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SOLUCIONARIO
Guía Estándar Anual
Reactividad en química orgánica II
SGUICES040CB33-A16V1
Ítem
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Alternativa
B
E
D
B
A
E
D
B
C
C
B
A
D
C
E
D
E
D
D
A
C
B
B
E
A
Habilidad
Comprensión
Comprensión
Aplicación
Aplicación
Aplicación
Comprensión
Comprensión
Aplicación
Aplicación
Comprensión
Comprensión
Aplicación
Comprensión
Aplicación
Reconocimiento
ASE
Comprensión
Aplicación
Comprensión
Comprensión
Aplicación
Aplicación
Comprensión
Comprensión
Comprensión
EJERCICIOS PSU
Ítem
Alternativa
Defensa
1
B
Al oxidar alcoholes primarios se espera la obtención de
aldehídos, mientras que al oxidar alcoholes secundarios aparecen
cetonas. Los alcoholes terciarios son resistentes a la oxidación.
Los ácidos carboxílicos provienen de una oxidación fuerte o
doble oxidación de alcoholes primarios, es decir, primero deben
oxidarse a aldehídos y luego se oxidan a ácidos orgánicos.
2
E
Habilidad de pensamiento científico: Identificación de teorías y
marcos conceptuales, problemas, hipótesis, procedimientos
experimentales, inferencias y conclusiones, en investigaciones
científicas clásicas o contemporáneas.
Lo señalado en el enunciado corresponde a la regla de
Markovnikov, que establece que al realizar una reacción de adición
de un hidrácido sobre un alqueno, mayormente, el protón (H+) se
unirá al carbono con mayor número de hidrógenos y el halógeno
al carbono con menor número de hidrógenos.
Lo anterior corresponde a una generalización de lo observado por
Markovnikov para una serie de reacciones de adición (E correcta).
Una ley es una descripción de una regularidad observada en la
naturaleza, basado en la evidencia científica. Una regla también
corresponde a una descripción, pero de un patrón de carácter más
particular, que sirve para hacer predicciones sobre los resultados de
futuros experimentos (A incorrecta).
Una teoría y una hipótesis, por el contrario, no son descripciones,
sino que tienen carácter explicativo, es decir, proponen un
mecanismo por el que se originan determinados fenómenos (B y C
incorrectas).
Un procedimiento experimental debe detallar cada uno de los pasos
seguidos para llevar a cabo un experimento, de forma que se pueda
replicar. En el texto del enunciado no se describe ningún paso
experimental (D incorrecta).
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D
La reacción indicada corresponde a una nitración, en donde un H
del benceno es reemplazado por un grupo nitro (-NO2). La
sustitución ocurre por un ataque electrofílico del ion NO2+ a los
electrones uno de los dobles enlaces del anillo, seguido por la
adición de un hidrógeno, recuperando la aromaticidad. Por lo tanto,
corresponde a una sustitución electrofílica aromática (D correcta;
E incorrecta).
Los compuestos aromáticos no llevan a cabo reacciones de adición
(A y B incorrectas).
En una reacción de eliminación, se libera algún átomo o grupo de
átomos de una molécula, con formación de un doble enlace, lo que
no ocurre en este caso, ya que se mantiene el número de dobles
enlaces y hay un reemplazo de un átomo por otro grupo de átomos
(C incorrecta).
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B
La reacción descrita corresponde a una sustitución, donde el
halógeno (Br) desplazará a un hidrógeno del alcano. La
halogenación fotoquímica ocurre a través de un mecanismo
radicalario, por lo que tenderá a producirse mayormente el producto
que derive del radical más estable del 2-metilpentano. La estabilidad
de los radicales libres, al igual que la de los carbocationes, varía
como se muestra en la siguiente imagen.
Por lo tanto, el radical más estable se formará si el carbono terciario
del 2-metilpentano (carbono 2) soporta el electrón desapareado. Así,
observamos que el Br tenderá a unirse con mayor frecuencia al
carbono que posee un radical metil, formándose principalmente 2bromo-2-metilpentano (B correcta). A continuación, se muestra el
mecanismo de la reacción para el 2-metilbutano.
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A
Esta reacción implica una adición de agua a dos dobles enlaces,
aplicándose las mismas condiciones que en el caso de la regla de
Markovnikov. Eso significa que el grupo –OH (nucleófilo) se unirá al
carbono con menor número de hidrógenos.
2 H2O + CH2=CH-(CH2)2-CH=CH2  CH3-CH(OH)-(CH2)2-CH(OH)-CH3
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E
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D
La reacción representada muestra un hidrocarburo de cadena lineal
en los reactivos, y luego una cadena ramificada como producto,
pero manteniendo el número de átomos de carbono e hidrógeno, por
tanto, corresponde a una isomerización.
