convierta las siguientes estructuras de enlace-línea en fórmulas moleculares:

(a)

H H

H

C C

C

C

O

C C

C

CH3

(b)

O

C

H

C

N

C

H

O

O C

C

C

O

C

HO

OH

Vitamina C (ácido ascórbico)

Aspirina (ácido acetilsalicílico)

C

C

H

OH

H

(c) H

CH2OH

HO

C C

H H

(d)

H CH3

H C C H

Nicotina

N C C H

H

H H H

CH2OH

H HO

C

O

C

HO

C C

C

H

OH

Glucosa

H

H OH

Ejercicios 1.30 Convierta las siguientes fórmulas moleculares en estructuras de enlace-línea que sean consistentes con las reglas de valencia: (a) C3H8 (b) CH5N (c) C2H6O (2 posibilidades) (d) C3H7Br (2 posibilidades) (e) C2H4O (3 posibilidades) (f) C3H9N (4 posibilidades) 1.31 Dibuje una representación tridimensional del átomo de oxígeno que tiene al carbono en etanol, CH3CH2OH, utilizando la convención de las líneas continuas, de cuña y discontinuas. 1.32 El ácido oxaloacético, un intermediario importante en el metabolismo de los alimentos, tiene la fórmula C4H4O5 y contiene tres enlaces C O y dos enlaces O!H. Proponga dos posibles estructuras. 1.33 Dibuje estructuras para las siguientes moléculas, mostrando los pares solitarios: (a) Acrilonitrilo, C3H3N, que contiene un enlace doble carbono-carbono y un enlace triple carbono-nitrógeno (b) Etil metil éter, C3H8O, que contiene un átomo de oxígeno enlazado con dos carbonos (c) Butano, C4H10, que contiene una cadena de cuatro átomos de carbono (d) Ciclohexano, C6H10, que contiene un anillo de seis átomos de carbono y un enlace doble carbono-carbono 1.34 Metóxido de potasio, KOCH3, contiene enlaces covalente y iónico. ¿Cuál cree que es cuál?

Hibridación 1.35 ¿Cuál es el tipo de hibridación de cada átomo de carbono en el acetonitrilo (problema 1.26)? 1.36 ¿Qué tipo de hibridación espera para cada átomo de carbono en las siguientes moléculas? CH3

(b) 2-Metílpropeno,

(a) Propano, CH3CH2CH3

CH3C (c) 1-Buten-3-ino,

H2C

CH

C

(d) Ácido acético,

CH

CH2

O

CH3COH

1.37 ¿Cuál es la forma del benceno y cuál es la hibridación que espera para cada carbono?

H H

H C

C

C

C

C H

C H

H

Benceno

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CAPÍTULO 1 | Estructura y enlaces

1.38 ¿Cuáles son los ángulos de enlace que espera para cada una de las siguientes moléculas y qué clase de hibridación espera para el átomo central en cada una de ellas? O

(a) H2N

CH2

C

(b) H OH H

C C

N

C

C C

H

(c) CH3

OH

O

CH

C

OH

H

H Piridina

Glicina (un aminoácido)

Ácido láctico (en leche agria)

1.39 Proponga estructuras para moléculas que cumplan las siguientes descripciones: (a) Contiene dos carbonos sp2-hibridizados y tres carbonos sp3-hibridizados (b) Contiene sólo cuatro carbonos, todos son sp2-hibridizados (c) Contiene dos carbonos sp-hibridizados y dos carbonos sp2-hibridizados 1.40 ¿Qué tipo de hibridación espera para cada átomo de carbono en las siguientes moléculas? (a)

H H

H 2N

C C

C

C

O C C

H +

C

O

CH2 CH3

CH2 N CH2 CH3 CH2 Cl–

H

(b)

HO H

CH2OH C H

O C C

HO

C

O

C OH

H Procaína

Vitamina C (ácido ascórbico)

