Ejercicio resuelto de Orgánica · Química · Galicia · 2024

PREGUNTA 3 [2 puntos (1 punto por apartado)].

3.1. Nombre los siguientes compuestos y razone si alguno de ellos presenta isomería geométrica.
i)
ii)
iii) ${\mathrm{H}}_3\mathrm{C}-\mathrm{N}\mathrm{H}-\mathrm{C}{\mathrm{H}}_2-\mathrm{C}{\mathrm{H}}_3$
iv)
3.2. Explique razonadamente qué sucederá si introducimos una vara de Zn en una disolución 1,0 M de nitrato de cobre (II).

Datos: $E^{\circ }(\mathrm{C}{\mathrm{u}}^{2+}\mathrm{/}\mathrm{C}\mathrm{u})=+\mathrm{0,34}\mathrm{V}$ y $E^{\circ }(\mathrm{Z}{\mathrm{n}}^{2+}\mathrm{/}\mathrm{Z}\mathrm{n})=-\mathrm{0,76}\mathrm{V}$.

$\mathbf{\text{3.1.}}\mathbf{\text{Nombre}}\mathbf{\text{los}}\mathbf{\text{siguientes}}\mathbf{\text{compuestos}}\mathbf{\text{y}}\mathbf{\text{razone}}\mathbf{\text{si}}\mathbf{\text{alguno}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{ellos}}\mathbf{\text{presenta}}\mathbf{\text{isomer}}\acute{\mathbf{\text{ı}}}\mathbf{\text{a}}\mathbf{\text{geom}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{trica.}}\mathbf{\text{(1}}\mathbf{\text{punto)}}$

$\mathbf{\text{i)}}$ $\mathrm{C}{\mathrm{H}}_3-\mathrm{C}\mathrm{O}-\mathrm{N}{\mathrm{H}}_2$ — $\mathbf{\text{etanamida}}$ (acetamida). Es una amida: el grupo $-\mathrm{C}\mathrm{O}-\mathrm{N}{\mathrm{H}}_2$ combina un carbonilo con un nitrógeno.

$\mathbf{\text{ii)}}$ $\mathrm{H}\mathrm{O}\mathrm{O}\mathrm{C}-\mathrm{C}\mathrm{H}=\mathrm{C}\mathrm{H}-\mathrm{C}\mathrm{O}\mathrm{O}\mathrm{H}$ — $\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{cido}}\mathbf{\text{but-2-enodioico}}$. Es un ácido dicarboxílico con un doble enlace entre los dos carbonos centrales.

$\mathbf{\text{iii)}}$ $\mathrm{C}{\mathrm{H}}_3-\mathrm{N}\mathrm{H}-\mathrm{C}{\mathrm{H}}_2-\mathrm{C}{\mathrm{H}}_3$ — $\mathbf{\text{N-metiletanamina}}$ (etilmetilamina). Es una amina secundaria: el nitrógeno está unido a dos cadenas carbonadas.

$\mathbf{\text{iv)}}$ $\mathrm{H}\mathrm{O}-\mathrm{C}{\mathrm{H}}_2-\mathrm{C}\mathrm{H}\mathrm{C}\mathrm{l}-\mathrm{C}{\mathrm{H}}_3$ — $\mathbf{\text{2-cloropropan-1-ol}}$. El grupo principal es el hidroxilo, que numera la cadena, y el cloro es un sustituyente.

Para que haya $\mathbf{\text{isomer}}\acute{\mathbf{\text{ı}}}\mathbf{\text{a}}\mathbf{\text{geom}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{trica}}$ tienen que cumplirse dos condiciones a la vez: que exista un doble enlace (o un ciclo) que impida el giro, y que cada uno de los dos carbonos implicados lleve dos sustituyentes distintos entre sí.

Los compuestos i), iii) y iv) $\mathbf{\text{no}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{presentan}}$: ninguno tiene doble enlace carbono-carbono, así que todos sus enlaces permiten el giro libre y no hay dos disposiciones que distinguir. El doble enlace C=O de la amida no cuenta, porque uno de sus átomos, el oxígeno, no lleva dos sustituyentes.

El compuesto ii) $\mathbf{\text{s}}\acute{\mathbf{\text{ı}}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{presenta}}$. Hay doble enlace C=C y, sobre cada uno de sus carbonos, un hidrógeno y un grupo $-\mathrm{C}\mathrm{O}\mathrm{O}\mathrm{H}$, que son distintos entre sí. Existen por tanto dos isómeros:

$\mathbf{\text{cis}}$ (Z), con los dos grupos $-\mathrm{C}\mathrm{O}\mathrm{O}\mathrm{H}$ del mismo lado del doble enlace: es el ácido maleico.