El examen conocido como “alcotest” se utiliza para detectar
indirectamente la presencia de alcohol en la sangre, mediante la
reacción del etanol presente en la respiración. Específicamente,
consiste en que el conductor infle un globo a través de un tubo que
contiene dicromato de potasio y ácido sulfúrico impregnado sobre un
soporte inerte en polvo (gel de sílice). El alcohol (etanol, un alcohol
primario) contenido en el aire espirado es oxidado a ácido acético,
y su presencia puede ser comprobada por su olor característico; el
dicromato de potasio, en tanto, se reduce a sulfato de cromo (III), y
su presencia se comprueba por el color verde característico de esta
sustancia. Por lo tanto, ocurre una reacción de oxidación de un
alcohol primario (D correcta).
Como el etanol es un alcohol primario, se descartan las alternativas
B y E.
La deshidratación de un alcohol primario, corresponde a una
reacción de eliminación, con formación de un alqueno (C incorrecta).
En reacciones orgánicas, la oxidación implica la eliminación de
hidrógeno de un enlace o insertar oxígeno en una molécula y la
reducción implica retirar oxígeno de una molécula o introducir
hidrógenos. En este caso, se produce un aumento del número de
oxígenos y disminución de hidrógenos, por lo que corresponde a una
oxidación (A incorrecta).
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B
La parte nucleofílica del HBr es el bromo (Br-), ya que él tiene 3
pares de electrones no enlazantes. Esta parte se adiciona al
carbono 2 del compuesto, ya que sigue la regla de Markovnikov,
según la cual “el hidrógeno va al carbono con más hidrógeno”, por lo
tanto el bromo irá al otro carbono del doble enlace.
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C
Para que se sature la molécula, se debe romper el doble enlace y
adicionar algún átomo, ya sea de hidrógeno, halógeno, u otro, para
que el carbono siga cumpliendo su octeto, como se muestra a
continuación para el eteno:
En este caso se debe adicionar un bromo en cada carbono donde
había un doble enlace, por lo tanto se necesitarán 4 átomos de
bromo.
2 Br2 + CH2 = CH – CH = CH – CH3 → (CHBr)4 – CH3
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C
Las reacciones de eliminación permiten que, ante la salida de dos
sustituyentes, o de un sustituyente acompañado de un hidrógeno,
o de dos átomos de hidrógeno, se pueda establecer un doble
enlace por formación de un enlace pi (π). Por lo tanto, esta reacción
aumenta el número de enlaces π en la molécula (opción III correcta).
Las reacciones de adición permiten saturar un alqueno o alquino,
formando un alcano, por lo que reduce el número de enlaces π.
Las reacciones de sustitución consisten en un reemplazo de un
átomo o grupo de átomos por otro, por lo que no afectan a enlaces π
(opción II incorrecta).
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B
Los compuestos saturados poseen enlaces de mayor estabilidad
correspondientes a los de tipo sigma (σ). Estos se pueden romper a
través de reacciones de combustión, sin formación de nuevos
enlaces, generándose una gran liberación de energía (B correcta).
La adición afecta a los enlaces π, aumentando el número de
enlaces σ en una molécula (A incorrecta). La halogenación puede
referirse a una reacción de adición de halógenos o a una
sustitución de un hidrógeno por un halógeno en un alcano. En esta
última, se rompe un enlace σ, pero se forma otro (C incorrecta).
La condensación produce la ruptura de ciertos enlaces σ y
formación de otros nuevos, por lo que no reduce el número total (E
incorrecta). La polimerización es la formación de polímeros, que
puede ocurrir por condensación o por adición (D incorrecta).
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A
En la reacción de adición de un hidrácido (en este caso HBr) a un
alqueno asimétrico, se pueden obtener dos productos, dependiendo
de dónde se adicione el halógeno. En este caso se obtiene 1-bromo4-metilpentano y 2-bromo-4-metilpentano, siendo este último el
producto mayoritario, de acuerdo a la regla de Markovnikov. Esta
señala que el hidrógeno se adiciona al carbono del doble enlace con
más hidrógeno y el bromo al otro carbono.
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D
En las reacciones de sustitución, los átomos son intercambiados.
En este caso, el bromo pasa al compuesto orgánico, eliminándose
un hidrógeno del compuesto orgánico para formar una molécula
inorgánica (HBr) (D correcta).
Una reacción de condensación corresponde a la unión de dos
moléculas, formando un solo producto, con liberación de una
molécula de agua (C incorrecta).
En la adición, no hay reemplazo de un átomo por otro, sino que se
añaden átomos a un doble enlace (B incorrecta).
El cracking es la descomposición de una molécula compleja en
otras más pequeñas (E incorrecta). La combustión consiste en la
descomposición de un compuesto orgánico en presencia de oxígeno
molecular para producir agua y dióxido de carbono (CO2) (C
incorrecta).
