⚗️ Síntesis química, nomenclatura y reactividad

1. De acuerdo con el orden de precedencia de grupos funcionales establecido por la IUPAC (Recomendaciones 2013), cuando una molécula contiene tanto un ácido carboxílico como una cetona, ¿cuál de los dos grupos se expresa mediante el sufijo principal del nombre?

1. El ácido carboxílico, porque posee mayor jerarquía en el orden de precedencia
2. La cetona, porque posee mayor jerarquía en el orden de precedencia
3. Ambos grupos, combinados en un sufijo compuesto de igual rango
4. Ninguno de los dos, ya que ambos se citan como prefijos sustituyentes

El orden de precedencia IUPAC 2013 establece ácido carboxílico > éster > amida > nitrilo > aldehído > cetona > alcohol; por eso el ácido carboxílico es el sufijo principal y la cetona se cita como sustituyente oxo-. (IUPAC, Nomenclature of Organic Chemistry: Recommendations and Preferred Names 2013 (Libro Azul), P-41)

2. Un compuesto orgánico contiene, en la misma cadena, un grupo carboxílico (-COOH) y un grupo hidroxilo (-OH). Según el orden de precedencia de grupos funcionales de la IUPAC, ¿cómo debe nombrarse correctamente este compuesto?

1. Como alcohol, indicando el grupo ácido mediante el prefijo carboxi-
2. Como ácido carboxílico, indicando el hidroxilo mediante el prefijo hidroxi-
3. Como diol, tratando ambos grupos como hidroxilos equivalentes
4. Como éster, formado internamente entre los dos grupos presentes

El ácido carboxílico tiene mayor jerarquía que el alcohol en el orden de precedencia IUPAC, por lo que se nombra como sufijo -oico y el hidroxilo se expresa como sustituyente hidroxi-. (IUPAC Recommendations 2013 (Libro Azul), P-41)

3. En el óxido N2O5, considerando que el oxígeno presenta su estado de oxidación habitual de -2, ¿cuál es el estado de oxidación del nitrógeno y el nombre correcto de este compuesto según la nomenclatura de Stock?

1. +3; óxido de nitrógeno(III)
2. +5; óxido de nitrógeno(III)
3. +5; óxido de nitrógeno(V)
4. +4; óxido de nitrógeno(IV)

Con 5 oxígenos a -2 (carga total -10), los 2 nitrógenos deben sumar +10, es decir +5 cada uno; el nombre de Stock correspondiente es óxido de nitrógeno(V). (IUPAC, Nomenclature of Inorganic Chemistry: Recommendations 2005 (Libro Rojo))

4. En la numeración de la cadena principal según las reglas IUPAC, cuando existe un grupo característico principal y varios sustituyentes, ¿qué criterio de numeración tiene prioridad sobre los demás?

1. Asignar el localizador más bajo al sustituyente citado primero en orden alfabético
2. Asignar el conjunto de localizadores más bajo al total de sustituyentes, antes que al grupo principal
3. Asignar el localizador más bajo al carbono con mayor número de enlaces a hidrógeno
4. Asignar el localizador más bajo al grupo característico principal

Las reglas de localizadores más bajos (P-31.1) indican que el grupo característico principal debe recibir el localizador más bajo posible; solo en caso de empate se considera el conjunto de sustituyentes. (IUPAC Recommendations 2013 (Libro Azul), reglas P-31.1)

5. Un alcohol de cadena de cinco carbonos con un grupo metilo ramificado puede numerarse de dos formas: colocando el hidroxilo en la posición 2 y el metilo en la 4, o el hidroxilo en la 4 y el metilo en la 2. ¿Qué numeración es la correcta según las reglas IUPAC y por qué?

1. Hidroxilo en 2 y metilo en 4, porque el grupo principal debe recibir el localizador más bajo posible
2. Hidroxilo en 4 y metilo en 2, porque los sustituyentes deben numerarse antes que el grupo principal
3. Hidroxilo en 4 y metilo en 2, porque debe minimizarse el localizador del sustituyente alquílico
4. Cualquiera de las dos numeraciones es válida, ya que ambas suman el mismo total de localizadores

La regla de los localizadores más bajos da prioridad al grupo característico principal (el hidroxilo, sufijo -ol); por eso el compuesto se numera como 4-metilpentan-2-ol y no al revés. (IUPAC Recommendations 2013 (Libro Azul), reglas P-31.1)

6. ¿Cuál es el nombre correcto del compuesto FeCl3 de acuerdo con la nomenclatura de Stock?

