Ejercicio resuelto de Orgánica · Química · Galicia · 2022

PREGUNTA 3.

3.1. Complete las siguientes reacciones nombrando todos los productos orgánicos presentes en ellas, tanto reactivos como productos, e indique a qué tipo de reacción se corresponden:
$\mathrm{C}{\mathrm{H}}_3\text{-}\mathrm{C}{\mathrm{H}}_2\text{-}\mathrm{C}{\mathrm{H}}_2\text{-}\mathrm{C}\mathrm{O}\mathrm{O}\mathrm{H}+\mathrm{C}{\mathrm{H}}_3\mathrm{O}\mathrm{H}⟶$
$\mathrm{C}{\mathrm{H}}_3\text{-}\mathrm{C}{\mathrm{H}}_2\text{-}\mathrm{C}{\mathrm{H}}_2\text{-}\mathrm{C}{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}\mathrm{H}\stackrel{{\mathrm{K}}_2\mathrm{C}{\mathrm{r}}_2{\mathrm{O}}_7,{\mathrm{H}}^{+}}{\to }$
3.2. Las temperaturas de fusión de los halógenos que se observan experimentalmente son: ${\mathrm{F}}_2$ -218 °C, $\mathrm{C}{\mathrm{l}}_2$ -101 °C, $\mathrm{B}{\mathrm{r}}_2$ -7 °C, ${\mathrm{I}}_2$ 114 °C. Justifique razonadamente estos valores.

$\mathbf{\text{3.1.}}\mathbf{\text{Complete}}\mathbf{\text{las}}\mathbf{\text{siguientes}}\mathbf{\text{reacciones}}\mathbf{\text{nombrando}}\mathbf{\text{todos}}\mathbf{\text{los}}\mathbf{\text{productos}}\mathbf{\text{org}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{nicos}}\mathbf{\text{presentes}}\mathbf{\text{en}}\mathbf{\text{ellas,}}\mathbf{\text{tanto}}\mathbf{\text{reactivos}}\mathbf{\text{como}}\mathbf{\text{productos,}}\mathbf{\text{e}}\mathbf{\text{indique}}\mathbf{\text{a}}\mathbf{\text{qu}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{tipo}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{reacci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{se}}\mathbf{\text{corresponden.}}\mathbf{\text{(1}}\mathbf{\text{punto)}}$

$\mathbf{\text{Primera}}\mathbf{\text{reacci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n.}}$ Un ácido carboxílico y un alcohol reaccionan perdiendo una molécula de agua: el $-\mathrm{O}\mathrm{H}$ lo aporta el ácido y el hidrógeno el alcohol.

$\mathrm{C}{\mathrm{H}}_3-\mathrm{C}{\mathrm{H}}_2-\mathrm{C}{\mathrm{H}}_2-\mathrm{C}\mathrm{O}\mathrm{O}\mathrm{H}+\mathrm{C}{\mathrm{H}}_3\mathrm{O}\mathrm{H}\to \mathrm{C}{\mathrm{H}}_3-\mathrm{C}{\mathrm{H}}_2-\mathrm{C}{\mathrm{H}}_2-\mathrm{C}\mathrm{O}\mathrm{O}-\mathrm{C}{\mathrm{H}}_3+{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}$

Los compuestos que intervienen son:

$\mathrm{C}{\mathrm{H}}_3-\mathrm{C}{\mathrm{H}}_2-\mathrm{C}{\mathrm{H}}_2-\mathrm{C}\mathrm{O}\mathrm{O}\mathrm{H}$ — ácido butanoico, un ácido carboxílico.

$\mathrm{C}{\mathrm{H}}_3\mathrm{O}\mathrm{H}$ — metanol, un alcohol primario.

$\mathrm{C}{\mathrm{H}}_3-\mathrm{C}{\mathrm{H}}_2-\mathrm{C}{\mathrm{H}}_2-\mathrm{C}\mathrm{O}\mathrm{O}-\mathrm{C}{\mathrm{H}}_3$ — $\mathbf{\text{butanoato}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{metilo}}$, un éster.

Se trata de una reacción de $\mathbf{\text{esterificaci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}$, que es una condensación. Es reversible —el proceso inverso es la hidrólisis del éster— y se cataliza con ácido sulfúrico, que además retira el agua formada y desplaza el equilibrio hacia el producto.

$\mathbf{\text{Segunda}}\mathbf{\text{reacci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n.}}$ El dicromato de potasio en medio ácido es un oxidante fuerte y, sobre un alcohol primario, no se detiene en el aldehído: lo lleva hasta ácido carboxílico.

