Ejercicio resuelto de Orgánica · Química · La Rioja · 2021

a) Dado un compuesto orgánico no ramificado de fórmula ${\text{C}}_4{\text{H}}_7\text{Cl}$, represente la estructura y escriba el nombre de cada uno de sus isómeros estructurales. (1,4 puntos)

b) Indique cuáles de ellos poseen isómeros geométricos y represente sus estructuras e indique qué isómero es cada uno. (0,6 puntos)

$\mathbf{\text{a)}}\mathbf{\text{Dado}}\mathbf{\text{un}}\mathbf{\text{compuesto}}\mathbf{\text{org}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{nico}}\mathbf{\text{no}}\mathbf{\text{ramificado}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{f}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{rmula}}\mathbf{\text{C₄H₇Cl,}}\mathbf{\text{represente}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{estructura}}\mathbf{\text{y}}\mathbf{\text{escriba}}\mathbf{\text{el}}\mathbf{\text{nombre}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{cada}}\mathbf{\text{uno}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{sus}}\mathbf{\text{is}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{meros}}\mathbf{\text{estructurales.}}\mathbf{\text{(1,4}}\mathbf{\text{puntos)}}$

El recuento de insaturaciones acota el problema; el halógeno cuenta como un hidrógeno más:

$\text{grados de insaturaci}\acute{\text{o}}\text{n}=\frac{2\cdot 4+2-7-1}{2}=1$

Hay exactamente una insaturación y la cadena no está ramificada, de modo que se trata de un $\mathbf{\text{cloroalqueno}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{cadena}}\mathbf{\text{lineal}}$ de cuatro carbonos. Solo hay que colocar el doble enlace y, para cada posición de este, recorrer los lugares posibles del cloro. Salen $\mathbf{\text{seis}}$ isómeros:

Con el doble enlace entre los carbonos 1 y 2:

$\mathrm{C}\mathrm{H}\mathrm{C}\mathrm{l}=\mathrm{C}\mathrm{H}-\mathrm{C}{\mathrm{H}}_2-\mathrm{C}{\mathrm{H}}_3$ — 1-clorobut-1-eno.

$\mathrm{C}{\mathrm{H}}_2=\mathrm{C}\mathrm{C}\mathrm{l}-\mathrm{C}{\mathrm{H}}_2-\mathrm{C}{\mathrm{H}}_3$ — 2-clorobut-1-eno.

$\mathrm{C}{\mathrm{H}}_2=\mathrm{C}\mathrm{H}-\mathrm{C}\mathrm{H}\mathrm{C}\mathrm{l}-\mathrm{C}{\mathrm{H}}_3$ — 3-clorobut-1-eno.

$\mathrm{C}{\mathrm{H}}_2=\mathrm{C}\mathrm{H}-\mathrm{C}{\mathrm{H}}_2-\mathrm{C}{\mathrm{H}}_2\mathrm{C}\mathrm{l}$ — 4-clorobut-1-eno.

Con el doble enlace entre los carbonos 2 y 3:

$\mathrm{C}\mathrm{l}\mathrm{C}{\mathrm{H}}_2-\mathrm{C}\mathrm{H}=\mathrm{C}\mathrm{H}-\mathrm{C}{\mathrm{H}}_3$ — 1-clorobut-2-eno.

$\mathrm{C}{\mathrm{H}}_3-\mathrm{C}\mathrm{C}\mathrm{l}=\mathrm{C}\mathrm{H}-\mathrm{C}{\mathrm{H}}_3$ — 2-clorobut-2-eno.

No hay más: las posiciones 3 y 4 del but-2-eno dan, al numerar por el otro extremo, los dos compuestos que ya están en la lista. Si se admitieran estructuras cíclicas, la insaturación podría aportarla un anillo y habría que añadir el clorociclobutano, pero el enunciado pide compuestos no ramificados de cadena abierta.

$\mathbf{\text{b)}}\mathbf{\text{Indique}}\mathbf{\text{cu}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{les}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{ellos}}\mathbf{\text{poseen}}\mathbf{\text{is}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{meros}}\mathbf{\text{geom}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{tricos}}\mathbf{\text{y}}\mathbf{\text{represente}}\mathbf{\text{sus}}\mathbf{\text{estructuras}}\mathbf{\text{e}}\mathbf{\text{indique}}\mathbf{\text{qu}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{is}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{mero}}\mathbf{\text{es}}\mathbf{\text{cada}}\mathbf{\text{uno.}}\mathbf{\text{(0,6}}\mathbf{\text{puntos)}}$

Para que haya isomería geométrica hacen falta dos condiciones: un doble enlace carbono-carbono, que impide el giro, y que $\mathbf{\text{cada}}\mathbf{\text{uno}}$ de sus dos carbonos lleve dos sustituyentes distintos entre sí. Revisando los seis:

Compuesto	¿Geométrica?	Motivo
1-clorobut-1-eno	Sí	C1 lleva Cl y H; C2 lleva H y etilo
2-clorobut-1-eno	No	el C1 es un $\mathrm{C}{\mathrm{H}}_2=$, con dos H iguales
3-clorobut-1-eno	No	el C1 es un $\mathrm{C}{\mathrm{H}}_2=$
4-clorobut-1-eno	No	el C1 es un $\mathrm{C}{\mathrm{H}}_2=$
1-clorobut-2-eno	Sí	C2 lleva H y $\mathrm{C}{\mathrm{H}}_2\mathrm{C}\mathrm{l}$; C3 lleva H y metilo
2-clorobut-2-eno	Sí	C2 lleva Cl y metilo; C3 lleva H y metilo

Son, por tanto, $\mathbf{\text{tres}}$ los que presentan isomería geométrica, y cada uno da lugar a dos compuestos distintos:



La asignación Z o E se hace comparando prioridades en cada carbono del doble enlace: si los dos sustituyentes de mayor prioridad quedan del mismo lado, el isómero es Z; si quedan en lados opuestos, es E.

En el $\mathbf{\text{1-clorobut-1-eno}}$, el cloro manda sobre el hidrógeno en el primer carbono, y el etilo sobre el hidrógeno en el segundo.

En el $\mathbf{\text{1-clorobut-2-eno}}$, mandan el grupo $-\mathrm{C}{\mathrm{H}}_2\mathrm{C}\mathrm{l}$ y el metilo, cada uno frente a su hidrógeno.

En el $\mathbf{\text{2-clorobut-2-eno}}$, el cloro manda sobre el metilo en un carbono, y el metilo sobre el hidrógeno en el otro.

Merece la pena señalar que el 3-clorobut-1-eno, aunque no tenga isomería geométrica, sí presenta isomería $\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{ptica}}$: su carbono 3 está unido a un hidrógeno, un cloro, un metilo y un grupo vinilo, cuatro sustituyentes distintos.