anota tu c odigo y el nivel en que participas en la …...calcula el volumen de agua (en ml) que...

16
C ´ ODIGO: NIVEL: XXIII OLIMPIADA VERACRUZANA DE QU ´ IMICA 2013 Anota tu c´ odigo y el nivel en que participas en la parte donde se indica. Tienes 5 horas para contestar este examen. S´ olo puedes utilizar tu calculadora cient´ ıfica y las tablas anexas. Todo debe ser contestado a pluma, ya sea tinta negra o azul. No escribir en esta secci´on Jurado 1 Jurado 2 Problema 1: Qu´ ımica General Problema 2: Qu´ ımica Anal´ ıtica Problema 3: Fisicoqu´ ımica Problema 4: Qu´ ımicaInorg´anica Problema 5: Qu´ ımica Org´anica (s´ olo nivel A) Problema 6: Bioqu´ ımica (s´olo nivel A) PUNTAJE TOTAL ormulas: PV = nRT , Δ r G r H - T Δ r S = -RTlnKp, ln K = -Δ trans H/RT + b Ecuaci´ on de Nernst: E = E + RT zF ln ( Cox C red ) . Ecuaci´ on de Arrhenius: k = Ae -Ea/RT Ecuaciones cin´ eticas: orden 0: C = C 0 - kt, orden 1: C = C 0 e -kt , orden 2: C -1 = C -1 0 + kt Constantes: R =0,08205 L atm mol -1 K -1 , N A =6,022 × 10 23 mol -1 , h =6,626 × 10 -34 Js

Upload: others

Post on 09-Apr-2020

5 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Page 1: Anota tu c odigo y el nivel en que participas en la …...Calcula el volumen de agua (en mL) que debe ser adicionado para tener cada una de las disoluciones en una concentraci on de

CODIGO: NIVEL: XXIII OLIMPIADA VERACRUZANA DE QUIMICA 2013

Anota tu codigo y el nivel en que participas en la parte donde se indica. Tienes 5horas para contestar este examen. Solo puedes utilizar tu calculadora cientıfica ylas tablas anexas. Todo debe ser contestado a pluma, ya sea tinta negra o azul.

No escribir en esta seccion Jurado 1 Jurado 2Problema 1: Quımica GeneralProblema 2: Quımica AnalıticaProblema 3: FisicoquımicaProblema 4: Quımica InorganicaProblema 5: Quımica Organica (solo nivel A)Problema 6: Bioquımica (solo nivel A)PUNTAJE TOTAL

Formulas: PV = nRT , ∆rG◦ = ∆rH

◦ − T∆rS◦ = −RTlnKp, lnK = −∆transH/RT + b

Ecuacion de Nernst: E = E◦ + RTzF ln

(Cox

Cred

). Ecuacion de Arrhenius: k = Ae−Ea/RT

Ecuaciones cineticas: orden 0: C = C0 − kt, orden 1: C = C0e−kt, orden 2: C−1 = C−10 + kt

Constantes: R = 0,08205 L atm mol−1 K−1, NA = 6,022× 1023 mol−1, h = 6,626× 10−34 J s

Page 2: Anota tu c odigo y el nivel en que participas en la …...Calcula el volumen de agua (en mL) que debe ser adicionado para tener cada una de las disoluciones en una concentraci on de

Problema 1: Quımica General

1. ¿Cual es la masa molar del pirofosfato de magnesio (Mg2P2O7)?a) 206,6 g mol−1 b) 222,6 g mol−1 c) 198,3 g mol−1 d) 200,2 g mol−1

2. En 1995 se le otorgo el premio Nobel de Quımica al mexicano Mario Molina por sus estudios sobre ladescomposicion de ozono atmosferico ¿Cual es la formula quımica del ozono?a) O2 b) O3 c) O d) O4

3. ¿Cual es el porcentaje en masa de magnesio en el pirofosfato de magnesio?a) 21,83 % b) 50,31 % c) 32,75 % d) 27,85 %

4. ¿Cuantos moles de H2 hay en un recipiente de 24,4 L a 298 K y 1 atm?a) 0,5 mol b) 2,0 mol c) 1,5 mol d) 1,0 mol

5. ¿Cual del siguiente material de laboratorio es el mas adecuado para preparar una disolucion deHCl 0,01 mol L−1?a) matraz Erlenmeyer y vaso de precipitados b) matraz aforado y pipeta graduadac) matraz aforado y pipeta volumetrica d) vaso de precipitados y bureta