$\mathbf{\text{trans}}$ (E), con los dos grupos en lados opuestos: es el ácido fumárico.

Que se trate de dos sustancias realmente distintas y no de la misma vista de dos maneras queda claro al comparar sus propiedades: funden a temperaturas muy diferentes y solo el cis puede deshidratarse para dar un anhídrido cíclico, porque es el único que tiene los dos carboxilos suficientemente cerca.

Al margen de lo preguntado, conviene notar que iv) sí presenta isomería $\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{ptica}}$, porque su C-2 está unido a cuatro grupos distintos ($-\mathrm{H}$, $-\mathrm{C}\mathrm{l}$, $-\mathrm{C}{\mathrm{H}}_3$ y $-\mathrm{C}{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}\mathrm{H}$).

$\mathbf{\text{3.2.}}\mathbf{\text{Explique}}\mathbf{\text{razonadamente}}\mathbf{\text{qu}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{suceder}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{si}}\mathbf{\text{introducimos}}\mathbf{\text{una}}\mathbf{\text{vara}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{Zn}}\mathbf{\text{en}}\mathbf{\text{una}}\mathbf{\text{disoluci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{1,0}}\mathbf{\text{M}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{nitrato}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{cobre(II).}}\mathbf{\text{(1}}\mathbf{\text{punto)}}$

La disolución contiene iones $\mathrm{C}{\mathrm{u}}^{2+}$, y la única reacción posible es que el cinc metálico se oxide cediéndoles electrones. Se comprueba si es espontánea comparando los potenciales.

El par de mayor potencial de reducción actúa como cátodo y el de menor como ánodo:

$E^0(\mathrm{C}{\mathrm{u}}^{2+}\mathrm{/}\mathrm{C}\mathrm{u})=+\mathrm{0,34}\mathrm{V}>E^0(\mathrm{Z}{\mathrm{n}}^{2+}\mathrm{/}\mathrm{Z}\mathrm{n})=-\mathrm{0,76}\mathrm{V}$

Semirreacción de oxidación, sobre la vara de cinc:

$\mathrm{Z}\mathrm{n}(\mathrm{s})\to \mathrm{Z}{\mathrm{n}}^{2+}(\mathrm{a}\mathrm{c})+2e^{-}$

Semirreacción de reducción, sobre esa misma superficie:

$\mathrm{C}{\mathrm{u}}^{2+}(\mathrm{a}\mathrm{c})+2e^{-}\to \mathrm{C}\mathrm{u}(\mathrm{s})$

Reacción global, sumando las dos:

$\mathrm{Z}\mathrm{n}(\mathrm{s})+\mathrm{C}{\mathrm{u}}^{2+}(\mathrm{a}\mathrm{c})\to \mathrm{Z}{\mathrm{n}}^{2+}(\mathrm{a}\mathrm{c})+\mathrm{C}\mathrm{u}(\mathrm{s})$

$E^0=E_{\text{c}\acute{\text{a}}\text{todo}}^0-E_{\acute{\text{a}}\text{nodo}}^0=(+\mathrm{0,34})-(-\mathrm{0,76})=+\mathrm{1,10}\mathrm{V}$

Al salir positiva, la energía de Gibbs $\mathrm{\Delta }{G}^0=-nF{E}^0$ es negativa y el proceso $\mathbf{\text{es}}\mathbf{\text{espont}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{neo}}$: sí habrá reacción.

Lo que se observa en el vaso es lo siguiente:

i) La vara de cinc se va $\mathbf{\text{corroyendo}}$ y pierde masa, porque el metal pasa a la disolución como $\mathrm{Z}{\mathrm{n}}^{2+}$.

ii) Sobre ella aparece un $\mathbf{\text{dep}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{sito}}\mathbf{\text{rojizo}}$ de cobre metálico, esponjoso y mal adherido.

iii) El $\mathbf{\text{color}}\mathbf{\text{azul}}$ característico de la disolución de $\mathrm{C}{\mathrm{u}}^{2+}$ se va $\mathbf{\text{atenuando}}$ a medida que se consume, hasta desaparecer si el cinc está en exceso. El $\mathrm{Z}{\mathrm{n}}^{2+}$ que lo sustituye es incoloro.

iv) La disolución se calienta ligeramente, ya que la reacción es exotérmica.

Los iones nitrato son meros espectadores: no intervienen y permanecen en disolución.