1. Cloruro de hierro(II)
2. Cloruro de hierro(III)
3. Tricloruro de hierro(III)
4. Cloruro férrico dibásico

En la nomenclatura de Stock, el número de oxidación del elemento de valencia variable se indica con números romanos entre paréntesis; el hierro en FeCl3 tiene estado de oxidación +3, de ahí cloruro de hierro(III). (IUPAC, Nomenclature of Inorganic Chemistry: Recommendations 2005 (Libro Rojo))

7. En el compuesto Fe2O3, el oxígeno presenta su estado de oxidación habitual de -2. Calculando el estado de oxidación del hierro para que la suma de cargas sea neutra, ¿cuál es el nombre correcto de este óxido según la nomenclatura de Stock?

1. Óxido de hierro(II)
2. Óxido de dihierro(III)
3. Óxido de hierro(III)
4. Trióxido de hierro(II)

Con 3 oxígenos a -2 (carga total -6), los 2 átomos de hierro deben sumar +6, es decir +3 cada uno; por tanto el nombre de Stock correcto es óxido de hierro(III). (IUPAC, Nomenclature of Inorganic Chemistry 2005 (Libro Rojo))

8. Según la nomenclatura sistemática (de composición) de la IUPAC, que emplea prefijos multiplicadores griegos, ¿cómo se nombra correctamente el compuesto N2O5?

1. Dióxido de nitrógeno
2. Nitrato de dinitrógeno
3. Óxido de nitrógeno(V)
4. Pentóxido de dinitrógeno

La nomenclatura sistemática usa prefijos multiplicadores para cada elemento (di-, penta-): 2 nitrógenos y 5 oxígenos dan pentóxido de dinitrógeno; el nombre con número romano corresponde a la nomenclatura de Stock, no a la sistemática. (IUPAC, Nomenclature of Inorganic Chemistry 2005 (Libro Rojo))

9. ¿Cuál es el nombre tradicional del ácido formado por el azufre en su estado de oxidación más alto (H2SO4) y el de su oxoanión correspondiente?

1. Ácido sulfúrico; sulfato
2. Ácido sulfuroso; sulfito
3. Ácido sulfúrico; sulfito
4. Ácido sulfhídrico; sulfuro

En la nomenclatura tradicional, el estado de oxidación más alto del azufre corresponde al sufijo -ico (ácido sulfúrico) y a su anión -ato (sulfato); el estado más bajo usa -oso/-ito. (Nomenclatura tradicional aceptada por IUPAC, Nomenclature of Inorganic Chemistry 2005 (Libro Rojo))

10. En la sustitución electrofílica aromática, ¿hacia qué posiciones del anillo orientan preferentemente los grupos activadores como -OH, -NH2, -OR y los grupos alquilo?

1. Meta
2. Orto y para
3. Ipso
4. Sin preferencia posicional definida

Los grupos activadores donadores de densidad electrónica estabilizan preferentemente los intermediarios catiónicos con carga en orto y para, por lo que dirigen la nueva sustitución a esas posiciones. (Morrison y Boyd, Química Orgánica; McMurry, Química Orgánica)

11. ¿Cuál de los siguientes grupos sustituyentes NO dirige la sustitución electrofílica aromática hacia la posición meta?

1. -NO2
2. -SO3H
3. -OCH3
4. -COOH

Los grupos -NO2, -SO3H y -COOH son desactivadores que dirigen a meta; en cambio, -OCH3 es un grupo activador que dirige a orto y para. (Morrison y Boyd, Química Orgánica; McMurry, Química Orgánica)

12. Se realiza la nitración de clorobenceno. Aunque el cloro reduce la velocidad de la reacción respecto al benceno por su efecto desactivador, ¿hacia qué posiciones dirige mayoritariamente la entrada del nuevo grupo nitro?