6. ¿Cual de las siguientes especies quımicas es una base de Lewis?a) H2 b) H+ c) OH− d) Li+

7. ¿Cual es el numero de oxidacion del cloro en el hipoclorito de sodio (NaClO)?a) +1 b) +3 c) +6 d) +7

8. ¿Cual de las siguientes sales produciran un aumento considerable de pH al ser disueltas en agua neutra?a) KCl b) NH4Cl c) NaCl d) Na2CO3

9. Supon que tienes 1 g de cada una de las sustancias que se enlistan en las respuestas ¿Cual de ellasocupara un mayor volumen a las mismas condiciones de temperatura y presion?a) Cl2 b) CH4 c) CH3CH3 d) Ar

10. ¿Cual de las siguientes disoluciones tendra el pH mas bajo?a) HCl (10−8 mol L−1) b) NaOH (10−6 mol L−1)c) NaCl (10−7 mol L−1) d) Na2CO3 (10−2 mol L−1)

11. Se dice que una reaccion es exotermica si su ∆rH◦ es

a) positivo b) negativo c) cero d) infinito

12. ¿Que volumenes de NaOH 0,5 M y HCl 0,1 M , respectivamente, deben mezclarse para obtener unadisolucion cuyo pH sea igual a 12,64?a) 20 mL y 30 mL b) 12 mL y 38 mLc) 15 mL y 35 mL d) 32 mL y 18 mL

13. ¿Cuantos iones Na+ hay en 1 mL de Na2CO3 (0,01 mol L−1)?a) 2,4× 1019 iones b) 6,0× 1018 ionesc) 1,2× 1019 iones d) 2,0× 10−5 iones

14. En 2010 Andre Geim y Konstantin Novoselov fueron galardonados con el premio Nobel de Fısica porel descubrimiento del grafeno. Al ser una sustancia formada de atomos de carbono sp2 se consideracomo una) alotropo de carbono b) isomero de polietilenoc) isotopo de carbono d) conformero de ciclohexano

2

Page 3: Anota tu c odigo y el nivel en que participas en la …...Calcula el volumen de agua (en mL) que debe ser adicionado para tener cada una de las disoluciones en una concentraci on de

15. La constante de equilibrio de una reaccion quımicaa) es independiente de la temperaturab) esta relacionada logarıtmicamente con el numero de moles del sistemac) tiene valores negativos cuando la reaccion inversa esta favorecidad) establece las proporciones de cantidad de sustancia de cada una de las especies quımicas involucradas

16. ¿Cual de las siguientes moleculas se comporta mas como un gas ideal a temperaturas altas y presionesbajas?a) N2 b) He c) F2 d) S2

17. La geometrıa molecular de la molecula XeF4 esa) tetraedrica b) piramidal c) angular d) cuadrada

18. ¿Cual es el sımbolo quımico del fosforo?a) P b) K c) Na d) F

19. ¿Cual de las siguientes sustancias es un alotropo del fosforo?a) fosforo verde b) fosforo rojo c) fosforo azul d) fosforo negro

20. ¿Cual de los siguientes compuestos es insoluble en agua?a) NaNO3 b) AgCl c) NaHS d) Pb(CH3COO)2

Problema 2: Quımica Analıtica

En este problema determinaremos una constante de asociacion usando HPLC (cromatografıa lıquida de altaeficiencia, por sus siglas en ingles). Se ha propuesto la siguiente forma de evaluar esta constante: el fragmentoque presenta la asociacion (•) se encuentra enlazado a una cadena que tiene en el otro extremo un grupo� que se desplaza por la cadena X − R, con lo que se obtiene un equilibrio cuya constante es Kr. Una vezformados los productos, se puede tener la asociacion por medio de un equilibrio con constante Ka, tal comose muestra en la siguiente figura.

La constante Kr puede determinarse en ausencia de asociacion; es decir,cuando ninguna de las cadenascontiene a (•). Se asume que la presencia o ausencia de dicho grupo no afecta el valor de Kr.

3

Page 4: Anota tu c odigo y el nivel en que participas en la …...Calcula el volumen de agua (en mL) que debe ser adicionado para tener cada una de las disoluciones en una concentraci on de

Para simplificar los esquemas anteriores, se representaran a los compuestos con letras. Para el primer esquema:

A + BKr−−⇀↽−− C + D

1. Escribe la expresion de la constante de equilibrio Kr.

2. Si consideramos a la reaccion de asociacion C C′ como una reaccion independiente, ¿Cual es la expresionde su constante de equilibrio?

