Ejercicio resuelto de Orgánica · Química · Galicia · 2022

PREGUNTA 2.

2.1. Explique razonadamente por qué a 1 atm de presión y 25 ºC de temperatura, el $\mathrm{H_2S}$ es un gas y el $\mathrm{H_2O}$ 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.

$\textbf{2.1. Explique razonadamente por qué a 1 atm de presión y 25 °C de temperatura, el H}_2\textbf{S es un gas y el H}_2\textbf{O un líquido. (1 punto)}$

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 $\mathrm{H_2S}$ tiene mayor masa molar (34 frente a 18 g/mol), lo que por sí solo haría esperar $\textbf{lo contrario}$ 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 $\textbf{agua}$ se dan las dos condiciones para que exista $\textbf{enlace de hidrógeno}$: un hidrógeno unido a un átomo muy electronegativo y de pequeño tamaño, y pares no enlazantes en la molécula vecina que actúen de aceptores.

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

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 $\mathrm{H_2S}$ 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 $\mathrm{H_2S}$, que forman un $\textbf{gas}$, pero no las de agua, que permanecen unidas en estado $\textbf{líquido}$. Los puntos de ebullición lo confirman: $-60$ °C para el $\mathrm{H_2S}$ frente a 100 °C para el agua.

$\textbf{2.2. Escriba la reacción que sucede cuando el 2-metil-1-buteno reacciona con HCl, dando lugar a dos halogenuros de alquilo. Nombre los compuestos obtenidos e indique razonadamente si alguno de ellos presenta isomería óptica. (1 punto)}$

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.

$\mathrm{CH_2{=}C(CH_3)-CH_2-CH_3} + \mathrm{HCl}$

$\textbf{Producto mayoritario}$, 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:

$\mathrm{CH_3-CCl(CH_3)-CH_2-CH_3}$ — $\textbf{2-cloro-2-metilbutano}$

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

$\mathrm{ClCH_2-CH(CH_3)-CH_2-CH_3}$ — $\textbf{1-cloro-2-metilbutano}$

La reacción es de $\textbf{adición}$ electrófila.

$\textbf{Isomería óptica.}$ Hay que buscar en cada producto un carbono unido a cuatro grupos distintos.

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

$-\mathrm{Cl}, \quad -\mathrm{CH_3}, \quad -\mathrm{CH_3}, \quad -\mathrm{CH_2-CH_3}$

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

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

$-\mathrm{H}, \quad -\mathrm{CH_3}, \quad -\mathrm{CH_2Cl}, \quad -\mathrm{CH_2-CH_3}$

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

Curiosamente, es el producto minoritario el que resulta quiral.