$\mathrm{C}{\mathrm{H}}_3-\mathrm{C}{\mathrm{H}}_2-\mathrm{C}{\mathrm{H}}_2-\mathrm{C}{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}\mathrm{H}\stackrel{{\mathrm{K}}_2\mathrm{C}{\mathrm{r}}_2{\mathrm{O}}_7,{\mathrm{H}}^{+}}{\to }\mathrm{C}{\mathrm{H}}_3-\mathrm{C}{\mathrm{H}}_2-\mathrm{C}{\mathrm{H}}_2-\mathrm{C}\mathrm{O}\mathrm{O}\mathrm{H}$

Los compuestos que intervienen son:

$\mathrm{C}{\mathrm{H}}_3-\mathrm{C}{\mathrm{H}}_2-\mathrm{C}{\mathrm{H}}_2-\mathrm{C}{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}\mathrm{H}$ — butan-1-ol, un alcohol primario.

$\mathrm{C}{\mathrm{H}}_3-\mathrm{C}{\mathrm{H}}_2-\mathrm{C}{\mathrm{H}}_2-\mathrm{C}\mathrm{O}\mathrm{O}\mathrm{H}$ — $\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{cido}}\mathbf{\text{butanoico}}$.

Se trata de una reacción de $\mathbf{\text{oxidaci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}$. El intermedio es el butanal, que se oxida a su vez con facilidad; para detenerse en él habría que destilarlo según se forma. Un alcohol secundario, en cambio, se quedaría en cetona, porque el carbono que lleva el $-\mathrm{O}\mathrm{H}$ ya no tendría más hidrógenos que perder.

${\mathbf{\text{3.2.}}\mathbf{\text{Las}}\mathbf{\text{temperaturas}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{fusi}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{los}}\mathbf{\text{hal}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{genos}}\mathbf{\text{que}}\mathbf{\text{se}}\mathbf{\text{observan}}\mathbf{\text{experimentalmente}}\mathbf{\text{son:}}\mathbf{\text{F}}}_2{\mathbf{\text{-218}}\mathbf{\text{°C,}}\mathbf{\text{Cl}}}_2{\mathbf{\text{-101}}\mathbf{\text{°C,}}\mathbf{\text{Br}}}_2{\mathbf{\text{-7}}\mathbf{\text{°C,}}\mathbf{\text{I}}}_2\mathbf{\text{114}}\mathbf{\text{°C.}}\mathbf{\text{Justifique}}\mathbf{\text{razonadamente}}\mathbf{\text{estos}}\mathbf{\text{valores.}}\mathbf{\text{(1}}\mathbf{\text{punto)}}$

Los cuatro halógenos forman moléculas diatómicas homonucleares. Al ser los dos átomos idénticos, comparten el par de enlace por igual y $\mathbf{\text{ninguna}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{las}}\mathbf{\text{cuatro}}\mathbf{\text{mol}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{culas}}\mathbf{\text{tiene}}\mathbf{\text{momento}}\mathbf{\text{dipolar}}$: todas son apolares.

Eso descarta de entrada las dos explicaciones habituales. No puede haber fuerzas dipolo-dipolo, porque no hay dipolos permanentes, ni enlaces de hidrógeno, porque no hay hidrógeno. Y el enlace covalente X-X tampoco interviene: al fundir no se rompe, ya que en el líquido siguen existiendo moléculas ${\mathrm{X}}_2$.

Lo único que hay que vencer son las $\mathbf{\text{fuerzas}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{dispersi}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{London}}$, las más débiles de todas, que nacen de dipolos instantáneos originados por fluctuaciones de la nube electrónica. Su intensidad depende de la $\mathbf{\text{polarizabilidad}}$, es decir, de lo fácilmente que esa nube se deforma, y crece con el número de electrones y el tamaño del átomo.

Al bajar por el grupo 17 el número atómico aumenta y con él el número de electrones:

${\mathrm{F}}_2(18e^{-})<\mathrm{C}{\mathrm{l}}_2(34e^{-})<\mathrm{B}{\mathrm{r}}_2(70e^{-})<{\mathrm{I}}_2(106e^{-})$

Las nubes electrónicas son cada vez mayores y más deformables, las fuerzas de London más intensas, y por tanto hace falta más energía para separar las moléculas:

$T_f({\mathrm{F}}_2)<T_f(\mathrm{C}{\mathrm{l}}_2)<T_f(\mathrm{B}{\mathrm{r}}_2)<T_f({\mathrm{I}}_2)$

Exactamente el orden que muestran los datos experimentales. Y explica también el estado físico de cada uno a temperatura ambiente: flúor y cloro son gases, el bromo es líquido —el único elemento no metálico que lo es— y el yodo, sólido.