Determinar Ka directamente no es posible ya que al equilibrio no puede conocerse la concentracion de Co C′; lo que puede determinarse es la suma de concentraciones de las dos especies: CT = [C] + [C ′]. Paraconocer Ka se toma el equilibrio condicional, esto es considerar todas las especies presentes al equilibrio. Laexpresion de la constante de equilibrio condicional (K ′r) es:

K ′r =[D]CT

[A][B]

3. Demuestra que K ′r = Kr(1 +Ka).

4

Page 5: Anota tu c odigo y el nivel en que participas en la …...Calcula el volumen de agua (en mL) que debe ser adicionado para tener cada una de las disoluciones en una concentraci on de

Para iniciar las mediciones en HPLC hace falta preparar disoluciones de A y B, ademas de disolucionesamortiguadoras. El sistema amortiguador a utilizar es H2PO –

4 /HPO 2 –4

4. Calcular los gramos de K2HPO4 y necesarios para preparar 100 mL de disoluciones 0,2 mol L−1 de cadauno de estos compuestos.

cantidad de K2HPO4 en g cantidad de KH2PO4 en g

5. El acido fosforico tiene los siguientes valores de pKa 2.15, 7.20 y 12.32. Calcula el pH de las disolucionesde la pregunta 4. Nota: pKa es el logaritmo negativo de la constante de acidez y no tiene relacion con laconstante de asociacion considerada en este problema.

pH de la disolucion de K2HPO4 pH de la disolucion de KH2PO4

Las disoluciones de K2HPO4 y KH2PO4 se usan para obtener un amortiguador de pH (un buffer). Para estose toman 23,4 mL de la disolucion de K2HPO4 y 36,6 mL de la disolucion de KH2PO4, llevandose hasta unvolumen de 120 mL.

6. Calcula la concentracion de fosfatos en la disolucion buffer. Nota: Cfosfatos = [K2HPO4] + [KH2PO4]

mol L−1

7. Calcula el pH de la disolucion buffer.

Ahora se tienen que preparar disoluciones de los compuestos A y B para realizar las curvas de calibracion(no se entrara en detalle sobre este aspecto, solo considera la preparacion de las disoluciones). Primeroprepararemos disoluciones madre de A y B. Para ello se pesan 5 mg de cada compuesto y se disuelven enagua hasta tener una concentracion de 2 mM (0,002 M).

8. Si el peso molecular de A es 475 g mol−1 y el de B 425 g mol−1. Calcula el volumen de agua (en mL)que debe ser adicionado para tener cada una de las disoluciones en una concentracion de 2 mM . Consideraque los 5 mg de cada compuesto no modifican el volumen.

volumen de agua para la la disolucion de A volumen de agua para la disolucion de B

Para realizar las curvas de calibracion se requiere 1 mL de disoluciones de A o B con las siguientes concen-traciones: 0.15, 0.125, 0.1, 0.075, 0.05, 0.025 y 0.0125 mM; ademas todas las disoluciones anteriores debentener una concentracion de fosfatos igual a 50 mM. Para facilitar el trabajo se decidio elaborar 10 mL deuna disolucion 0.15 mM a partir de la disolucion madre y el buffer de fosfatos (llamaremos a esta disolu-cion TUBO 1). A partir del TUBO 1 se hicieron diluciones para tener las concentraciones deseadas. Estas

5

Page 6: Anota tu c odigo y el nivel en que participas en la …...Calcula el volumen de agua (en mL) que debe ser adicionado para tener cada una de las disoluciones en una concentraci on de

diluciones fueron realizadas de la siguiente manera: cierto volumen del TUBO 1 se diluyo con el volumennecesario en el TUBO 2 hasta tener 1 mL. El TUBO 2 contiene una dilucion del buffer de manera quela concentracion de fosfatos es de 50 mM; para asegurar que todas las disoluciones a usar en la curva decalibracion tengan una concentracion de fosfatos de 50 mM.