1. Meta, igual que el resto de los grupos desactivadores
2. Exclusivamente en para, sin formación alguna de producto orto
3. Principalmente orto, por resonancia directa con el par libre del cloro
4. Orto y para, a pesar de su carácter desactivador

Los halógenos son un caso particular: desactivan el anillo por efecto inductivo pero dirigen a orto/para gracias a la donación por resonancia de sus pares libres. (Morrison y Boyd, Química Orgánica; McMurry, Química Orgánica)

13. ¿Qué tipo de catalizador se requiere típicamente en las reacciones de alquilación y acilación de Friedel-Crafts sobre un areno?

1. Un ácido de Lewis, como AlCl3
2. Un ácido de Brønsted-Lowry fuerte, como H2SO4
3. Una base fuerte, como NaOH
4. Un catalizador de paladio, como Pd(PPh3)4

Las reacciones de Friedel-Crafts requieren un ácido de Lewis, típicamente AlCl3, para generar el electrófilo reactivo (carbocatión o acilio). (C. Friedel y J. Crafts (1877); McMurry, Química Orgánica)

14. Un químico desea sintetizar un areno monosustituido evitando tanto la polisustitución como los reordenamientos del carbocatión intermedio. ¿Qué variante de la reacción de Friedel-Crafts debe elegir?

1. La alquilación de Friedel-Crafts
2. La acilación de Friedel-Crafts
3. La sulfonación con SO3/H2SO4
4. La halogenación catalizada por FeBr3

La acilación de Friedel-Crafts genera un catión acilio estable que no se reordena, y el grupo carbonilo resultante desactiva el anillo evitando la polisustitución; la alquilación presenta ambos problemas. (C. Friedel y J. Crafts (1877); McMurry, Química Orgánica)

15. Durante una alquilación de Friedel-Crafts sobre benceno, tras la primera sustitución el anillo queda activado por el nuevo grupo alquilo introducido. ¿Qué problema práctico suele presentarse como consecuencia directa de esta activación?

1. Una fuerte desactivación del anillo, que ralentiza la reacción
2. La formación preferente de productos sustituidos en posición meta
3. La polialquilación del anillo, con incorporación de más de un grupo alquilo
4. La pérdida inmediata del catalizador de Lewis por hidrólisis

El grupo alquilo introducido es un activador o/p, por lo que el producto monosustituido reacciona incluso más rápido que el benceno de partida, favoreciendo la polialquilación. (McMurry, Química Orgánica)

16. Se somete el ácido benzoico, cuyo grupo -COOH es desactivador, a una reacción de nitración. ¿En qué posición del anillo se espera que se incorpore mayoritariamente el nuevo grupo nitro?

1. Orto
2. Para
3. Orto y para en proporciones equivalentes
4. Meta

El grupo -COOH es un desactivador que, como los demás grupos con carbonilo, orienta la sustitución electrofílica aromática hacia la posición meta. (Morrison y Boyd, Química Orgánica; McMurry, Química Orgánica)

17. Según la regla de Markovnikov, en la adición electrofílica de HCl a un alqueno asimétrico, ¿a qué carbono del doble enlace se une el átomo de hidrógeno?

1. Al carbono que ya tiene mayor número de átomos de hidrógeno
2. Al carbono más sustituido por grupos alquilo
3. Al carbono unido al sustituyente de mayor prioridad CIP
4. Indistintamente a cualquiera de los dos carbonos del doble enlace

La regla de Markovnikov establece que el hidrógeno se adiciona al carbono del doble enlace que ya tiene más hidrógenos, mientras que el halógeno se une al carbono más sustituido, vía el carbocatión más estable. (Regla de Markovnikov (V. Markovnikov, 1870); Wade, Química Orgánica)

18. Al adicionar HBr a 1-buteno en presencia de peróxidos, se obtiene mayoritariamente 1-bromobutano en lugar del 2-bromobutano esperado por adición iónica. ¿Qué explica este resultado?

