Ejercicio 13 - Exercici 1 · Química Orgánica II UB 2019

Tema: Estructura, ressonància, acidesa i basicitat · Del examen Recull d'Exàmens Resolts de Química Orgànica (Part 1) (2019)

Enunciado

Exercici 1 (1.5 punts). Propietats àcid-base d'heterocicles nitrogenats

Per a cadascun dels tres heterocicles nitrogenats que s'indiquen a continuació: A (pirrole), B (pirrolidina) i C (imidazole):

a)

i) Indiqueu la hibridació de cadascun dels àtoms de nitrogen en les tres molècules:

ii) Totes les formes ressonants de les seves respectives bases conjugades que compleixin la regla de l'octet:

iii) L'assignació raonada dels valors de pKa\text{p}K_a (14,4; 17,5 o 36) per a cadascun d'ells:

b)

Tenint en compte que el pKa\text{p}K_a de l'àcid conjugat de B (BH+\text{BH}^+) és 11,3, el de CH+\text{CH}^+ és 6,8 i el d'AH+\text{AH}^+ és molt menor que ambdós:

i) Indiqueu raonadament quina és la base més forta entre A, B i C:

ii) Determineu quin dels dos àtoms de nitrogen de l'imidazole C és més bàsic:

iii) Justifiqueu per què el pKa\text{p}K_a d'AH+\text{AH}^+ és molt inferior al de CH+\text{CH}^+:

c)

Completeu la taula de distribució indicant els percentatges aproximats ((±10%)(\pm 10\%)) de l'espècie C en les seves formes desprotonada, neutra i protonada a pH=2,0\text{pH} = 2,0; 7,07,0 i 11,011,0:

pH

% C desprotonat

% C neutre

% C protonat

2.0

%

%

%

7.0

%

%

%

11.0

%

%

%

Enunciado: Ejercicio 13 - Exercici 1 · Química Orgánica II UB 2019

Solución

Según los criterios oficiales de corrección

a) i) Hibridació del nitrogen d'A (pirrole)

Solución: sp2sp^2

a) i) Hibridació del nitrogen de B (pirrolidina)

Solución: sp3sp^3

a) i) Hibridació dels nitrogens de C (imidazole)

Solución: Tots dos sp2sp^2

a) ii) Totes les formes ressonants de les seves respectives bases conjugades que compleixin la regla de l'octet

Solución: Per a B (B−\text{B}^-): Càrrega negativa localitzada íntegrament sobre el nitrogen (no té cap forma ressonant addicional). Per a A (A−\text{A}^-): La pèrdua del protó deixa l'anió pirrolil, que presenta 5 estructures ressonants equivalents on la càrrega negativa es deslocalitza sobre el N i els quatre àtoms de carboni del cicle. Per a C (C−\text{C}^-): L'anió imidazoliur presenta 5 formes ressonants, destacant especialment dues estructures equivalents d'alta estabilitat en què la càrrega negativa recau sobre els dos àtoms de nitrogen electronegatius.

a) iii) Valor de pKa d'A (pirrole)

Solución: 17,5

a) iii) Valor de pKa de B (pirrolidina)

Solución: 36

a) iii) Valor de pKa de C (imidazole)

Solución: 14,4

a) iii) Justificació de l'assignació dels valors de pKa

Solución: La pirrolidina és la menys àcida (pKa = 36) per no tenir deslocalització. El pirrole (pKa = 17,5) té l'anió estabilitzat per 5 formes ressonants. L'imidazole és el més àcid (pKa = 14,4) gràcies a la deslocalització entre dos nitrogens electronegatius.

b) i) Base més forta entre A, B i C

Solución: B / Pirrolidina

b) i) Justificació de quina és la base més forta

Solución: Té l'àcid conjugat més feble (pKa = 11,3) i el parell solitari en un orbital sp3 disponible.

b) ii) Nitrogen més bàsic de l'imidazole C

Solución: =N- / N imínic / N piridínic

b) ii) Justificació de quin nitrogen és més bàsic a l'imidazole

Solución: El parell d'electrons de =N- està en un orbital sp2 perpendicular al sistema pi aromàtic, per la qual cosa pot protonar-se sense destruir l'aromaticitat.

b) iii) Justificació de per què el pKa d'AH+ és molt inferior al de CH+

Solución: L'àcid conjugat del pirrole és molt més fort (pKa molt negatiu) perquè la protonació sobre el nitrogen destrueix la deslocalització i l'aromaticitat del sistema pi. En canvi, el catió imidazoli manté la seva aromaticitat i està estabilitzat per dues formes ressonants equivalents.

c) Taula de distribució: % C desprotonat a pH = 2.0

Solución: 0%

c) Taula de distribució: % C neutre a pH = 2.0

Solución: 0%

c) Taula de distribució: % C protonat a pH = 2.0

Solución: 100%

c) Taula de distribució: % C desprotonat a pH = 7.0

Solución: 0%

c) Taula de distribució: % C neutre a pH = 7.0

Solución: 60% / 61%

c) Taula de distribució: % C protonat a pH = 7.0

Solución: 40% / 39%

c) Taula de distribució: % C desprotonat a pH = 11.0

Solución: 0%

c) Taula de distribució: % C neutre a pH = 11.0

Solución: 100%

c) Taula de distribució: % C protonat a pH = 11.0

Solución: 0%

La explicación paso a paso, hecha con IA, es Premium. Premium

Resuélvelo aquí mismo: corrección automática, pistas y solución paso a paso.

‹ Ejercicio 2 - Exercici 2 · 2019 · Ejercicio 23 - Exercici 1 · 2019 ›

Más ejercicios de Estructura, ressonància, acidesa i basicitat