9. Calcula el volumen de disolucion madre, el volumen de disolucion buffer y el volumen de agua requeridospara tener la disolucion del TUBO 1 (expresa tu resultado en mL).

volumen de disolucion madre volumen de disolucion buffer volumen de agua

10. Calcula el volumen de disolucion del TUBO 1 y del TUBO 2 necesarios para tener la disolucion cuyaconcentracion es 0.075 mM para la curva de calibracion (expresa tu resultado en mL).

volumen de disolucion del TUBO 1 volumen de disolucion del TUBO 2

Ahora supongamos que se han obtenido las curvas de calibracion satisfactoriamente y se procede a realizarlos experimentos para determinar Kr y Ka. Para determinar Kr se dijo previamente que tiene que tomarseen cuenta el siguiente equilibrio:

11. Se conoce que el compuesto C1 tiene un peso molecular igual a 375 g mol−1 y el peso molecular delcompuesto D es 125 g mol−1. ¿Cual sera el peso molecular del compuesto C?

g mol−1

El valor de Kr obtenido fue de 0.75. Ahora se procede a evaluar K ′r, se realizan los experimentos en el HPLCcon disoluciones 0.1 mM de A y B, ademas del buffer de fosfatos. Por medio del cromatograma y de lascurvas de calibracion se ha determinado que la concentracion total de C al equilibrio es 0.06 mM.

12. Calcula la concentraciones de A, B y D al equilibrio (en mol L−1), la constante K ′r y la constante Ka.

[A] [B] [D] K ′r Ka

Problema 3: Fisicoquımica

Parte 1: Equilibrio quımico de gases.

El dioxido de nitrogeno se encuentra en equilibrio con su dımero, segun la siguiente reaccion quımica:

2 NO2(g)N2O4(g)

6

Page 7: Anota tu c odigo y el nivel en que participas en la …...Calcula el volumen de agua (en mL) que debe ser adicionado para tener cada una de las disoluciones en una concentraci on de

A 25 ◦C y 1 atm de presion, la mezcla gaseosa al equilibrio tiene una densidad de 3,16 g L−1.

1. Calcula el peso molecular promedio de la mezcla gaseosa al equilibrio. Nota: toma a la mezcla gaseosacomo un gas ideal, recuerda que la densidad del gas aparece naturalmente en la ecuacion del gas ideal sise expresa explıcitamente al numero de moles como n = m/M , donde m es la masa del gas y M su pesomolecular.

2. Determina la fraccion mol de NO2 y N2O4 al equilibrio y a las condiciones dadas.

χNO2

χN2O4

3. Escribe la expresion de la constante de equilibrio KP de la reaccion de dimerizacion en terminos de laspresiones parciales de los gases involucrados.

4. Calcula el valor de la constante de equilibrio KP de la pregunta anterior.

Por otro lado, se tienen 1,206 g de un nitrato anhidro de un metal (del bloque d) divalente. Al calentarsedicha sal se descompone produciendo una mezcla de gases cuyo volumen es igual a 239 mL a 25 ◦C y 1 atmde presion.

5. Identifica al metal del nitrato. Nota: los productos de descomposicion del nitrato son 2 gases y un solido.Uno de los gases es NO2, el cual se dimeriza parcialmente segun el equilibrio planteado al inicio del problema.El otro gas no contiene nitrogeno.

6. Dar la reaccion quımica de descomposicion del nitrato del metal.

7

Page 8: Anota tu c odigo y el nivel en que participas en la …...Calcula el volumen de agua (en mL) que debe ser adicionado para tener cada una de las disoluciones en una concentraci on de

Parte 2: Metodo de Dumas.

El metodo de Dumas es una tecnica clasica para determinar la densidad de vapor de compuestos volatiles.En este metodo, una muestra lıquida se deja evaporar en un bulbo de vidrio que se mantiene a temperaturaconstante. El bulbo de vidrio entonces se sella con el vapor dentro y se deja enfriar a temperatura ambientepara posteriormente ser pesado. La masa del vapor se encuentra por diferencia de masas. Conocer la masade la muestra permite determinar la densidad de vapor a una temperatura y presion dadas.En un estudio de dimerizacion de acido acetico vaporizado (denotado como HA por simplicidad) por elmetodo de Dumas, la masa de sustancia contenida en un bulbo de 20 mL a 160 ◦C y 1 atm fue de 40.7 mg.En un segundo experimento llevado a cabo a 200 ◦C y 1 atm, la masa fue de 33.4 mg.

