Química Orgánica

John McMurry

Chapter 5

Perspectiva de las reacciones orgánicas - all with Video Answers

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Chapter Questions

Problem 1

Clasifique cada una de las siguientes reacciones como adición, eliminación, sustitución o rearreglo:
(a) $\mathrm{CH}_3 \mathrm{Br}+\mathrm{KOH} \rightarrow \mathrm{CH}_3 \mathrm{OH}+\mathrm{KBr}$
(b) $\mathrm{CH}_3 \mathrm{CH}_2 \mathrm{Br} \rightarrow \mathrm{H}_2 \mathrm{C}=\mathrm{CH}_2+\mathrm{HBr}$
(c) $\mathrm{H}_2 \mathrm{C}=\mathrm{CH}_2+\mathrm{H}_2 \rightarrow \mathrm{CH}_3 \mathrm{CH}_3$

Jil Modi

Jil Modi

Rutgers, The State University of New Jersey

Problem 2

Por lo general no es útil la cloración de radicales de alcanos debido a que con frecuencia resultan mezclas de productos cuando están presentes en el sustrato más de un tipo de enlace $\mathrm{C}-\mathrm{H}$. Dibuje y nombre todos los productos monoclorados de sustitución $\mathrm{C}_6 \mathrm{H}_{13} \mathrm{Cl}$ que se podrían obtener por la reacción del 2-metilpentano con $\mathrm{Cl}_2$.

Jil Modi

Rutgers, The State University of New Jersey

Problem 3

Utilizando una flecha curva de anzuelo, proponga un mecanismo para la formación del anillo de ciclopentano de la prostaglandina $\mathrm{H}_2 \cdot$ ¿Qué tipo de reacción está ocurriendo?

Allison Krajewski

Allison Krajewski

Numerade Educator

Problem 4

¿Cuáles de las siguientes especies es probable que sean nucleófilos y cuáles sean electrófilos?
(a) $\mathrm{CH}_3 \mathrm{Cl}$
(b) $\mathrm{CH}_3 \mathrm{~S}^{-}$
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Julia G.

Numerade Educator

Problem 5

Se muestra un mapa de potencial electrostático del trifluoruro de boro. ¿Es probable que el $\mathrm{BF}_3$ sea un nucleófilo o un electrófilo? Dibuje una estructura de Lewis para el $\mathrm{BF}_3$ y explique su respuesta.

Julia G.

Numerade Educator

Problem 6

¿Qué producto esperaría de la reacción del ciclohexeno con HBr ? ¿Con HCl ?

Allison Krajewski

Allison Krajewski

Numerade Educator

Problem 7

La reacción del HBr con 2-metilpropeno produce 2-bromo-2-metilpropano, ¿cuál es la estructura del carbocatión formado durante la reacción? Muestre el mecanismo de la reacción.

Allison Krajewski

Allison Krajewski

Numerade Educator

Problem 8

Dibuje flechas curvas a las siguientes reacciones polares para indicar el flujo de electrones en cada una:
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Allison Krajewski

Allison Krajewski

Numerade Educator

Problem 9

Pronostique los productos de la siguiente reacción polar, un paso en el ciclo del ácido cítrico para el metabolismo de los alimentos, al interpretar el flujo de electrones
indicado por las flechas curvas.
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Jil Modi

Rutgers, The State University of New Jersey

Problem 10

¿Cuál reacción está más favorecida desde el punto de vista energético, una con $\Delta G^{\circ}=$ $-44 \mathrm{~kJ} / \mathrm{mol}$ o una con $\Delta G^{\circ}=+44 \mathrm{~kJ} / \mathrm{mol}$ ?

Jil Modi

Rutgers, The State University of New Jersey

Problem 11

¿Cuál reacción es probable que sea más exergónica, una con $K_{\text {eq }}=1000 \mathrm{o}$ una con $K_{\mathrm{eq}}=0.001 ?$

Jil Modi

Rutgers, The State University of New Jersey

Problem 12

Cuál reacción es más rápida, una con $\Delta G^{\ddagger}=+45 \mathrm{~kJ} / \mathrm{mol}$ o una con $\Delta G^{\ddagger}=+70$ $\mathrm{kJ} / \mathrm{mol}$ ?

Allison Krajewski

Allison Krajewski

Numerade Educator

Problem 13

Bosqueje un diagrama de energía para una reacción con dos pasos, con un primer paso endergónico y un segundo paso exergónico. Indique las partes del diagrama correspondientes al reactivo, al producto y al intermediario.

Arun Bana

Numerade Educator

Problem 14

El siguiente haluro de alquilo puede prepararse por adición de HBr a dos diferentes alquenos. Dibuje las estructuras de ambos (café rojizo Br).

Allison Krajewski

Allison Krajewski

Numerade Educator

Problem 15

La siguiente estructura representa el carbocatión intermediario formado en la
reacción de adición de HBr a dos diferentes alquenos. Dibuje las estructuras de
ambos.

