Ejercicio resuelto de Orgánica · Química · Galicia · 2023

PREGUNTA 3.

3.1. Justifique si la siguiente afirmación es verdadera o falsa: “el $\mathrm{C}{\mathrm{H}}_3-\mathrm{C}\mathrm{H}=\mathrm{C}\mathrm{H}-\mathrm{C}{\mathrm{H}}_3$ reacciona con HCl para dar un compuesto que no presenta isomería óptica”
3.2. Escriba las fórmulas semidesarrolladas y nombre los isómeros geométricos del 2,3-dibromobut-2-eno.

${\mathbf{\text{3.1.}}\mathbf{\text{Justifique}}\mathbf{\text{si}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{siguiente}}\mathbf{\text{afirmaci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{es}}\mathbf{\text{verdadera}}\mathbf{\text{o}}\mathbf{\text{falsa:}}\mathbf{\text{"el}}\mathbf{\text{CH}}}_3{\mathbf{\text{-CH=CH-CH}}}_3\mathbf{\text{reacciona}}\mathbf{\text{con}}\mathbf{\text{HCl}}\mathbf{\text{para}}\mathbf{\text{dar}}\mathbf{\text{un}}\mathbf{\text{compuesto}}\mathbf{\text{que}}\mathbf{\text{no}}\mathbf{\text{presenta}}\mathbf{\text{isomer}}\acute{\mathbf{\text{ı}}}\mathbf{\text{a}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{ptica".}}\mathbf{\text{(1}}\mathbf{\text{punto)}}$

La afirmación es $\mathbf{\text{falsa}}$: el compuesto que se obtiene sí presenta isomería óptica.

El reactivo es el but-2-eno, y el HCl se adiciona a su doble enlace: el hidrógeno se une a uno de los carbonos y el cloro al otro, con lo que el doble enlace pasa a simple.

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

El producto es el $\mathbf{\text{2-clorobutano}}$, y la reacción es de adición electrófila. No hace falta aplicar la regla de Markovnikov porque el but-2-eno es simétrico respecto del doble enlace: los dos carbonos son equivalentes y se obtenga el mismo producto en cualquier caso.

Para que haya isomería óptica basta con que exista un $\mathbf{\text{carbono}}\mathbf{\text{asim}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{trico}}$, es decir, un carbono unido a cuatro grupos distintos. Se examina el C-2 del producto:

$\mathrm{C}\text{-}2:-\mathrm{H},-\mathrm{C}\mathrm{l},-\mathrm{C}{\mathrm{H}}_3,-\mathrm{C}{\mathrm{H}}_2-\mathrm{C}{\mathrm{H}}_3$

Los cuatro sustituyentes son diferentes, luego ese carbono es un centro quiral. El 2-clorobutano existe por tanto como dos $\mathbf{\text{enanti}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{meros}}$, imágenes especulares no superponibles que desvían el plano de la luz polarizada el mismo ángulo pero en sentidos opuestos.

Merece la pena señalar el contraste con el reactivo: el but-2-eno no tiene isomería óptica, pero sí geométrica (cis y trans), mientras que el producto pierde la geométrica —al desaparecer el doble enlace— y gana la óptica.

$\mathbf{\text{3.2.}}\mathbf{\text{Escriba}}\mathbf{\text{las}}\mathbf{\text{f}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{rmulas}}\mathbf{\text{semidesarrolladas}}\mathbf{\text{y}}\mathbf{\text{nombre}}\mathbf{\text{los}}\mathbf{\text{is}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{meros}}\mathbf{\text{geom}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{tricos}}\mathbf{\text{del}}\mathbf{\text{2,3-dibromobut-2-eno.}}\mathbf{\text{(1}}\mathbf{\text{punto)}}$

La fórmula semidesarrollada del compuesto es:

$\mathrm{C}{\mathrm{H}}_3-\mathrm{C}\mathrm{B}\mathrm{r}=\mathrm{C}\mathrm{B}\mathrm{r}-\mathrm{C}{\mathrm{H}}_3$

Se comprueba primero que puede haber isomería geométrica. Hacen falta dos condiciones: un doble enlace que impida el giro, y que cada uno de sus dos carbonos lleve dos sustituyentes distintos entre sí. Ambas se cumplen, porque tanto el C-2 como el C-3 llevan un $-\mathrm{B}\mathrm{r}$ y un $-\mathrm{C}{\mathrm{H}}_3$.

Existen, por tanto, dos isómeros geométricos. Para nombrarlos se aplica el criterio de prioridad de Cahn-Ingold-Prelog: en cada carbono gana el sustituyente de mayor número atómico, y aquí el bromo ($Z=35$) tiene prioridad sobre el grupo metilo, cuyo átomo de unión es carbono ($Z=6$).

$\mathbf{\text{Is}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{mero}}\mathbf{\text{Z}}$, con los dos átomos de bromo —los sustituyentes prioritarios— del mismo lado del doble enlace, y por tanto también los dos metilos:

$(\mathrm{Z})\text{-}\mathrm{2,3}\text{-}\mathrm{d}\mathrm{i}\mathrm{b}\mathrm{r}\mathrm{o}\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{b}\mathrm{u}\mathrm{t}\text{-}2\text{-}\mathrm{e}\mathrm{n}\mathrm{o}$

$\mathbf{\text{Is}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{mero}}\mathbf{\text{E}}$, con los dos bromos en lados opuestos, y en consecuencia también los dos metilos:

$(\mathrm{E})\text{-}\mathrm{2,3}\text{-}\mathrm{d}\mathrm{i}\mathrm{b}\mathrm{r}\mathrm{o}\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{b}\mathrm{u}\mathrm{t}\text{-}2\text{-}\mathrm{e}\mathrm{n}\mathrm{o}$

Aquí conviene usar la nomenclatura Z/E y no la clásica cis/trans, porque esta última no está bien definida cuando ninguno de los dos sustituyentes de cada carbono es un hidrógeno: habría que precisar si el «cis» se refiere a los bromos o a la cadena principal. Con Z/E la regla de prioridad elimina la ambigüedad.

Los dos isómeros son sustancias distintas, con distintos puntos de fusión y momentos dipolares, y no se interconvierten a temperatura ambiente porque para ello habría que romper el enlace $\pi$.