1. Escribe la reaccion de dimerizacion del acido acetico (HA).

2. Calcula el peso molecular promedio de la muestra vaporizada a 160 ◦C y 200 ◦C.

a 160 ◦C:

a 200 ◦C:

3. Calcula la constante de equilibrio de dimerizacion (Kdim) a las dos temperaturas (160 ◦C y 200 ◦C).

a 160 ◦C:

a 200 ◦C:

4. Calcula la fraccion mol del dımero a 160 ◦C y 200 ◦C.

a 160 ◦C:

a 200 ◦C:

5. La formacion del dımero esta favorecida por interacciones intermoleculares. En algunos disolventes, comoel benceno, puede formarse el dımero (HA)2. Sin embargo, en disolventes como el agua no se forma dichaespecie. Sugiere una explicacion para este hecho. Nota: se breve.

6. Calcula la entalpıa de dimerizacion del acido acetico.

kJ mol−1

8

Page 9: Anota tu c odigo y el nivel en que participas en la …...Calcula el volumen de agua (en mL) que debe ser adicionado para tener cada una de las disoluciones en una concentraci on de

Problema 4: Quımica Inorganica

Parte 1: Complejos.

Cuando se disuelve CrCl3 en agua se obtiene una disolucion de color verde claro. En la disolucion, los ionesCr3+ no se encuentran libres, sino formando un complejo con moleculas de agua (al cual llamaremos com-plejo A). Cuando a la disolucion de CrCl3 se le adiciona un poco de sosa acuosa diluıda se obtiene unprecipitado verde (complejo B). En este proceso se requieren x equivalentes de NaOH. El complejo B puedeser redisuelto si se trata con una disolucion concentrada de NaOH, con lo que se obtiene el complejo C. Eneste proceso se requieren x equivalentes de NaOH. Si el complejo A se trata con una disolucion diluıda deNH3 se obtiene el complejo B, pero si la disolucion es concentrada se obtiene el complejo D. Para obtener elcomplejo D se requieren 2x equivalentes de NH3. En todos los casos se tienen complejos hexa-coordinados.Recuerda que las especies con cargas son mas solubles en agua que las especies neutras.

1. Dar la configuracion electronica del Cr y del ion Cr III.

Configuracion del Cr:

Configuracion del Cr III:

2. Dar las formulas de los complejos A a D.

A B C D

3. ¿Cual es el numero de coordinacion en estos complejos?

4. ¿Cual sera la geometrıa de estos compuestos?

5. Dar la estructura de Lewis del NH3. Indica la geometrıa molecular y la electronica de este compuesto,ası como la hibridacion del atomo de nitrogeno.

Estructura de Lewis Geometrıa Molecular Geometrıa Electronica Hibridacion

9

Page 10: Anota tu c odigo y el nivel en que participas en la …...Calcula el volumen de agua (en mL) que debe ser adicionado para tener cada una de las disoluciones en una concentraci on de

Parte 2: Identificacion de un elemento.

El elemento X se encuentra en pequenas cantidades en la naturaleza en forma elemental y en mineralesprincipalmente como X2O3 y X2S3. X no es radiactivo y su punto de ebullicion es de 1833 K. A 2770 Ky 1 atm el elemento X se presenta como atomos individuales en forma gaseosa y tiene una densidad de0,919 g L−1. X no reacciona con acidos diluıdos no oxidantes; sin embargo, con acido sulfurico o agua regiase forma el sulfato o el cloruro de X(III). X forma compuestos con numero de oxidacion 3+ como XN,XH3, ademas del oxido X2O4. Los haluros de X(III) se forman directamente de la reaccion con el halogenoapropiado, en el caso del fluor se obtiene XF5. Las disoluciones acuosas de los haluros de X(III) son establessolo en medio fuertemente acido. En medio neutro hay precipitacion del hidroxido correspondiente, el cualcon el tiempo puede compuestos con formula XO(OH). Con agentes oxidantes fuertes se convierten las salesde X(III) en sales del tipo XO−3 .1. Dar el nombre de X.