1. Un mecanismo SN2 favorecido por la polaridad del disolvente
2. Un mecanismo de radicales libres iniciado por los peróxidos, con regioselectividad opuesta a la iónica
3. Una mayor estabilidad del carbocatión secundario en presencia de peróxidos
4. Un efecto inductivo del bromo que invierte la polaridad del doble enlace

Los peróxidos inician un mecanismo radicalario exclusivo del HBr, que da el producto anti-Markovnikov; este efecto no ocurre con HCl ni HI, que solo reaccionan por el mecanismo iónico clásico. (Kharasch y Mayo (1933); McMurry, Química Orgánica)

19. Según la regla de Zaitsev, en una reacción de eliminación E1 o E2 llevada a cabo con una base pequeña, ¿cuál es el alqueno que se forma mayoritariamente?

1. El alqueno menos sustituido, por formarse más rápido
2. El alqueno con configuración cis, por menor tensión estérica
3. El alqueno más sustituido, por ser el más estable
4. Una mezcla racémica de alquenos en proporciones iguales

La regla de Zaitsev indica que el producto mayoritario de una eliminación es el alqueno más sustituido, por ser termodinámicamente más estable; el alqueno menos sustituido corresponde al producto de Hofmann, favorecido solo con bases voluminosas. (Regla de Zaitsev (A. Zaitsev, 1875); Wade, Química Orgánica)

20. Un químico realiza una eliminación E2 sobre un haluro secundario utilizando terc-butóxido de potasio, una base voluminosa. ¿Qué producto se espera que predomine?

1. El alqueno más sustituido, por la regla de Zaitsev
2. Una mezcla racémica de productos, por mecanismo SN1 competitivo
3. El epóxido correspondiente, por ciclación intramolecular
4. El alqueno menos sustituido, por favorecerse el producto de Hofmann

Las bases voluminosas, como el terc-butóxido, tienen dificultad estérica para abstraer el hidrógeno más sustituido, por lo que favorecen el alqueno menos sustituido (producto de Hofmann). (Regla de Zaitsev (A. Zaitsev, 1875); Wade, Química Orgánica)

21. ¿Qué orden de cinética presenta el mecanismo de sustitución nucleofílica SN2, y qué ocurre con la configuración de un centro estereogénico durante la reacción?

1. Cinética de segundo orden; se produce inversión de la configuración
2. Cinética de primer orden; se produce racemización
3. Cinética de segundo orden; se produce racemización
4. Cinética de primer orden; se produce inversión de la configuración

El mecanismo SN2 es bimolecular y concertado (v = k[sustrato][nucleófilo]); el ataque del nucleófilo por el lado opuesto al grupo saliente provoca inversión de la configuración (inversión de Walden). (C. K. Ingold (teoría de sustitución nucleofílica); Clayden, Organic Chemistry)

22. Un sustrato terciario se disuelve en un disolvente prótico polar y reacciona con un nucleófilo débil. ¿Qué mecanismo de sustitución es más probable, y qué resultado estereoquímico se espera en un centro quiral del sustrato?

1. SN2; inversión completa de la configuración
2. SN1; racemización, con mezcla de enantiómeros
3. SN1; inversión completa de la configuración
4. SN2; retención de la configuración

Los sustratos terciarios en disolventes próticos polares favorecen el mecanismo SN1, que transcurre por un carbocatión plano intermedio y produce racemización del centro estereogénico. (C. K. Ingold; Clayden, Organic Chemistry)

23. Se comparan cuatro carbocationes: metilo, primario, secundario y terciario. Considerando los efectos inductivo (+I) y de hiperconjugación de los grupos alquilo, ¿cuál es el orden correcto de estabilidad, de mayor a menor?

1. Metilo > primario > secundario > terciario
2. Secundario > terciario > primario > metilo
3. Terciario > secundario > primario > metilo
4. Terciario > primario > secundario > metilo

Cada grupo alquilo adicional dona densidad electrónica por efecto inductivo e hiperconjugación, estabilizando la carga positiva; por eso la estabilidad aumenta del metilo al carbocatión terciario. (Wade, Química Orgánica; McMurry, Química Orgánica)

24. Un reactivo de Grignard (R-MgX) se adiciona a una cetona y, tras la hidrólisis acuosa, ¿qué tipo de alcohol se obtiene?