1.41 El fosfato de piridoxal, relativamente cercano a la vitamina B6, está involucrado en un gran número de reacciones metabólicas. Indique la hibridación y prediga los ángulos de enlace para cada átomo no terminal. O

C

HO

H3C

H

O O

N

P O–

O–

Fosfato de piridoxal

Ejercicios

Estructuras de esqueleto 1.42 Convierta las siguientes estructuras en representaciones de esqueleto: H

(a) H

H

C C

C

C

C

C

H

C

C

H

(b)

H H

H

N

Indol

H H H

H C

C C H

C

C

C

H

H H

H

H

H

(c)

C

C

H

1,3-Pentadieno

C

H

Cl

C

C

C

Cl

C

H

H

H

O

(d)

H

C

C C

H

H

O

1,2-Diclorociclopentano

Benzoquinona

1.43 Indique el número de hidrógenos unidos a cada uno de los átomos de carbono en las siguientes sustancias y dé la fórmula molecular de cada una: (a)

(b)

C

Br C

(c)

O

O

OH

N

1.44 La quetiapina, comercializada como Seroquel, es un medicamento fuertemente prescrito como antipsicótico utilizado en el tratamiento de la esquizofrenia y el desorden bipolar. Convierta la siguiente representación en una estructura de esqueleto y proporcione la fórmula molecular de la quetiapina. OCH2CH2OCH2CH2OH N

H2C H2C H H

C H

C C H

H

C

C

C

C

C

CH2

N

N

C

CH2

S

C

C C H

H

C H

Quetiapina (Seroquel)

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Ejercicios

Problemas adicionales Electronegatividad y momentos dipolares 2.24 Identifique al elemento más electronegativo en cada una de las siguientes moléculas: (a) CH2FCl (b) FCH2CH2CH2Br (c) HOCH2CH2NH2 (d) CH3OCH2Li 2.25 Utilice la tabla de electronegatividad dada en la figura 2.2 en la página 35 para predecir cuál de los enlaces en cada uno de los siguientes pares es más polar, e indicar la dirección de la polaridad del enlace para cada compuesto. (a) H3C " Cl o Cl " Cl (c) HO " CH3 o (CH3)3Si " CH3

(b) H3C " H o H " Cl (d) H3C " Li o Li " OH

2.26 ¿Cuál de las siguientes moléculas tiene un momento dipolar? Indique la dirección esperada en cada una. OH

(a)

OH

(b)

(c) HO

OH

OH

OH

(d)

HO

2.27 (a) La longitud del enlace H!Cl es de 136 pm, ¿cuál sería el momento dipolar de HCl si la molécula fuese 100 por ciento iónica, H1 Cl2? (b) El momento dipolar real del HCl es de 1.08 D. ¿Cuál es el carácter iónico porcentual del enlace H!Cl? 2.28 El fosgeno, Cl2C O, tiene un momento dipolar menor que el formaldehído, H2C O, aun cuando contiene átomos de cloro electronegativos en lugar del hidrógeno. Explique. 2.29 El fluorometano (CH3F, 1.81 D) tiene un momento dipolar menor que el clorometano (CH3Cl, 1.87 D), aun cuando el flúor es más electronegativo que el cloro. Explique. 2.30 El metanotiol, CH3SH, tiene un momento dipolar sustancial ( 1.52), aun cuando el carbono y el azufre tienen electronegatividades idénticas. Explique

Cargas formales 2.31 Calcule las cargas formales en los átomos mostrados en rojo. (a) (CH3)2OBF3

(b) H2C

N

(d) O

(e)

CH3

O

O

H2C

P

N

(c) H2C (f)

CH3

CH3

N O

▲ Problemas ligados a las Ideas clave en este capítulo.