2. El agua regia es una mezcla concentrada de dos acidos. Indica cuales son estos dos acidos.

3. Dar la reaccion balanceada de X con acido sulfurico. Uno de los productos formados en esta reaccion esSO2.

4. Ademas del numero de oxidacion 3+, ¿Cuales otros numeros de oxidacion puede tener X?

5. Escribe la reaccion balanceada para la obtencion del compuesto con formula XO(OH).

6. Indica el numero de oxidacion de X en el compuesto XO(OH).

10

Page 11: Anota tu c odigo y el nivel en que participas en la …...Calcula el volumen de agua (en mL) que debe ser adicionado para tener cada una de las disoluciones en una concentraci on de

7. Se menciono que con X con fluor puede formarse XF5 (ademas de XF3; el compuesto XCl5 no existe). Estopuede explicarse por el efecto del par inerte. Explica que es el efecto del par inerte. Nota: La configuracionelectronica del elemento X en estado basal es [Gas noble](n− 2)f14(n− 1)d10ns2np3.

8. Dar la reaccion de X(III) con permanganato en medio acido. Recuerda que MnO –4 −−→ Mn 2+.

Hasta aquı termina nivel B, nivel A continua con Quımica Organica y Bioquımica.

Problema 5: Quımica Organica

Cuando se planea una sıntesis organica se toma en cuenta lo siguiente: que el numero de etapas sea el menorposible, que el rendimiento de cada reaccion sea el mayor posible, que la obtencion de subproductos seamınima, que el tiempo de reaccion sea corto y que los materiales de partida sean lo menos caros posibles. Sinembargo, no siempre es posible reunir todos estos requisitos y, generalmente, se opta por tiempos de reaccionprolongados y/o materiales de partida caros, de manera que se obtenga una reaccion con buen rendimiento,estereoselectiva y regioselectiva. A continuacion analizaremos por que obtener el mayor rendimiento es muyimportante en una sıntesis organica.

Los peptidos pueden ser obtenidos por medio de la siguiente secuencia;

1. Considera que esta secuencia siempre tiene un rendimiento del 90 %. Calcula el rendimiento global parala obtencion de un peptido compuesto por 20 aminoacidos.

11

Page 12: Anota tu c odigo y el nivel en que participas en la …...Calcula el volumen de agua (en mL) que debe ser adicionado para tener cada una de las disoluciones en una concentraci on de

2. Algunas veces se realiza un procedimiento llamado Native Chemical Ligation (NCL), en donde dos peptidosson unidos cuando se cumplen ciertas condiciones. Considera que se han sintetizado dos peptidos compuestosde 10 aminoacidos cada uno, con un rendimiento para cada secuencia de activacion/acoplamiento/desproteccionigual a 90 % en todos los casos. Estos dos peptidos se unen usando NCL con un rendimiento del 95 %. Calculael rendimiento global para el peptido obtenido.

3. Una sıntesis convergente es una estrategia de sıntesis que ayuda a mejorar el rendimiento global de unareaccion. De los siguientes diagramas, escoge aquel que represente una sıntesis convergente.

Ahora analizaremos la sıntesis de un compuesto que puede parecer facil de sintetizar; sin embargo, algunasrutas empleadas pueden tener ciertos problemas. El compuesto A debe ser sintetizado. Se penso en usar ala octan-3-ona como compuesto de partida debido a su precio relativamente bajo (25 g cuestan $ 399).

4. Dar el nombre del compuesto A de acuerdo a las reglas de la IUPAC.

La octan-3-ona se hizo reaccionar con LDA (diisopropilamina de litio) seguida de la adicion de ioduro demetilo. Sin embargo, dos productos (B y C, ambos con formula C9H18O) fueron obtenidos. El compuesto Bpresenta un centro quiral, mientras que el compuesto C no tiene centros quirales.

5. Dibuja la estructura de los compuestos B, C y del LDA.

B C LDA

12

Page 13: Anota tu c odigo y el nivel en que participas en la …...Calcula el volumen de agua (en mL) que debe ser adicionado para tener cada una de las disoluciones en una concentraci on de

Los productos B y C se obtienen porque es difıcil diferenciar dos grupos metilenos de reactividad parecidaen la octan-3-ona, lo que hace que al tratarse con LDA se formen dos diferentes enolatos.

6. Dibuja la estructura de al menos uno de los iones enolato formados. Si este llega a tener una estructurade resonancia tambien dibujala.

Debido a que la primera reaccion de nuestra sıntesis presenta dificultades, se decicio cambiar de estrategia.Otra posibilidad para realizar nuestra sıntesis es mostrada a continuacion:

Nota: nBuLi es una base fuerte. En la reaccion E −−→ A+F, el H2SO4 y Hg(OAc)2 son catalizadores de lareaccion. A y F son regioisomeros (tienen la misma formula molecular y estructura, solo cambia la posicionde algun grupo funcional).