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C
La reacción representada consiste en la oxidación de un alcohol
secundario, llamado 2-butanol. Su oxidación genera cetonas, en
este caso se produce etilmetilcetona o 2-butanona.
15
E
El objetivo de la hidrogenación es eliminar las insaturaciones
(enlaces π) con la adición de hidrógeno, para generar alcanos, que
son compuestos saturados.
A continuación se muestra un ejemplo de reacción de
hidrogenación, en el cual, el 2-buteno en presencia de un
catalizador (platino) se transforma en butano.
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D
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E
Dado que el enlace π es más débil que el enlace σ, se rompe
durante una reacción de adición, permitiendo la incorporación del
hidrógeno y del cloro. Dado que el hidrógeno se une al carbono
terminal, se observa un cumplimiento de la regla de Markovnikov.
En general, son las reacciones de adición electrofílica aquellas que
siguen dicha regla. En este caso se trata específicamente de una
hidrohalogenación o adición electrofílica de hidrácidos.
Habilidad de pensamiento científico: Procesamiento e
interpretación de datos y formulación de explicaciones, apoyándose
en los conceptos y modelos teóricos.
Para la reacción de sustitución
CH3-CH2-CH3 + Cl2
luz
→ CH3-CHCl-CH3 + HCl
El sustrato corresponde a CH3-CH2-CH3 que será la molécula en la
cuál tiene lugar la sustitución.
El reactivo corresponde al Cl2 que será el átomo o grupo de átomos
que ataca al sustrato.
El grupo saliente corresponde a HCl, que contiene el hidrógeno
que es expulsado del sustrato.
Y el producto corresponde a CH3-CHCl-CH3 que es el resultado de
la sustitución del grupo saliente por el reactivo.
18
D
Para cumplir con la regla de Markovnikov, el átomo de carbono
asociado al doble enlace con mayor número de hidrógenos debe
recibir al hidrógeno del ácido. El bromo del ácido será añadido al
carbono con mayor cantidad de sustituyentes (menor número de
H).
De esta forma, como producto de la reacción entre el 1-buteno y el
ácido bromhídrico, se obtendrá principalmente 2-bromobutano.
19
D
La reacción de un alcano con Cl2 (reacción I), en presencia de luz
ultravioleta, da como resultado un cloruro de alquilo. Esta reacción
corresponde a una reacción de halogenación, un tipo de
sustitución.
Para la reacción II y III, el doble enlace carbono-carbono es rico en
electrones y puede ceder un par a un electrófilo (ácido de Lewis),
por lo que se trata de reacciones de adición electrofílica. El agua
es un ácido muy débil, con una concentración de protones
insuficiente para iniciar la reacción de adición electrófila. Es
necesario añadir al medio un ácido (H2SO4) para que la reacción
tenga lugar. Esta adición de agua frente al alqueno genera un
alcohol como producto. La adición electrofílica de HX a los alquenos
es posible no solo con HBr, sino también con HCl y HI.
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A
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C
La reacción entre el cloruro de etilo (CH3CH2CI) e hidróxido de
sodio (NaOH), presentada en el ejercicio, corresponde a un ejemplo
de sustitución nucleofílica bimolecular, donde una especie rica
en electrones (nucleófilo) ataca a un centro de baja densidad
electrónica.
La reacción descrita corresponde a la adición de un halógeno a un
alqueno, uniéndose cada átomo de bromo a un carbono del doble
enlace.
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B
El tratamiento de alcoholes con ácido a temperaturas elevadas
genera alquenos por perdida de agua.
23
B
La saturación de compuestos insaturados, como los ácidos grasos
de los aceites vegetales, se lleva a cabo mediante reacciones de
hidrogenación (adición de H2), en presencia de catalizadores
como el paladio (Pd) o el níquel (Ni).
Si bien es posible adicionar halógenos, agua e hidrácidos a una
insaturación, en este caso se busca solo saturar los ácidos grasos,
manteniendo su identidad química, en tanto que la adición de
halógenos, agua o hidrácidos daría origen a compuestos distintos,
no ácidos grasos (que aparte el grupo carboxilo, solo contienen C e
H).
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E
Las reacciones de eliminación, son aquellas en las que la
molécula pierde dos átomos o grupos de átomos que están en
carbonos vecinos, formándose un enlace π y como consecuencia
una insaturación (doble o triple enlace).
Por el contrario, en las reacciones de adición, una molécula se
agrega a un enlace múltiple. Como consecuencia, desaparece el
enlace π y se forman dos enlaces σ.
25
A
De las reacciones representadas, solo la de la alternativa A
representa una sustitución, concretamente una sustitución
aromática, donde el reactivo reemplaza un átomo de hidrógeno del
benceno.
Las reacciones de las alternativas B y E son de adición, la de la
alternativa C de isomerización o transposición y la de la
alternativa D, de eliminación.