Ejercicio resuelto de Orgánica · Química · La Rioja · 2025

En un compuesto orgánico de fórmula molecular $\text{C}_6\text{H}_4\text{N}_2\text{O}_2$, donde todos los átomos de nitrógeno forman parte del grupo funcional ciano $(-\text{CN})$ y todos los átomos de oxígeno forman parte del grupo funcional aldehído $(-\text{CHO})$:

a) Represente todos los isómeros estructurales que puede presentar dicho compuesto. (1,5 puntos)

b) Identifique, razonadamente, si alguno de ellos puede presentar isomería óptica. (0,5 puntos)

$\textbf{a) Represente todos los isómeros estructurales que puede presentar dicho compuesto. (1,5 puntos)}$

Conviene empezar contando qué queda libre después de colocar los grupos funcionales que impone el enunciado. Los dos nitrógenos están en sendos grupos ciano y los dos oxígenos, en sendos grupos aldehído:

Dos grupos $\mathrm{-C\equiv N}$ consumen 2 carbonos.

Dos grupos $\mathrm{-CHO}$ consumen 2 carbonos y 2 hidrógenos.

Quedan, por tanto, $6 - 4 = 2$ carbonos y $4 - 2 = 2$ hidrógenos para construir el esqueleto.

El recuento de insaturaciones confirma que ese esqueleto es una cadena saturada:

$\text{grados de insaturación} = \frac{2\cdot 6 + 2 + 2 - 4}{2} = 6$

y los cuatro grupos funcionales ya aportan las seis ($2\times 2$ de los triples enlaces y $2\times 1$ de los carbonilos), de modo que no cabe ni un doble enlace ni un ciclo más.

Los dos carbonos del esqueleto tienen que estar unidos entre sí —los grupos ciano y aldehído son terminales, cada uno con un solo enlace libre— y a cada uno le quedan tres huecos. Hay que repartir en esos seis huecos 2 H, 2 CN y 2 CHO, y solo hay $\textbf{cuatro}$ formas distintas de hacerlo:

Fórmula	Nombre
$\mathrm{OHC-C(CN)_2-CH_2-CHO}$	2,2-dicianobutanodial
$\mathrm{OHC-CH(CN)-CH(CN)-CHO}$	2,3-dicianobutanodial
$\mathrm{OHC-C(CHO)(CN)-CH_2-CN}$	2-ciano-2-(cianometil)propanodial
$\mathrm{OHC-CH(CHO)-CH(CN)_2}$	2-(dicianometil)propanodial

En el primero, un carbono lleva los dos grupos ciano y el otro los dos hidrógenos; en el segundo, cada carbono lleva un ciano, un aldehído y un hidrógeno; en el tercero, un carbono acumula un ciano y los dos aldehídos; y en el cuarto, un carbono lleva los dos cianos y el otro los dos aldehídos.

$\textbf{b) Identifique, razonadamente, si alguno de ellos puede presentar isomería óptica. (0,5 puntos)}$

Hace falta un carbono asimétrico, es decir, unido a cuatro sustituyentes $\textbf{distintos}$. Se revisan los cuatro esqueletos:

En el 2,2-dicianobutanodial, el carbono central lleva dos grupos ciano iguales; el otro lleva dos hidrógenos. Ninguno es asimétrico.

En el 2-ciano-2-(cianometil)propanodial, el carbono sustituido lleva dos grupos aldehído iguales. Tampoco.

En el 2-(dicianometil)propanodial hay un carbono con dos cianos y otro con dos aldehídos. Tampoco.

En el $\textbf{2,3-dicianobutanodial}$, en cambio, cada uno de los dos carbonos centrales está unido a:

$\mathrm{-H}, \quad \mathrm{-C\equiv N}, \quad \mathrm{-CHO}, \quad \mathrm{-CH(CN)-CHO}$

Los cuatro son distintos, así que los dos son carbonos asimétricos y el compuesto $\textbf{sí presenta isomería óptica}$.

Al haber dos centros quirales idénticos entre sí, existen tres estereoisómeros: una pareja de enantiómeros ópticamente activos y una forma meso, con un plano de simetría interno, que es inactiva.