7. Dibuja la estructura de D a F.

D E F

Aun cuando se obtuvo el compuesto deseado, la ultima reaccion presenta el problema de que se obtieneel regioisomero F, ademas es muy difıcil de controlar los rendimientos de los productos. Por lo tanto, sedecidio cambiar de nuevo la sıntesis. Como el problema hasta el momento ha sido diferenciar dos metilenosde reactividad parecida para realizar una metilacion; o bien, la obtencion de un grupo carbonilo en laparte deseada se decidio comenzar con una molecula que ya tenga instalada los grupos metilos y/o el grupocarbonilo. Se propuso utilizar como producto de partida a la acetona y se realizaron las siguientes reacciones:

13

Page 14: Anota tu c odigo y el nivel en que participas en la …...Calcula el volumen de agua (en mL) que debe ser adicionado para tener cada una de las disoluciones en una concentraci on de

EL intermediario G puede reaccionar con el compuesto cıclico mostrado (dihidropirano). Este compuesto esmuy utilizado en la proteccion de alcoholes. Esta proteccion es analizada en el siguiente esquema:

El doble enlace puede tomar el proton para formar la especie K+ que esta estabilizada por resonancia. Laespecie L+ no presenta resonancia por lo cual este camino no esta favorecido, y por ende no ocurre. El R-OHes la representacion de cualquier alcohol que se adiciona a K+, para despues perder juntos un proton y dar M.

La etapa [J] −−→ A + 5-hidroxipentanal se lleva a cabo mediante la siguiente secuencia; tambien se muestracomo el intermediario [O] forma A y el 5-hidroxipentanal. [O] puede ser protonado para dar P+, del cualse libera A y se obtiene el intermediario K+, el cual a su vez se hidrata para dar el hemiacetal Q. Estehemiacetal esta en equilibrio con el 5-hidroxipentanal.

8. Con toda la informacion anterior dibuja las estructuras de los compuestos e intermediarios G a Q.

G H I J

K+ L+ M N

14

Page 15: Anota tu c odigo y el nivel en que participas en la …...Calcula el volumen de agua (en mL) que debe ser adicionado para tener cada una de las disoluciones en una concentraci on de

O P+ Q —

Al parecer la obtencion del compuesto A ha sido exitosa; sin embargo, el primer reactivo utilizado (NaCN)es muy toxico, especialmente cuando se mezcla con acidos, ya que se libera acido cianhıdrico.

9. Dibuja la estructura del ion cianato.

Debido al inconveniente mencionado, se modifico de nuevo la sıntesis; se propuso comenzar usando el com-puesto R. Este compuesto puede adquirirse a precios razonables (25 g por $ 2815). Se penso realizar reaccionesparecidas a las anteriores (tratamiento con una base fuerte y despues alquilacion). No obstante, el grupohidroxilo en el compuesto G puede reaccionar facilmente con bases fuertes, por lo que hay que protegerlo.

10. Propon una sıntesis para el compuesto A comenzando con el compuesto R.

15

Page 16: Anota tu c odigo y el nivel en que participas en la …...Calcula el volumen de agua (en mL) que debe ser adicionado para tener cada una de las disoluciones en una concentraci on de

Problema 6: Bioquımica.

Los aminoacidos constituyen a las proteınas, las cuales son responsables de un gran numero de funcionesmetabolicas en los organismos. Los aminoacidos tienen la formula general R− CH(NH2)− COOH; es decir,se trata de un acido carboxılico con un grupo amino y una cadena R, ambas en posicion α. La cadena Rpuede tener tanto grupos polares como no polares. El siguiente problema describe la transformacion de unaminoacido A (29.74 % C, 5.82 % H y 26.47 % S, en masa) en taurina (X) (taurina):

A→ B→ C + X

1. Determina la formula mınima de A.

2. Propon una estructura para todos los compuestos. Pistas: A puede dimerizarse mediante un puente dedisulfuro. A y B tienen el mismo numero de carbonos, pero B esta oxidado. C es un gas y X contiene38.65 % de oxıgeno en masa.

A:

B:

C:

X:

3. Dibuja la estructura de tres isomeros de A que no sean aminoacidos.

FIN DEL EXAMEN. Te deseamos mucho exito.

16