Ejercicios: Principales reacciones orgánicas

El propeno ($\mathrm{CH_3-CH=CH_2}$) experimenta una reacción de adición electrófila al tratarse con agua en presencia de ácido sulfúrico diluido como catalizador, siguiendo la regla de Markovnikov (el protón se adiciona preferentemente al carbono con mayor número de hidrógenos).

1. a) Formule y nombre el reactivo de partida y el producto orgánico mayoritario obtenido en esta hidratación.
2. b) Justifique razonadamente por qué no se obtiene de forma mayoritaria el propan-1-ol.

La combustión completa de alcoholes genera dióxido de carbono y vapor de agua, liberando una notable cantidad de energía térmica.

1. a) Escriba y ajuste mediante coeficientes estequiométricos enteros la ecuación química de combustión completa del etanol ($\mathrm{CH_3-CH_2OH}$).
2. b) Calcule el volumen de dióxido de carbono medido a $25\,^{\circ}\text{C}$ y $1{,}0\,\text{atm}$ que se desprende al quemar completamente $23{,}0\,\text{g}$ de etanol. Datos: masas atómicas relativas: $\mathrm{C}=12{,}0$; $\mathrm{H}=1{,}0$; $\mathrm{O}=16{,}0$; constante de los gases $R = 0{,}082\,\text{atm}\cdot\text{L}\cdot\text{mol}^{-1}\cdot\text{K}^{-1}$.

Los halogenuros de alquilo pueden experimentar transformaciones selectivas según la naturaleza del reactivo y el disolvente empleado.

1. a) Escriba la ecuación ajustada de la reacción de sustitución nucleófila entre el 1-bromopropano ($\mathrm{CH_3-CH_2-CH_2Br}$) y una disolución acuosa diluida de hidróxido de sodio a temperatura moderada, nombrando el producto orgánico formado.
2. b) Indique la estructura semidesarrollada y el nombre del producto que se obtendría si se somete el propeno formado en una reacción secundaria a una hidrogenación catalítica con $\mathrm{H_2}$ en presencia de níquel.

El comportamiento químico de un alcohol primario frente a un agente oxidante enérgico como el dicromato de potasio en medio ácido depende de las condiciones experimentales empleadas. Observe el siguiente esquema de transformación

1. a) Identifique razonadamente las fórmulas semidesarrolladas y los nombres sistemáticos de los productos orgánicos $\mathrm{A}$ y $\mathrm{B}$.
2. b) Justifique por qué la destilación inmediata del medio permite aislar selectivamente el compuesto $\mathrm{A}$, mientras que el reflujo prolongado con oxidante en exceso conduce a $\mathrm{B}$.

En un reactor cerrado de $1{,}00\,\text{L}$ a una temperatura constante de $25\,^{\circ}\text{C}$, se mezclan $2{,}00\,\text{mol}$ de ácido acético (ácido etanoico) y $2{,}00\,\text{mol}$ de etanol en presencia de una cantidad catalítica de ácido sulfúrico concentrado.

1. a) Formule la reacción de esterificación indicando los nombres del éster y del subproducto inorgánico formados.
2. b) Sabiendo que la constante de equilibrio adimensional para esta esterificación en disolución es $K_c = 4{,}00$ a dicha temperatura, calcule la cantidad de éster (en moles) presente en el equilibrio y el rendimiento porcentual del proceso. Inicialmente no hay éster ni agua. Suponga un medio ideal de volumen constante preparado con reactivos anhidros y, si es necesario, un disolvente inerte; incluya el agua formada en la expresión del equilibrio.

La hidrólisis básica o saponificación del acetato de etilo, $\mathrm{CH_3-COO-CH_2-CH_3}$, consume una base fuerte. a) Formule la ecuación molecular de su reacción con disolución acuosa de hidróxido de sodio y nombre los dos productos orgánicos obtenidos, uno de ellos en forma de sal. b) Se tratan $17{,}6\,\mathrm{g}$ del éster con $250\,\mathrm{mL}$ de $\mathrm{NaOH}$ $1{,}00\,\mathrm{mol}\cdot\mathrm{L}^{-1}$. Identifique el reactivo limitante y calcule la masa de acetato de sodio aislada si el rendimiento respecto al máximo estequiométrico es del $85{,}0\,\%$. Datos: masas atómicas relativas, C = 12,0; H = 1,0; O = 16,0; Na = 23,0.

