Examen BQOI Junio 1998

BASES DE LA QUÍMICA ORGÁNICA INDUSTRIAL
8 de Junio de 1998
1. Indique los pasos intermedios y estructura del polímero resultante en la
polimerización del fenol con formaldehido.
La polimerización del fenol con formaldehido nos da el fenol-formaldehido o
baquelita, que es una resina.
El resultado de esta resonancia es la formación de un electrófilo que a continuación
atacará al fenol y por ser el fenol un grupo activante se posicionará orto y para. Al
estar en medio ácido los protones se unen con OH y se liberan moléculas de agua,
formándose puentes de metileno que sirven para enlazar a las distintas moléculas.
OH
HO
OH
O
H2CHO
CH2OH
CH2
H+
CH2OH
OH
OH
H2
C
H2
C
H 2C
CH2
OH
CH2
H 2C
H 2C
OH
H2
C
H 2C
OH
CH2
HO
CH2
CH2
2. Monómeros y estructura finalde los policarbonatos.
Los policarbonatos se obtienen con dos monómeros:
a)Bisfenolato
CH3
ONa
C
ONa
CH3
b)Fosgeno
Cl
C
Cl
O
Su estructura final es:
CH3
O
CH3
C
O
C
CH3
3.
O
O
C
CH3
n
a) Justifique porqué el tratamiento de trans-1-fenil-2-buteno con ácidos da
lugar a la formación del compuesto A.
b) Indicar el producto de la reacción de bromo en presencia de tricloruro de
aluminio con el compuesto B.
CH3
O2N
B
A
A)
H+
+
+
- H+
Es una alquilación Friedel-Crafts pero es
intramolecular.
B)
Br
Br 2
O 2N
AlCl 3
O 2N
+
4. Explique claramente en que consiste y que finalidades tiene el reformado del
nafta.
El reformado del nafta consiste en:
Nafta → mezclas de B, T, X muy ricas (30%)
Se rompen pocos enlaces, varía poco la longitud de las cadenas y se producen pocos
gases.
Este proceso transforma:
Alcanos abiertos → alcanos cíclicos
Alcanos cíclicos → alquenos cíclicos
Alquenos cíclicos → hidrocarburos aromáticos
Su finalidad es la de:
- aumentar la calidad (IO) de las gasolinas:
de 40 ó 50 octanos a +90 octanos (mediante el aumento de la
proporción de aromáticos)
- Obtención de productos primarios para la industria orgánica (B,T,X)
5.
Diferencia entre fibra y elastómero. Ponga un ejemplo de cada uno de ellos.
La diferencia entre fibra y elastómero radica en su estructura.
La fibra posee estructura de cadena lineal con interacciones fuertes entre
moléculas (Puentes de H, dip-dip), lo que les confiere resistencia. Por ej: Nylon 6
O
O
O
5C
5C
Nylon 6
N
C
N
C
N
C
H
H
H
Los elastómeros poseen también estructura de cadena lineal, aunque por no
poseer ramificaciones, como las fibras, la interacción entre moléculas es débil, lo que
permite que al ser estirados las cadenas se alineen aumentando su longitud y luego
volviendo a su forma original al cesar la fuerza. Por ej: caucho natural:
6. Estructura de las resinas de poliester.
Con ácidos dicarboxílicos (o sus anhídricos) y polialcoholes (glicarina,
pentaeritritol, etc.) se obtienen poliesteres tridimensionales infusibles, con
polimerización cruzada, que son resinas de gran consumo en la industria de las
pinturas y se llaman “resinas alquídicas” y “gliptales”. Las de mayor producción se
fabrican con anhídrido ftálico y glicerina.
anhídrico ftálico
glicerina
O
C
n
H2COH
O
CH2OH
C
O
O
C
C
O
O
OH
-H2O 250ºC
O
C
H2
H
C
C
H2
OH
O
C
C
O
O
O
C
C
O
O
O
C
H2
H
C
OH
C
-H2O
O
C
O
O
O
C
C
O
O
C
C
O
O
O
C
H2
H
C
C
H2
O
O
O
C
H2
O
C
H2
H
C
O
C
O
C
O
C
O
C
O
C
H
C
H2
O
C
C
O
O
O
C
H2
C
H
7. La reacción de 1-metilciclohexeno(A) con ácido clorhídrico da el compuesto B
mientras que el tratamiento de A con agua en medio ácido da el compuesto C.
