Ejercicio resuelto de Orgánica · Química · País Vasco · 2021

C4. Completar las siguientes reacciones químicas, indicando en cada caso de qué tipo de reacción se trata. Nombrar los reactivos y formular y nombrar los productos resultantes.

a) $\mathrm{CH_3\text{-}CH_2\text{-}CH_2\text{-}CH{=}CH_2}+\mathrm{HBr}\longrightarrow$ (0,50)
b) $\mathrm{CH_3\text{-}CH_2\text{-}CH_2OH}+\mathrm{H_2SO_4}\ (\text{en caliente})\longrightarrow$ (0,50)
c) $\mathrm{C_6H_6}+\mathrm{HNO_3}\ (\text{en medio sulfúrico})\longrightarrow$ (0,50)

$\textbf{a) }\boldsymbol{\mathrm{CH_3\text{-}CH_2\text{-}CH_2\text{-}CH{=}CH_2}+\mathrm{HBr}\rightarrow}\textbf{ (0,50)}$

El primer reactivo es un alqueno de cinco carbonos con el doble enlace en un extremo, y el segundo un haluro de hidrógeno. La adición rompe uno de los dos enlaces del doble enlace y reparte el hidrógeno y el bromo entre los dos carbonos.

$\text{pent-1-eno}:\ \mathrm{CH_3}-\mathrm{CH_2}-\mathrm{CH_2}-\mathrm{CH}{=}\mathrm{CH_2}$

Al no ser simétrico el doble enlace hay dos reparticiones posibles, y la regla de Markovnikov decide cuál predomina: el hidrógeno se une al carbono que ya tiene más hidrógenos, porque así se forma el carbocatión más estable, el secundario.

$\mathrm{CH_3}-\mathrm{CH_2}-\mathrm{CH_2}-\mathrm{CH}{=}\mathrm{CH_2}+\mathrm{HBr}\rightarrow \mathrm{CH_3}-\mathrm{CH_2}-\mathrm{CH_2}-\mathrm{CHBr}-\mathrm{CH_3}$

Producto	Fórmula semidesarrollada	Nombre	Proporción Mayoritario	$\mathrm{CH_3}-\mathrm{CH_2}-\mathrm{CH_2}-\mathrm{CHBr}-\mathrm{CH_3}$	2-bromopentano	mayoritario Minoritario	$\mathrm{CH_3}-\mathrm{CH_2}-\mathrm{CH_2}-\mathrm{CH_2}-\mathrm{CH_2Br}$	1-bromopentano	minoritario

Se trata de una reacción de adición electrófila al doble enlace. El producto mayoritario es el 2-bromopentano, y el 1-bromopentano se obtiene en proporción mucho menor.

$\textbf{b) }\boldsymbol{\mathrm{CH_3\text{–}CH_2\text{–}CH_2OH}+\mathrm{H_2SO_4}}\textbf{ (en caliente) }\boldsymbol{\rightarrow}\textbf{ (0,50)}$

El reactivo es un alcohol primario de tres carbonos, y el ácido sulfúrico concentrado en caliente actúa como agente deshidratante. Se pierden el grupo hidroxilo y un hidrógeno del carbono contiguo, y entre ambos queda un doble enlace.

$\text{propan-1-ol}:\ \mathrm{CH_3}-\mathrm{CH_2}-\mathrm{CH_2}-\mathrm{OH}$

$\mathrm{CH_3}-\mathrm{CH_2}-\mathrm{CH_2}-\mathrm{OH}\ \xrightarrow{\ \mathrm{H_2SO_4},\ \Delta\ }\ \mathrm{CH_3}-\mathrm{CH}{=}\mathrm{CH_2}+\mathrm{H_2O}$

Papel	Fórmula semidesarrollada	Nombre Reactivo	$\mathrm{CH_3}-\mathrm{CH_2}-\mathrm{CH_2}-\mathrm{OH}$	propan-1-ol Producto	$\mathrm{CH_3}-\mathrm{CH}{=}\mathrm{CH_2}$	propeno Producto	$\mathrm{H_2O}$	agua

Se trata de una reacción de eliminación, concretamente una deshidratación, y los productos son el propeno y agua. Al tener el alcohol un solo carbono contiguo con hidrógenos, no hay aquí dos alquenos posibles y no interviene la regla de Zaitsev.

$\textbf{c) }\boldsymbol{\mathrm{C_6H_6}+\mathrm{HNO_3}}\textbf{ (en medio sulfúrico) }\boldsymbol{\rightarrow}\textbf{ (0,50)}$

El primer reactivo es el benceno, un hidrocarburo aromático. Los compuestos aromáticos no dan adiciones, porque perderían la estabilidad del anillo; en su lugar sustituyen un hidrógeno y conservan la aromaticidad.

$\mathrm{C_6H_6}+\mathrm{HNO_3}\ \xrightarrow{\ \mathrm{H_2SO_4}\ }\ \mathrm{C_6H_5}-\mathrm{NO_2}+\mathrm{H_2O}$

Papel	Fórmula	Nombre Reactivo	$\mathrm{C_6H_6}$	benceno Reactivo	$\mathrm{HNO_3}$	ácido nítrico Producto	$\mathrm{C_6H_5}-\mathrm{NO_2}$	nitrobenceno Producto	$\mathrm{H_2O}$	agua

Se trata de una reacción de sustitución electrófila aromática, concretamente una nitración, y los productos son el nitrobenceno y agua. El ácido sulfúrico no es un reactivo sino el catalizador: su papel es generar el ion nitronio, que es la especie que ataca al anillo.

Las tres reacciones de esta cuestión ilustran los tres tipos fundamentales de la química orgánica: adición, eliminación y sustitución.