Ejercicio resuelto de Orgánica · Química · País Vasco · 2024

C4. Partiendo de la molécula butan-1-ol:

a) Dibujar la fórmula semidesarrollada de un isómero de posición y un isómero de cadena y nombrarlos. (0,50)
b) El compuesto A se puede obtener de la reacción entre el butan-1-ol y un oxidante fuerte. A reacciona con el butan-1-ol para dar el compuesto B. Identificar los compuestos A y B, proponer las dos reacciones y nombrar todas las especies orgánicas que participan en ellas. (1,00)

$\mathbf{\text{a)}}\mathbf{\text{Dibujar}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{f}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{rmula}}\mathbf{\text{semidesarrollada}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{un}}\mathbf{\text{is}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{mero}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{posici}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{y}}\mathbf{\text{un}}\mathbf{\text{is}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{mero}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{cadena}}\mathbf{\text{y}}\mathbf{\text{nombrarlos.}}\mathbf{\text{(0,50)}}$

Se parte de la fórmula del butan-1-ol y se determina su fórmula molecular, que ambos isómeros han de conservar. Un isómero de posición mantiene la función y el esqueleto, y solo cambia el carbono que soporta el grupo funcional; uno de cadena mantiene la función y su posición, y reorganiza el esqueleto carbonado.

$\text{butan-1-ol}:\mathrm{C}{\mathrm{H}}_3-\mathrm{C}{\mathrm{H}}_2-\mathrm{C}{\mathrm{H}}_2-\mathrm{C}{\mathrm{H}}_2-\mathrm{O}\mathrm{H}\Rightarrow {\mathrm{C}}_4{\mathrm{H}}_{10}\mathrm{O}$

Para el isómero de posición se conserva la cadena lineal de cuatro carbonos y se traslada el hidroxilo del carbono 1 al 2:

$\text{butan-2-ol}:\mathrm{C}{\mathrm{H}}_3-\mathrm{C}{\mathrm{H}}_2-\mathrm{C}\mathrm{H}\mathrm{O}\mathrm{H}-\mathrm{C}{\mathrm{H}}_3\Rightarrow {\mathrm{C}}_4{\mathrm{H}}_{10}\mathrm{O}$

Para el isómero de cadena se conserva el hidroxilo en un extremo y se ramifica el esqueleto, pasando de una cadena de cuatro carbonos a una de tres con un metilo:

$\text{2-metilpropan-1-ol}:(\mathrm{C}{\mathrm{H}}_3{)}_2\mathrm{C}\mathrm{H}-\mathrm{C}{\mathrm{H}}_2-\mathrm{O}\mathrm{H}\Rightarrow {\mathrm{C}}_4{\mathrm{H}}_{10}\mathrm{O}$

Isómero	Fórmula semidesarrollada	Tipo de isomería butan-2-ol	$\mathrm{C}{\mathrm{H}}_3-\mathrm{C}{\mathrm{H}}_2-\mathrm{C}\mathrm{H}\mathrm{O}\mathrm{H}-\mathrm{C}{\mathrm{H}}_3$	de posición 2-metilpropan-1-ol	$(\mathrm{C}{\mathrm{H}}_3{)}_2\mathrm{C}\mathrm{H}-\mathrm{C}{\mathrm{H}}_2-\mathrm{O}\mathrm{H}$	de cadena

Los tres compuestos responden a la fórmula ${\mathrm{C}}_4{\mathrm{H}}_{10}\mathrm{O}$ y los tres son alcoholes, de modo que no hay isomería de función entre ellos. Conviene observar que el butan-2-ol es un alcohol secundario mientras que los otros dos son primarios, y esa diferencia será decisiva en el apartado siguiente.

$\mathbf{\text{b)}}\mathbf{\text{El}}\mathbf{\text{compuesto}}\mathbf{\text{A}}\mathbf{\text{se}}\mathbf{\text{puede}}\mathbf{\text{obtener}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{reacci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{entre}}\mathbf{\text{el}}\mathbf{\text{butan-1-ol}}\mathbf{\text{y}}\mathbf{\text{un}}\mathbf{\text{oxidante}}\mathbf{\text{fuerte.}}\mathbf{\text{A}}\mathbf{\text{reacciona}}\mathbf{\text{con}}\mathbf{\text{el}}\mathbf{\text{butan-1-ol}}\mathbf{\text{para}}\mathbf{\text{dar}}\mathbf{\text{el}}\mathbf{\text{compuesto}}\mathbf{\text{B.}}\mathbf{\text{Identificar}}\mathbf{\text{los}}\mathbf{\text{compuestos}}\mathbf{\text{A}}\mathbf{\text{y}}\mathbf{\text{B,}}\mathbf{\text{proponer}}\mathbf{\text{las}}\mathbf{\text{dos}}\mathbf{\text{reacciones}}\mathbf{\text{y}}\mathbf{\text{nombrar}}\mathbf{\text{todas}}\mathbf{\text{las}}\mathbf{\text{especies}}\mathbf{\text{org}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{nicas}}\mathbf{\text{que}}\mathbf{\text{participan}}\mathbf{\text{en}}\mathbf{\text{ellas.}}\mathbf{\text{(1,00)}}$

Hay que seguir dos reacciones consecutivas. La primera es la oxidación del alcohol; para saber a qué conduce se atiende a que el butan-1-ol es un alcohol primario, es decir, su carbono con el hidroxilo lleva dos hidrógenos.

Un alcohol primario se oxida en dos etapas, primero a aldehído y después a ácido carboxílico. Con un oxidante fuerte, como el dicromato de potasio, el permanganato o el trióxido de cromo, la oxidación no se detiene en el aldehído y llega hasta el ácido:

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

$\text{A}=\acute{\text{a}}\text{cido butanoico}$

La segunda reacción es entre un ácido carboxílico y un alcohol, que es la esterificación: se elimina agua entre el hidroxilo del ácido y el hidrógeno del alcohol, y el enlace resultante es el del grupo éster.

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

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

$\text{B}=\text{butanoato de butilo}$

Especie orgánica	Fórmula semidesarrollada	Nombre	Papel Reactivo	$\mathrm{C}{\mathrm{H}}_3-\mathrm{C}{\mathrm{H}}_2-\mathrm{C}{\mathrm{H}}_2-\mathrm{C}{\mathrm{H}}_2-\mathrm{O}\mathrm{H}$	butan-1-ol	de partida en las dos reacciones A	$\mathrm{C}{\mathrm{H}}_3-\mathrm{C}{\mathrm{H}}_2-\mathrm{C}{\mathrm{H}}_2-\mathrm{C}\mathrm{O}\mathrm{O}\mathrm{H}$	ácido butanoico	producto de la oxidación B	$\mathrm{C}{\mathrm{H}}_3-\mathrm{C}{\mathrm{H}}_2-\mathrm{C}{\mathrm{H}}_2-\mathrm{C}\mathrm{O}\mathrm{O}-\mathrm{C}{\mathrm{H}}_2-\mathrm{C}{\mathrm{H}}_2-\mathrm{C}{\mathrm{H}}_2-\mathrm{C}{\mathrm{H}}_3$	butanoato de butilo	producto de la esterificación

El compuesto A es el ácido butanoico, obtenido por oxidación del alcohol primario, y el B el butanoato de butilo, obtenido por esterificación de A con más butan-1-ol. La primera reacción es una oxidación y la segunda una esterificación o condensación, reversible y catalizada por ácido.