Dibuje la estructura de los compuestos A,B y C y ordénelos por orden de
ebullición. Indique si alguno de ellos es soluble en agua.
CH3
H 3C
Cl
H
HCl
por Markornikov
A
B
CH3
H 3C
OH
H
H2O
A
por Markornikov
C
Para clasificar los compuestos según su punto de ebullición nos hemos de fijar en su
estructura y el tipo de interacciones que hay entre las moléculas. El compuesto C es un
alcohol y, por tanto, presenta puentes de hidrógeno que harán más fuerte a la molécula,
siendo así su punto de ebullición el más alto de los tres compuestos. Los otros dos
tendrán similar punto de ebullición pues presentan mismas interacciones (fuerzas de
Van der Waalls) pero la diferencia está en que en el B hemos sustituido un H por un Cl
con lo cual aumenta la masa del compuesto, y a mayor masa mayor punto de ebullición.
Para saber si un compuesto es soluble en agua hemos de estudiar su estructura y
compararla con el agua pues sabemos que lo semejante disuelve a lo semejante. El
compuesto A no será soluble en agua pues no tiene ningún grupo O-H, N-H. El
compuesto B tampoco lo será por la misma razón y, además tiene un grupo Cl, siendo
los halógenos insolubles en agua. El compuesto C pese a poder formar ptes. de
hidrógeno no es soluble debido al benceno al que está enlazado.
8. a)Ordenar según su acidez: acetona, butano, ácido tricloroacético, 2-propanol y
fenol.
b)¿Qué base es más fuerte (CH3)3N ó (CF3)3N?. Explicar.
A)
Cl
1º
Cl
C
C
OH
Cl
3º
H 3C
OH
2º
O
H
C
4º
H3C
CH3
C
O
OH
5º H C
3
B)
9.
C
H2
CH3
C
H2
CH3
El (CH3)3N será más básico puesto que el N, por efecto inductivo, atrae a los
electrones de los H haciendo que el N pueda aceptar un protón.
a)Sintetizar a partir de benceno y los reactivos necesarios el (1-cianoetil)
benceno.
b) Indicar como realizar la siguiente transformación:
O
?
A)
Br
H 2C
CH3
CH
CN
CH3
CH
CH
3
CH3CH2Cl
AlCl 3
Br 2
hu, Tª
CN-
B)
OH
Br
OH-
Br 2
hu / Tª
SN
O
CrO7-2
10. Cómo se puede obtener a partir de etileno y los reactivos necesarios los
siguientes compuestos: a) cloruro de vinilo, b)óxido de etileno, c) etilenglicol,
d)estireno y e) etilbenceno.
H2C
CH2
+ Cl2
HC
CCl4
Cl
O
CH
H 2C
Cl
CH
cloruro
de
vinilo
Cl
C O O H
H2C
H 2C
CH2
CH2
H2C
CH2
KOH
EtOH/Tª
oxido de etileno
O
MnO 4HC
CH
OH
H 2C
CH2
etilenglicol
Cl
OH
Cl2
+
H
hu, Tª
estireno
(Alquilación Friedel-Craft)
H
C
H2
C
CH2
CH3
H2
Pt
etilbenceno
H2
C
H 2C
CH3
CH2Cl
AlCl 3
11. Indicar que producto se forma al hacer reaccionar el 2-cloro-2-(4clorofenil)propano con a) etóxido sódico y b) agua.
CH3
H 3C
H 3C
C
EtO -Na+
CH3
H 3C
C
Cl
Cl
Cl
OH
C
Cl
CH3
H2O
H 3C
C
Cl
CH2
ELIMINACIÓN
CH3
SUSTITUCION
NUCLEOFILICA
12. a) Sintetizar a partir de compuestos de uno y dos carbonos el 2-metil-2-hexanol.
b) A partir de cual de los siguientes haluros orgánicos de pueden preparar
reactivos de Grignard: 4-bromo-1-butanol; 5-bromo-1-pentino; 1-bromo-1buteno; y 4-bromofenol. Explicar.