Allison Krajewski

Allison Krajewski

Numerade Educator

Problem 16

Se muestran los mapas de potencial electrostático del (a) formaldehído $\left(\mathrm{CH}_2 \mathrm{O}\right)$ y del (b) metanotiol $\left(\mathrm{CH}_3 \mathrm{SH}\right)$. ¿Es probable que el átomo de carbono del formaldehído sea electrofilico o nucleofilico? ¿Qué hay acerca del átomo de azufre en el metanotiol? Explique.
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Jil Modi

Rutgers, The State University of New Jersey

Problem 17

Observe el siguiente diagrama de energía:
(a) ${ }^{\text {EEs }}$ positivo o negativo el $\Delta G^{\circ}$ para la reacción? Indíquelo en el diagrama.
(b) ¿Cuántos pasos están involucrados en la reacción?
(c) ¿Cuántos estados de transición hay? Indíquelos en el diagrama.

Jil Modi

Rutgers, The State University of New Jersey

Problem 18

Observe el siguiente diagrama de energía para una reacción catalizada por una enzima:
(a) ¿Cuántos pasos están involucrados?
(b) ¿Cuál paso es el más exergónico?
(c) ¿Cuál paso es el menos?

Julia G.

Numerade Educator

Problem 19

Identifique los grupos funcionales en las siguientes moléculas y muestre la polaridad de cada una:
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Julia G.

Numerade Educator

Problem 20

Identifique las siguientes reacciones como adiciones, eliminaciones, sustituciones o rearreglos:
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Crystal Wang

Numerade Educator

Problem 21

¿Cuál es la diferencia entre un estado de transición y un intermediario?

Julia G.

Numerade Educator

Problem 22

Dibuje un diagrama de energía para una reacción de un paso con $K_{\text {eq }}<1$. Indique las partes del diagrama que correspondan a los reactivos, productos, estado de transición, $\Delta G^{\circ}$ y $\Delta G^{\ddagger}$. ¿Es positivo o negativo el $\Delta G^{\circ}$ ?

Allison Krajewski

Allison Krajewski

Numerade Educator

Problem 23

Dibuje un diagrama de energía para una reacción de dos pasos con $K_{\text {eq }}>1$. Indique el $\Delta G^{\circ}$ total, los estados de transición y el intermediario. ¿Es positivo o negativo el $\Delta G^{\circ}$ ?

Julia G.

Numerade Educator

Problem 24

Dibuje un diagrama de energía para una reacción exergónica de dos pasos cuyo segundo paso es más rápido que el primero.

Julia G.

Numerade Educator

Problem 25

Dibuje un diagrama de energía para una reacción con $K_{\mathrm{eq}}=1$. ¿Cuál es el valor de $\Delta G^{\circ}$ en la reacción?

Julia G.

Numerade Educator

Problem 26

La adición de agua al etileno para producir etanol tiene los siguientes parámetros termodinámicos:

$$
\mathrm{H}_2 \mathrm{C}=\mathrm{CH}_2+\mathrm{H}_2 \mathrm{O} \rightleftharpoons \mathrm{CH}_3 \mathrm{CH}_2 \mathrm{OH}\left\{\begin{array}{l}
\Delta H^{\circ}=-44 \mathrm{~kJ} / \mathrm{mol} \\
\Delta S^{\circ}=-0.12 \mathrm{~kJ} /(\mathrm{K} \cdot \mathrm{~mol}) \\
K_{\mathrm{eq}}=24
\end{array}\right.
$$

(a) ¿Es la reacción exotérmica o endotérmica?
(b) ¿Es la reacción favorable (espontánea) o desfavorable (no espontánea) a temperatura ambiente (298 K)?

Allison Krajewski

Allison Krajewski

Numerade Educator

Problem 27

Cuando se irradia una mezcla de metano y cloro, la reacción comienza inmediatamente. Cuando se detiene la irradiación, la reacción disminuye paulatinamente pero no se detiene por completo. Explique.

Julia G.

Numerade Educator

Problem 28

La cloración del pentano por radicales es una manera pobre de preparar 1-cloropentano, pero la cloración del neopentano por radicales, $\left(\mathrm{CH}_3\right)_4 \mathrm{C}$, es una buena manera de preparar cloruro de neopentilo, $\left(\mathrm{CH}_3\right)_3 \mathrm{CCH}_2 \mathrm{Cl}$. Explique.

Julia G.

Numerade Educator

Problem 29

A pesar de las limitaciones de la cloración de alcanos por radicales, la reacción sigue siendo útil para la síntesis de ciertos compuestos halogenados. ¿Para cuáles de los siguientes compuestos la cloración por radicales da un solo producto monoclorado?
(a) $\mathrm{CH}_3 \mathrm{CH}_3$
(b) $\mathrm{CH}_3 \mathrm{CH}_2 \mathrm{CH}_3$
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Julia G.