N

N

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CAPÍTULO 2 | Enlaces covalentes polares: ácidos y bases

2.32 Asigne cargas formales a los átomos en cada una de las siguientes moléculas. (b) H3C

CH3

(a) H3C

N

N

N

(c) H3C

N

N

N

N

O

CH3

Resonancia 2.33 ¿Cuál de los siguientes pares de estructuras representan formas de resonancia? (a)

(b)

O

–

O

y

– y

(c)

O

–

(d)

O

O

–

O

– y

y –

2.34 ▲ Dibuje tantas estructuras de resonancia como pueda para las siguientes especies: (a) H 3C

–

(b)

O C

CH2–

S

+ CH2

H

(c) H2N

H

NH2 + C NH2

H (d) H3C

(e) H2C

CH

CH

CH

+ CH

CH3

2.35 El 1,3-ciclobutadieno es una molécula rectangular con dos enlaces dobles más cortos y dos enlaces sencillos más largos, ¿por qué las siguientes estructuras no representan formas de resonancia?

Ácidos y bases 2.36 Los alcoholes pueden reaccionar como ácidos débiles o como bases débiles, al igual que el agua. Muestre la reacción del metanol, CH3OH, con un ácido fuerte como el HCl y con una base fuerte como Na1 2NH2. 2.37 ▲ El hidrógeno O!H en el ácido acético es mucho más ácido que cualquiera de los hidrógenos C!H. Explique este resultado utilizando estructuras de resonancia. O H

C

C H

H

▲ Problemas ligados a las Ideas clave en este capítulo.

O

H

Ácido acético

Ejercicios 2.38 Dibuje estructuras electrón-punto para las siguientes moléculas, indicando cualquier par de electrones sin compartir. ¿Cuáles de los siguientes compuestos actúan como ácidos de Lewis y cuáles como bases de Lewis? (a) AlBr3 (d) HF

(b) CH3CH2NH2 (e) CH3SCH3

(c) BH3 (f) TiCl4

2.39 Escriba los productos de las siguientes reacciones ácido-base: (a) CH3OH 1 H2SO4 ^ ? (b) CH3OH 1 NaNH2 ^ ? (c) CH3NH3 1 Cl2 1 NaOH ^ ? 2.40 Clasifique las siguientes sustancias en orden creciente de acidez: O

O

O

O

CH3CCH3

CH3CCH2CCH3

Acetona (pKa = 19.3)

2,4-Pentanediona (pKa = 9)

OH

CH3COH Ácido acético (pKa = 4.76)

Fenol (pKa = 9.9)

2.41 ¿Cuál, si es que la hay, de las cuatro sustancias del problema 2.40 es un ácido suficientemente fuerte como para reaccionar casi por completo con NaOH? (El pKa del H2O es de 15.74.) 2.42 El ion amonio (NH41, pKa 9.25), tiene un pKa menor que el del ion metilamonio (CH3NH31, pKa 10.66). ¿Cuál es la base más fuerte, el amoniaco (NH3) o la metilamina (CH3NH2)? Explique. 2.43 ¿Es el anión ter-butóxido una base suficientemente fuerte para reaccionar con el agua? En otras palabras, ¿puede prepararse una disolución de ter-butóxido de potasio en agua? El pKa del alcohol ter-butílico es de aproximadamente 18. CH3 K+ –O

C

CH3

ter-Butóxido de potasio

CH3

2.44 Escriba la estructura del producto formado en la reacción de la base orgánica piridina con el ácido orgánico ácido acético y utilice flechas curvas para indicar la dirección del flujo electrónico. O

+ N Piridina

H3C

C

OH

?

Ácido acético

2.45 Calcule los valores de Ka a partir de los siguientes pKa: (a) Acetona, pKa 19.3 (b) Ácido fórmico, pK3 3.75 2.46 Calcule los valores de pKa a partir de las siguientes Ka: (a) Nitrometano, Ka 5.0 $ 10211 (b) Ácido acrílico, Ka

▲ Problemas ligados a las Ideas clave en este capítulo.

5.6 $ 1025

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