1. Un alcohol secundario
2. Un alcohol primario
3. Un éter simétrico
4. Un alcohol terciario

El carbono nucleofílico del reactivo de Grignard ataca el carbonilo de la cetona; tras la hidrólisis se obtiene un alcohol terciario, a diferencia del aldehído (alcohol secundario) y del metanal (alcohol primario). (V. Grignard (1900; Premio Nobel 1912); McMurry, Química Orgánica)

25. En la condensación aldólica llevada a cabo en medio básico, ¿qué especie ataca el carbono carbonílico de otra molécula de aldehído o cetona para formar el producto aldol?

1. Un ion enolato
2. Un ion oxocarbenio
3. Un radical libre estabilizado por resonancia
4. Un carbocatión terciario

En medio básico se forma un ion enolato, que actúa como nucleófilo y ataca el carbonilo de otra molécula, generando un β-hidroxialdehído o β-hidroxicetona que puede deshidratarse a un carbonilo α,β-insaturado. (Clayden, Organic Chemistry; McMurry, Química Orgánica)

26. En un alqueno disustituido, cada carbono del doble enlace lleva dos sustituyentes distintos. Al aplicar las reglas CIP para asignar prioridades por número atómico, los sustituyentes de mayor prioridad en cada carbono quedan en lados opuestos del doble enlace. ¿Qué descriptor de configuración corresponde a este caso?

1. Z (zusammen)
2. E (entgegen)
3. R (rectus)
4. S (sinister)

Según las reglas CIP, cuando los sustituyentes de mayor prioridad en cada carbono del doble enlace quedan en lados opuestos, la configuración se designa E; si quedan del mismo lado, se designa Z. Los descriptores R/S corresponden a centros quirales, no a dobles enlaces. (Cahn, Ingold y Prelog (1966); IUPAC Recommendations 2013 (Libro Azul))

27. ¿Qué tipo de reacción caracteriza a los alquenos frente a reactivos electrofílicos como los halogenuros de hidrógeno (HX) o el bromo (Br2)?

1. Adición electrofílica
2. Sustitución nucleofílica
3. Eliminación bimolecular
4. Sustitución electrofílica

Los alquenos poseen un enlace π rico en electrones que actúa como nucleófilo frente a electrófilos, dando reacciones de adición; la sustitución y la eliminación corresponden a haluros de alquilo, no a alquenos. (Wade, Química Orgánica; regla de Markovnikov (V. Markovnikov, 1870).)

28. ¿Qué combinación de sustrato y disolvente favorece un mecanismo de sustitución nucleofílica unimolecular (SN1)?

1. Haluro primario en disolvente aprótico polar
2. Haluro terciario en disolvente prótico polar
3. Haluro primario en disolvente prótico polar
4. Haluro terciario en disolvente aprótico polar

El mecanismo SN1 requiere un carbocatión estable (favorecido en sustratos terciarios) y su estabilización por solvatación en disolventes próticos polares; los sustratos primarios en disolventes apróticos favorecen SN2. (C. K. Ingold; Clayden, Organic Chemistry.)

29. Un químico hace reaccionar (R)-2-bromobutano con ion cianuro en dimetilsulfóxido (DMSO), un disolvente aprótico polar. ¿Qué mecanismo opera y qué resultado estereoquímico se espera en el producto?

1. Mecanismo SN1, con racemización del producto
2. Mecanismo E2, con formación mayoritaria de un alqueno
3. Mecanismo SN2, con inversión de la configuración
4. Mecanismo SN1, con retención de la configuración

Un sustrato secundario con un nucleófilo fuerte en disolvente aprótico polar favorece el mecanismo SN2, que ataca por el lado opuesto al grupo saliente, produciendo inversión de la configuración (inversión de Walden). (C. K. Ingold (teoría de sustitución nucleofílica); Clayden, Organic Chemistry.)

30. ¿Cuál de los siguientes carbocationes es el más estable, de acuerdo con los efectos inductivo e hiperconjugativo de los grupos alquilo?

