Ejercicio resuelto de Orgánica · Química · Galicia · 2022

PREGUNTA 2.

2.1. Explique razonadamente por qué a 1 atm de presión y 25 °C de temperatura, el ${\mathrm{H}}_2\mathrm{S}$ es un gas y el ${\mathrm{H}}_2\mathrm{O}$ un líquido.
2.2. Escriba la reacción que sucede cuando el 2-metil-1-buteno reacciona con HCl, dando lugar a dos halogenuros de alquilo. Nombre los compuestos obtenidos e indique razonadamente si alguno de ellos presenta isomería óptica.

${\mathbf{\text{2.1.}}\mathbf{\text{Explique}}\mathbf{\text{razonadamente}}\mathbf{\text{por}}\mathbf{\text{qu}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{a}}\mathbf{\text{1}}\mathbf{\text{atm}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{presi}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{y}}\mathbf{\text{25}}\mathbf{\text{°C}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{temperatura,}}\mathbf{\text{el}}\mathbf{\text{H}}}_2{\mathbf{\text{S}}\mathbf{\text{es}}\mathbf{\text{un}}\mathbf{\text{gas}}\mathbf{\text{y}}\mathbf{\text{el}}\mathbf{\text{H}}}_2\mathbf{\text{O}}\mathbf{\text{un}}\mathbf{\text{l}}\acute{\mathbf{\text{ı}}}\mathbf{\text{quido.}}\mathbf{\text{(1}}\mathbf{\text{punto)}}$

El azufre y el oxígeno pertenecen al mismo grupo, el 16, así que las dos moléculas tienen la misma estructura: un átomo central con dos pares enlazantes y dos no enlazantes, y por tanto geometría angular. Las dos son polares.

Es más, el ${\mathrm{H}}_2\mathrm{S}$ tiene mayor masa molar (34 frente a 18 g/mol), lo que por sí solo haría esperar $\mathbf{\text{lo}}\mathbf{\text{contrario}}$ de lo que se observa: un punto de ebullición más alto para el sulfuro. La explicación tiene que estar en otra parte.

Está en el tipo de fuerzas intermoleculares que hay que vencer.

En el $\mathbf{\text{agua}}$ se dan las dos condiciones para que exista $\mathbf{\text{enlace}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{hidr}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{geno}}$: un hidrógeno unido a un átomo muy electronegativo y de pequeño tamaño, y pares no enlazantes en la molécula vecina que actúen de aceptores.

$\mathrm{H}-\mathrm{O}-\mathrm{H}\cdots \mathrm{O}(\mathrm{H})-\mathrm{H}$

Cada molécula puede formar hasta cuatro de estos enlaces, y el enlace de hidrógeno es, con diferencia, la más intensa de las fuerzas intermoleculares.

En el ${\mathrm{H}}_2\mathrm{S}$ eso no ocurre. El azufre es mucho mayor que el oxígeno y bastante menos electronegativo (2,6 frente a 3,4), de modo que el enlace S-H está poco polarizado y la carga positiva del hidrógeno queda muy repartida. No hay enlaces de hidrógeno: solo actúan fuerzas dipolo-dipolo débiles y de dispersión de London.

Como consecuencia, a 25 °C la energía térmica basta para separar las moléculas de ${\mathrm{H}}_2\mathrm{S}$, que forman un $\mathbf{\text{gas}}$, pero no las de agua, que permanecen unidas en estado $\mathbf{\text{l}}\acute{\mathbf{\text{ı}}}\mathbf{\text{quido}}$. Los puntos de ebullición lo confirman: $-60$ °C para el ${\mathrm{H}}_2\mathrm{S}$ frente a 100 °C para el agua.