Mg
CH3
CH3
CH2
Cl
CH2
CH3CH2CH2CH2Cl
CH2
SOCl
C
H2
C
H2
CH2MgCl
+
CH2
CH2
CH2
OH
CH3
O
CH3
O
perácido
CH2
CH2MgCl
O-
H2O
CH2
CH3
C
H2
C
H2
CH2
Mg
CH3CH2CH2CH2MgCl
O
HC
CH
NaNH2
HC
C-
CH3Br
CH3
C
CH
H2O
HgSO 4
CH3
C
CH3
O
H 3C
C
H2
C
H2
CH2MgCl
+
H 3C
C
CH3
H+
OH
H 3C
C
H2
C
H2
C
H2
C
CH3
2-metil-2-hexanol
CH3
B)
4-bromo-1-butanol: con este haluro de alquilo no se puede formar un reactivo
de Grignard ya que tenemos una función alcohol que también reacciona con el Mg.
4-bromofenol: estamos en el mismo caso que en el compuesto anterior, tenemos
un grupo OH- que reacciona con el Mg
5-bromopentino: en este caso el carbono del triple enlace es ácido con lo que
no puede entrar en contacto con el Mg
1-bromo-1-buteno: si que formara reactivo de Grignard aunque el haluro sea de
vinilo o arilo.
4-bromofenol: no se forma el reactivo de Grignard, el OH destruye al Grignard
13. Indique los monómeros precursores de los siguientes polímeros: a) PVC; b)
teflón; c) poliestireno; d) caucho natural; e) Nylon 6,6 y f) polimetacrilato de
metilo.
F
H22C
cloruro de vinilo
CH2
CF
PVC
Cl
tetrafloruro de etileno
HOOC
H 2C
H2N
CH3
C
COOH
H2 4
C
C
OCH3
C
NH2
H2 O6
H
C
teflón
metacrilato
isopreno
polimetacrilato
caucho natural
estireno
poliestireno
CH3
ácido adípico
Nylon 6,6
1,6-Hexametilendiamina
14. a)¿Cómo se generó en prácticas el acetileno?. ¿Qué reacciones se llevaron a
cabo para su caracterización y qué se observó en cada caso?.
b) ¿Qué materias primas son necesarias para la preparación del jabón?. ¿Qué
reacción tiene lugar?.
15.
a)Justificar porqué el tratamiento de ciclohexanona con hidróxido sódico da
lugar a la formación de
O
La formación de este compuesto se debe a una reacción de condensación
aldólica, propia de los compuestos que contienen pgrupos carbonilo (aldehidos y
cetonas) que produce como resultado el aumento de la cadena de carbonos duplicando
el número de stos y apareciendo 2 funciones: El grupo carbonilo que se conserva y la
función alcohol que, en presencia de base, como en este caso elimina y nos da el
correspondiente doble enlace.
Para que estas reacciones se den es necesario la presencia de este grupo
carbonilo y un grupo OH- que sirve para formar el compuesto que se unirá al al
carbono. Esto se debe a la acidez de los carbonos que se encuentran en la posición α,
posición contigua al grupo carbonilo que generan.
O
b)Justificar la siguiente transformación:
O
OH-
CH3
O
Al haber 2 funciones cetona en el compuesto inicial, al entrar en contacto con el
OH , las dos tenderán a reaccionar por igual con lo que el resultado final será una
función cíclica.
O
O
-
O
OH-
H+
aldólica
intramolecular
O
O-
O
H+
O
CH3
-H2O
OH
CH3
O-
CH3
16. Indicar diferencias en los mecanismos de reacción y en los productos que
resultan al hacer reaccionar bromuro de fenilmagnesio con: a) acetona y b)
ciclopropilmetanoato de metilo.
