Química Orgánica y Fisicoquímica
Química Orgánica y Fisicoquímica evalúa estructura y estereoquímica, mecanismos de reacción, espectroscopía y los principios termodinámicos y cinéticos que explican la reactividad.
Estructura y estereoquímica
- Prioridades CIP y notación R/S; E/Z en alquenos; un carbono con cuatro sustituyentes distintos es quiral y una mezcla racémica es ópticamente inactiva.
- Aromaticidad: anillo plano, conjugado y con 4n+2 electrones π.
- Prioridad de grupos funcionales al nombrar: ácido > éster > amida > aldehído > cetona > alcohol > amina.
Mecanismos
- SN2: bimolecular, estado de transición pentacoordinado, inversión de Walden; favorecida por sustratos metílicos o primarios y disolventes apróticos polares.
- SN1: carbocatión, orden uno, racemización; favorecida por sustratos terciarios y disolventes próticos.
- E2 con bases fuertes y voluminosas, regla de Zaitsev; E1 compite con SN1.
- Adición electrofílica con regla de Markovnikov; sustitución electrofílica aromática con orientación orto/para de los activantes.
- Carbonilos: adición nucleofílica, acetales como protección, esterificación de Fischer, saponificación, condensación aldólica y reducción selectiva con NaBH4.
Espectroscopía
- IR: O–H ancho en 3200–3600 cm⁻¹, C=O cerca de 1700 cm⁻¹, señales diagnósticas de N–H y C≡C.
- RMN de 1H: desplazamiento químico, integración y multiplicidad n+1; el acoplamiento revela vecinos.
- MS: ión molecular y patrón de fragmentación.
Fisicoquímica
- ΔG = ΔH − TΔS y ΔG° = −RT ln K; un ΔG negativo indica espontaneidad, no velocidad.
- Cinética: orden de reacción, ecuación de Arrhenius y t1/2 de primer orden independiente de la concentración inicial.
- Coligativas: π = iMRT; el descenso crioscópico es proporcional a la molalidad de partículas.
Ejemplo trabajado
Al tratar 2-bromobutano con metóxido de sodio en metanol, la base fuerte sobre un sustrato secundario favorece E2: el producto principal es 2-buteno (Zaitsev) con algo de sustitución. Con acetato de sodio en DMSO (nucleófilo débil, disolvente aprótico polar) predomina SN2 con inversión de configuración. Para un proceso con ΔH = −50 kJ/mol y ΔS = −100 J/(mol·K) a 298 K: ΔG = −50 − 298(−0,100) = −20,2 kJ/mol, espontáneo.
Errores que cuestan puntos
Invertir las prioridades CIP; llamar aromático a cualquier dieno conjugado; suponer que SN1 entrega un producto ópticamente puro; olvidar que una base voluminosa desplaza SN2 hacia E2; confundir espontaneidad con rapidez; leer la integración de RMN como desplazamiento químico.