Numerade Educator

Problem 30

Añada flechas curvas a las siguientes reacciones para indicar el flujo de electrones en cada una:
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Tom Rutherford

Numerade Educator

Problem 31

Siga el flujo de electrones indicado por las flechas curvas en cada una de las siguientes reacciones y pronostique el producto que resulta:
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Check back soon!

Problem 32

Cuando se trata al isopropilidenciclohexano con un ácido fuerte a temperatura ambiente, la isomerización ocurre por el mecanismo mostrado a continuación para producir 1-isopropilciclohexeno:
En el equilibrio, la mezcla del producto contiene alrededor de 30\% del isopropilidenciclohexano y alrededor de 70\% del 1-isopropilciclohexeno.
(a) ¿Cuál es el valor aproximado de $K_{\text {eq }}$ para la reacción?
(b) Dado que la reacción ocurre lentamente a temperatura ambiente, ¿cuál es aproximadamente su $\Delta G^*$ ?
(c) Dibuje un diagrama de energía para la reacción.

Julia G.

Numerade Educator

Problem 33

Añada flechas curvas al mecanismo mostrado en el problema 5.32 para indicar el movimiento electrónico en cada etapa.

Allison Krajewski

Allison Krajewski

Numerade Educator

Problem 34

El 2-cloro-2-metilpropano reacciona con agua en tres pasos para producir 2-metil-2-propanol. El primer paso es más lento que el segundo, el cual se vuelve mucho más lento que el tercero. La reacción sucede lentamente a temperatura ambiente y la constante de equilibrio es cercana a 1.
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(a) Dé valores aproximados para $\Delta G^{\ddagger}$ y $\Delta G^{\circ}$ que sean consistentes con la información anterior.
(b) Dibuje un diagrama de energía para la reacción, indicando todos los puntos de interés y asegurándose que los niveles de energía relativos en el diagrama sean consistentes con la información dada.

Julia G.

Numerade Educator

Problem 35

Añada flechas curvas al mecanismo mostrado en el problema 5.34 para indicar el movimiento electrónico en cada paso.

Allison Krajewski

Allison Krajewski

Numerade Educator

Problem 36

La reacción del ion hidróxido con clorometano para producir metanol y ion cloruro es un ejemplo de un tipo de reacción general llamado reacción de sustitución nucleofilica:

$$
\mathrm{HO}^{-}+\mathrm{CH}_3 \mathrm{Cl} \rightleftarrows \mathrm{CH}_3 \mathrm{OH}+\mathrm{Cl}^{-}
$$

El valor de $\Delta H^{\circ}$ para la reacción es de $-75 \mathrm{~kJ} / \mathrm{mol}$ y el valor de $\Delta S^{\circ}$ es de $+54 \mathrm{~J} /(\mathrm{K} \cdot \mathrm{mol})$. ¿Cuál es el valor de $\Delta G^{\circ}(\mathrm{en} \mathrm{kJ} / \mathrm{mol})$ a 298 K ? ¿Es la reacción exotérmica o endotérmica? ¿Es exergónica o endergónica?

Crystal Wang

Numerade Educator

Problem 37

El amoniaco reacciona con el cloruro de acetilo $\left(\mathrm{CH}_3 \mathrm{COCl}\right)$ para dar acetamida $\left(\mathrm{CH}_3 \mathrm{CONH}_2\right)$. Identifique los enlaces que se rompen $y$ forman en cada paso de la reacción y dibuje flechas curvas para representar el flujo de electrones en cada paso.

Crystal Wang

Numerade Educator

Problem 38

El estado natural de la molécula de $\alpha$-terpineol se biosintetiza por una ruta que incluye el siguiente paso:
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(a) Proponga una estructura probable para el carbocatión isomérico intermediario.
(b) Muestre el mecanismo de cada paso en la ruta biosintética, utilizando flechas curvas para indicar el flujo electrónico.

Crystal Wang

Numerade Educator

Problem 39

Pronostique el (los) producto(s) de cada una de las siguientes reacciones biológicas interpretando el flujo de electrones indicado por las flechas curvas:
a. graph cant copy
b. graph cant copy
c. graph cant copy

Julia G.

Numerade Educator

Problem 40

En principio, la reacción del 2-metilpropeno con HBr podría llevar a una mezcla de dos bromuros de alquilo como productos de adición. Nómbrelos y dibuje sus estructuras.

Julia G.

Numerade Educator

Problem 41

Dibuje las estructuras de los dos carbocationes intermediarios que podrían formarse durante la reacción del 2-metilpropeno con HBr (problema 5.40). En el siguiente capítulo veremos que la estabilidad de los carbocationes depende del número de sustituyentes alquilo unidos al carbono cargado positivamente - cuanto más sustituyentes alquilo haya, más estable es el catión-. ¿Cuál de los dos carbocationes intermediarios que dibujó es el más estable?

Crystal Wang

Numerade Educator