1. Carbocatión secundario
2. Carbocatión primario
3. Carbocatión de metilo
4. Carbocatión terciario

Los grupos alquilo estabilizan al carbocatión por efecto inductivo e hiperconjugación, por lo que la estabilidad aumenta con el grado de sustitución: terciario > secundario > primario > metilo. (Wade, Química Orgánica; McMurry, Química Orgánica.)

31. En una reacción de sustitución electrofílica aromática sobre nitrobenceno, ¿qué efecto ejerce el grupo nitro (-NO2) ya presente en el anillo sobre un nuevo electrófilo?

1. Desactiva el anillo y dirige a la posición meta
2. Activa el anillo y dirige a las posiciones orto y para
3. Desactiva el anillo y dirige a las posiciones orto y para
4. Activa el anillo y dirige a la posición meta

El grupo nitro retira densidad electrónica por resonancia e inducción, desactivando el anillo y dirigiendo meta; los halógenos, en cambio, desactivan pero dirigen orto/para. (Morrison y Boyd, Química Orgánica; McMurry.)

32. Un estudiante trata 1-buteno con HCl en presencia de peróxido de benzoílo, esperando obtener el producto anti-Markovnikov por analogía con el HBr. ¿Cuál es el producto principal que realmente se forma en esta reacción?

1. 1-clorobutano, por adición anti-Markovnikov radicalaria
2. 2-clorobutano, por adición Markovnikov normal
3. Una mezcla equimolar de 1-clorobutano y 2-clorobutano
4. 1,2-diclorobutano, por adición del halógeno

El efecto peróxido solo ocurre con HBr, porque las etapas de propagación son desfavorables con HCl y HI; con HCl el producto sigue siendo el de adición Markovnikov normal vía carbocatión. (Kharasch y Mayo (1933); McMurry, Química Orgánica.)

33. Un compuesto contiene un grupo carboxilo (-COOH) y un grupo hidroxilo (-OH) en carbonos distintos de la misma cadena. Según el orden de precedencia IUPAC de grupos funcionales, ¿cuál se nombra como grupo principal (sufijo) del compuesto?

1. El grupo hidroxilo, con el sufijo -ol
2. El grupo más cercano al carbono uno
3. El grupo carboxilo, con el sufijo -oico
4. Ambos grupos, combinando los dos sufijos

En el orden de precedencia IUPAC, el ácido carboxílico tiene mayor jerarquía que el alcohol y se nombra como sufijo principal; el hidroxilo pasa a nombrarse como sustituyente 'hidroxi-'. (IUPAC, Nomenclature of Organic Chemistry: Recommendations and Preferred Names 2013 (Libro Azul), regla P-41.)

34. Una cadena de seis carbonos tiene un grupo amino (-NH2) en el carbono 2 y un grupo hidroxilo (-OH) en el carbono 5, contando desde el mismo extremo. Al numerar la cadena según las reglas IUPAC, ¿a qué grupo debe asignarse el localizador más bajo posible?

1. Al grupo amino, por estar más cerca del extremo inicial
2. Al grupo situado más cerca del centro de la cadena
3. A ambos grupos por igual, según la convención IUPAC
4. Al grupo hidroxilo, por tener mayor precedencia

Como el alcohol tiene mayor precedencia que la amina en el orden de sufijos IUPAC, la cadena debe numerarse (aunque sea desde el extremo opuesto al descrito) de modo que el hidroxilo reciba el localizador más bajo posible. (IUPAC Recommendations 2013 (Libro Azul), reglas P-31.1 y P-41.)

35. En la nomenclatura de Stock, el compuesto FeCl3 se nombra como cloruro de hierro(III). ¿Qué información indica específicamente el número romano (III) en este nombre?

1. El número de oxidación del hierro en el compuesto
2. El número de átomos de cloro en la fórmula
3. El número de electrones de valencia del hierro
4. El subíndice estequiométrico del hierro

En la nomenclatura de Stock, el número romano entre paréntesis indica el número de oxidación del elemento de valencia variable, no el número de átomos ni los electrones de valencia. (IUPAC, Nomenclature of Inorganic Chemistry: Recommendations 2005 (Libro Rojo).)