$\mathbf{\text{2.2.}}\mathbf{\text{Escriba}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{reacci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{que}}\mathbf{\text{sucede}}\mathbf{\text{cuando}}\mathbf{\text{el}}\mathbf{\text{2-metil-1-buteno}}\mathbf{\text{reacciona}}\mathbf{\text{con}}\mathbf{\text{HCl,}}\mathbf{\text{dando}}\mathbf{\text{lugar}}\mathbf{\text{a}}\mathbf{\text{dos}}\mathbf{\text{halogenuros}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{alquilo.}}\mathbf{\text{Nombre}}\mathbf{\text{los}}\mathbf{\text{compuestos}}\mathbf{\text{obtenidos}}\mathbf{\text{e}}\mathbf{\text{indique}}\mathbf{\text{razonadamente}}\mathbf{\text{si}}\mathbf{\text{alguno}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{ellos}}\mathbf{\text{presenta}}\mathbf{\text{isomer}}\acute{\mathbf{\text{ı}}}\mathbf{\text{a}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{ptica.}}\mathbf{\text{(1}}\mathbf{\text{punto)}}$

El reactivo es un alqueno y el HCl se adiciona a su doble enlace: el hidrógeno se une a uno de los carbonos y el cloro al otro. Como los dos carbonos del doble enlace no son equivalentes, hay dos posibilidades.

$\mathrm{C}{\mathrm{H}}_2=\mathrm{C}(\mathrm{C}{\mathrm{H}}_3)-\mathrm{C}{\mathrm{H}}_2-\mathrm{C}{\mathrm{H}}_3+\mathrm{H}\mathrm{C}\mathrm{l}$

$\mathbf{\text{Producto}}\mathbf{\text{mayoritario}}$, el que predice la regla de Markovnikov —el hidrógeno se une al carbono que ya tiene más hidrógenos, porque así se forma el carbocatión intermedio más estable, en este caso terciario:

$\mathrm{C}{\mathrm{H}}_3-\mathrm{C}\mathrm{C}\mathrm{l}(\mathrm{C}{\mathrm{H}}_3)-\mathrm{C}{\mathrm{H}}_2-\mathrm{C}{\mathrm{H}}_3$ — $\mathbf{\text{2-cloro-2-metilbutano}}$

$\mathbf{\text{Producto}}\mathbf{\text{minoritario}}$, con el cloro en el carbono terminal:

$\mathrm{C}\mathrm{l}\mathrm{C}{\mathrm{H}}_2-\mathrm{C}\mathrm{H}(\mathrm{C}{\mathrm{H}}_3)-\mathrm{C}{\mathrm{H}}_2-\mathrm{C}{\mathrm{H}}_3$ — $\mathbf{\text{1-cloro-2-metilbutano}}$

La reacción es de $\mathbf{\text{adici}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}$ electrófila.

$\mathbf{\text{Isomer}}\acute{\mathbf{\text{ı}}}\mathbf{\text{a}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{ptica.}}$ Hay que buscar en cada producto un carbono unido a cuatro grupos distintos.

En el $\mathbf{\text{2-cloro-2-metilbutano}}$, el carbono que lleva el cloro es el C-2, y sus sustituyentes son:

$-\mathrm{C}\mathrm{l},-\mathrm{C}{\mathrm{H}}_3,-\mathrm{C}{\mathrm{H}}_3,-\mathrm{C}{\mathrm{H}}_2-\mathrm{C}{\mathrm{H}}_3$

Hay $\mathbf{\text{dos}}\mathbf{\text{grupos}}\mathbf{\text{metilo}}\mathbf{\text{iguales}}$, así que el carbono no es asimétrico y el compuesto $\mathbf{\text{no}}$ presenta isomería óptica. Los demás carbonos tampoco lo son.

En el $\mathbf{\text{1-cloro-2-metilbutano}}$, en cambio, el C-2 está unido a:

$-\mathrm{H},-\mathrm{C}{\mathrm{H}}_3,-\mathrm{C}{\mathrm{H}}_2\mathrm{C}\mathrm{l},-\mathrm{C}{\mathrm{H}}_2-\mathrm{C}{\mathrm{H}}_3$

Los cuatro son distintos, luego es un centro quiral y este compuesto $\mathbf{\text{s}}\acute{\mathbf{\text{ı}}}$ presenta isomería óptica: existe como dos enantiómeros, imágenes especulares no superponibles.

Curiosamente, es el producto minoritario el que resulta quiral.