A)
MgBr
O-
O
H 3C
C
CH3
H 3C
+
C
OH
CH3
H+
H 3C
C
CH3
El producto será un alcohol terciario. El reactivo de Grignard ataca a la cetona
en el carbono carbonílico formando siempre:
OH 3C
C
CH3
Nu
B)
MgBr
O-
O
C
+
C
O
CH3
2 moles
O-
H+
C
El compuesto reacciona con 2 moles de bromuro de fenilmagnesio, así primero
el benceno entrará al C y el MgBr+ atacará al doble enlace con O, y después, debido al
exceso de MgBr+ este atacará al -O-CH3 y entrará en su posición el otro benceno. El
producto será un alcohol terciario.
17. Obtener con el menor numero de subproductos a partir de benceno o tolueno:
ácido 2-cloro-5-nitrobencenosulfónico y el ácido 4-clorobenzoico.
H+
HSO3
A)
Cl
Cl2
HNO3
AlCl 3
H2SO4
Cl
Cl
H2SO4
SO3
2O N
O 2N
B)
O
CH3
CH3
C
OH
Cl2
MnO 4-
AlCl 3
Cl
Cl
18. Método para mejorar el índice de octanos de las gasolinas.
Añadir aditivos: como puedan ser el tetraetilplomo, aunque este ya no es usado
debido a que contiene Pb y por ello es contaminante, o el MTBE (metilterbutil éter):
CH3
H3C
C
O
CH3
MTBE
CH3
Añadir compuestos como el Benceno, Tolueno y Xileno, llegando a conseguir
gasolinas con un índice de octano superior a 100.
Formar el GASOLHOL, que es una mezcla de gasolinas con alcohol.
Mezclar gasolinas con otras con IO superiores.
19.
Dependiendo de la naturaleza del grupo saliente (L), el compuesto CH3CH3-L
puede sufrir o no sustitución nucleofílica con un alcóxido (R-O-). Ordene según
su reactividad los siguientes casos: L=H,Cl, NH2, Br, OCOCH3, NH2.
Un grupo es mejor grupo saliente cuanto menos básico, por tanto bastará con
comparar sus pKa. Así:
pKa
H2/H35
HCl/Cl
0
NH3/NH230
Br- > Cl- > CH3COO- > NH2- >
H
HBr/Br-3
CH3COOH/CH3COO- -5
20. Tipos de surfactantes o tensoactivos.
Aniónicos:
Son lineales y presentan alguna insaturación. La parte polar posee carga negativa.
Jabones: son sales sódicas de ácidos grasos, muy sensibles al Ca por lo que
no funcionan en aguas.
Alquilsulfatos: están completamente saturados.
Alquilbencenosulfonatos: si la parte polar es lineal el compuesto es
biodegradable.
O
O
R
O-
S
R
S
O
12 C
O-
O
12-20 C
(alquilbencenosulfonato)
(sulfonato)
O
R
Na+
C
O
-
Jabones
Cationicos:
Son los que poseen la parte polar con carga positiva
CH3
R
N
alquiltrimetilamonio
CH3
CH3
12-20 C
Neutros:
- polietoxilatos
- polietiloglicoles
- polioles
R
C
H2
O
C
H2
H
C
H
C
H
C
CH2
OH
OH
OH
OH
Eter de polialcohol
O
R
C
O
-
H2
C
Ester de polialcohol
H
C
H
C
H
C
CH2
OH
OH
OH
OH
21. Resuma brevemente la importancia de la Química Orgánica para un Ingeniero
Industrial.
Uno de los aspectos fundamentales en la formación del ingeniero industrial debe ser la
química orgánica. No hay más que mirar a nuestro alrededor para darse cuenta de que la
química del carbono está presente en la mayoría de las cosas que vemos y usamos todos
los días, y detrás de todos estos objetos, existe una gran industria encargada de
investigar y elaborar estos y nuevos productos. Es aquí donde el ingeniero industrial
lleva a cabo su trabajo, por lo que, en un mundo donde esta ciencia tiene y tendrá cada
vez más importancia, no se puede dejar que la formación de un ingeniero tenga un
hueco tan grande de conocimiento como el que deja la química orgánica.
Un ingeniero que no tenga soltura en esta ciencia tendrá bastante mermadas sus
posibilidades laborales.