Se desea sintetizar propanona en el laboratorio mediante una secuencia de dos etapas a partir de propeno. En la etapa 1, el propeno se hidrata en presencia de ácido sulfúrico acuoso según la regla de Markovnikov rindiendo un alcohol secundario como producto mayoritario. En la etapa 2, dicho alcohol se purifica y se oxida con dicromato de potasio en medio ácido para obtener propanona.

1. a) Formule las ecuaciones de ambas etapas, clasificando razonadamente cada reacción según el tipo de proceso orgánico (adición, sustitución, eliminación, oxidación-reducción).
2. b) Si se parte de $84{,}0\,\text{g}$ de propeno y la etapa 1 posee un rendimiento del $75{,}0\,\%$ mientras que la etapa 2 rinde un $80{,}0\,\%$, calcule la masa final de propanona pura obtenida. Masas atómicas: $\mathrm{C}=12{,}0$; $\mathrm{H}=1{,}0$; $\mathrm{O}=16{,}0$.

Se diseña una ruta de tres etapas consecutivas para sintetizar acetato de etilo a partir de eteno ($\mathrm{CH_2=CH_2}$):

Etapa 1: Hidratación ácida de eteno para obtener etanol con un rendimiento del $80{,}0\,\%$.

Etapa 2: Oxidación enérgica con reflujo de la mitad de los moles de etanol obtenidos en la etapa 1 mediante $\mathrm{KMnO_4/H^+}$ en exceso hasta ácido acético, con un rendimiento del $90{,}0\,\%$.

Etapa 3: Condensación (esterificación de Fischer) entre el ácido acético obtenido en la etapa 2 y la otra mitad de etanol reservada de la etapa 1.

1. a) Escriba las ecuaciones de las tres etapas indicando condiciones y catalizadores habituales.
2. b) Si se inicia el proceso con $112\,\text{g}$ de eteno y el rendimiento de la esterificación final (etapa 3) respecto al reactivo limitante es del $70{,}0\,\%$, calcule la masa de acetato de etilo obtenida. Masas atómicas: $\mathrm{C}=12{,}0$; $\mathrm{H}=1{,}0$; $\mathrm{O}=16{,}0$.

En un informe histórico de análisis orgánico se describen cuatro frascos sin rotular ($\mathrm{A}$, $\mathrm{B}$, $\mathrm{C}$ y $\mathrm{D}$), cada uno de los cuales contiene una de las siguientes sustancias líquidas puras: propanal, propanona, ácido propanoico y hex-1-eno. Para identificarlas se registraron tres ensayos químicos independientes, que se analizan como datos sin reproducirlos:

1. Adición de una disolución rojiza de bromo en tetracloruro de carbono: solo la sustancia $\mathrm{C}$ decolora la disolución de forma rápida e inmediata sin desprendimiento de gas.

2. Adición de disolución acuosa saturada de hidrogenocarbonato de sodio ($\mathrm{NaHCO_3}$): solo la sustancia $\mathrm{D}$ produce un burbujeo efervescente evidente.

3. Ensayo con reactivo de Tollens (disolución amoniacal de $\mathrm{Ag^+}$): la sustancia $\mathrm{A}$ forma un espejo plateado de plata metálica en las paredes del tubo al calentarse suavemente, mientras que $\mathrm{B}$ no produce cambio visible.

1. a) Asigne razonadamente cada sustancia a las letras $\mathrm{A}$, $\mathrm{B}$, $\mathrm{C}$ y $\mathrm{D}$.
2. b) Escriba las ecuaciones químicas correspondientes a los ensayos positivos descritos para $\mathrm{C}$ y $\mathrm{D}$.