EJERCICIOS DE QUIMICA ORGANICA
CON ENFOQUE EN LAS CIENCIAS BIOLOGICAS

RAUL ALVA GARCIA
INTRODUCCION

La finalidad más frecuente de un libro de texto es el de organizar el material de la disciplina para mostrar a los estudiantes que la mayor parte del conocimiento consiste en unos pocos principios fundamentales y una gran cantidad de variantes y aplicaciones de esos mismos principios. Esta filosofía es común a cualquier campo del conocimiento y, por lo tanto, no es ajeno a la química orgánica. Asimismo, muchos libros de texto facilitan a los estudiantes la posibilidad de practicar y comprobar la comprensión de los conceptos aplicándolos en problemas que acompañan al volumen. De este modo, la química orgánica se aprende practicándola, tanto en los conceptos teóricos como en la experimentación de los fenómenos.

CAPITULO 1
NOMENCLATURA Y ENLACE QUIMICO

FORMULACION Y ESTRUCTURA QUIMICA
Actualmente la química orgánica se denomina como la química del carbono o de los compuestos del carbono. Las sustancias basadas en el carbono consituyen la mayor variedad de compuestos químicos existentes hoy en día, tanto de origen orgánico como artificial, y constantemente se están sintetizando y produciendo nuevas moléculas. No obstante, todas ellas, naturales o no, se constituyen por múltiples arreglos de unos pocos grupos funcionales. Estos grupos bien pueden emplearse para organizar a los diversos tipos de compuestos orgánicos.
Por ejemplo, los compuestos de carbono pueden dividirse en cuatro grandes clases: hidrocarburos, compuestos oxigenados, compuestos nitrogenados y, otros (como los halogenuros de carbono).
A su vez, estas tres grandes clases están constituidas por familias de grupos funcionales:

CLASE FAMILIA GRUPO FUNCIONAL PREFIJO SUFIJO
Hidrocarburos Alcanos - C - C   ano
  Alquenos - C = C   eno
  Alquinos - C = C   ino
Oxigenados Aromáticos      
  Alcoholes - C - O - H   ol
  Aldehídos y cetonas - C = O   al u ona
  Ácidos carboxílicos - CO2H ácido oico
Nitrogenados Aminas - N Hn   amina
Otros Halogenuros - X, donde X es
cualquier halógeno
haluro  

Puede suceder que aparezcan compuestos que contengan otros grupos aparentemente diferentes, como

-

C

º

N

 

o

-

C

=

O

 

|

 

 

 

 

 

 

 

 

 

O

-

C

 

 

 

 

 

 

pero estos grupos y algunos otros pueden considerarse como derivados de los grupos o familias arriba enunciados.
En el estudio de la química se emplean varias formas de representación de las fórmulas de los compuestos orgánicos. Todas ellas son modelos que muestran las características y propiedades de las sustancias que representan. Algunas son más breves mientras que otras son más extensas. Algunos de estos modelos describen con mayor detalle las propiedades físicas o químicas.

El primer paso en el estudio de un compuesto químico es la determinación de su composición o fórmula elemental que indica sólamente los elementos químicos encontrados en él. El siguiente paso, y primero semicuantitativo, es la obtención de su fórmula empírica, que describe la relación proporcional de los elementos químicos presentes en la muestra analizada. La fórmula molecular o condensada del compuesto puede ser cualquier múltiplo de esta fórmula. La fórmula molecular o condensada correcta de un compuesto sólo se puede determinar si se conoce el peso molecular. Así, la fórmula molecular indica solamente el número de átomos de cada elemento químico que constituyen al compuesto.

Las fórmulas estructurales pretenden mostrar la forma en que los átomos de una molécula se enlazan entre sí, pero no siempre representan la estructura tridimensional del compuesto. La más completa y comúnmente usada es la fórmula desarrollada o estructural de Lewis o de enlace-valencia que indica los electrones de enlace de los átomos en una molécula.

La fórmula estructural condensada no muestra todos los enlaces individuales, sino que cada uno de los atomos centrales o nodales contiene los átomos ligados a él. Sin embargo, cuando el compuesto contiene enlaces múltiples, éstos se escriben como en la estructura de Lewis.
 
1.1.Fórmulas esctructurales completas de enlace-valencia, fórmulas moleculares y familia química:
a)H2C = CH CH = CH CHO b)CH3 CO CH3
c)CH3 CO2 Na d)OHC CH2 CH2 OH
e)CH3 NH3 f)(CH3)2 NH
g)(CH3)3 N+ Cl- h)CH3 COOH
i)(CH3)3 C COOH j)CH3 CH3

1.2.Fórmulas esctructurales completas de enlace-valencia, fórmulas moleculares y familia química:
a)H2C = CH CH = CH CN b)CH3 CO CH3
c)CH3 CO2H d)OHC CH2 CHO
e)CH3 NH2 f)(CH3)3 N
g)(CH3)3 N+H h)CH3 OH
i)(CH3)3 COH j)CH2 CH2

1.3.Indique si cada una de estas moléculas representa un compuesto neutro o un ion (señale, en su caso, la carga sobre el átomo):
a) H H
| |
H-C-N-H
|
H
b) H H
| |
H-C-N-H
| |
H H

1.4.Ordene los siguientes compuestos de acuerdo al caracter iónico creciente de los enlaces:
a)H-H__>__>__>__>__
b)H-O-H
c)Na-Cl
d)CH3-O-CH3
e)H-Cl

1.5.¿En cuáles de los siguientes compuestos cabe esperar: (A) sólo enlaces iónicos; (B) sólo enlaces covalentes; (C) ambos tipos de enlaces?
a)CH3CO2Na
b)CH3I
c)LiOH
d)CH3ONa

1.6.Forme una molécula que cuente con los tres tipos de enlaces (iónico, covalente polar y covalente).

1.7.Indique en cuál de estas moléculas se presenta un enlace covalente coordinado:
H H
| |
a)H-C-N-H
|
H
H H
| |
b)H-C-N-H
| |
H H

1.8.Ordene los siguientes compuestos de acuerdo a su solubilidad en agua.
a)CH3 CH3__>__>__>__>__
b)CH3 OH
c)CH3 Cl
d)CH3-O-CH3
e)CH3-CO2H

1.9.Ordene los siguientes compuestos de acuerdo a su polaridad.
a)CH3 CH3__>__>__>__
b)CH3 OH
c)CH3 Cl
d)CH3-NH2

1.10.¿En cuáles de los siguientes compuestos cabe esperar reacción: (A) sólo heterolítica; (B) sólo sólo homolítica; (C) ambos tipos de reacciones?

a)CH3CO2Na
b)CH3I
c)LiOH
d)CH3ONa

1.11.¿Qué tipo de enlace forma el éter metílico con el ion potasio? Dibuje un modelo del compuesto.
 
 

CAPITULO 2
ALCANOS

2.1.Dibuje la estructura semidesarrollada de los siguientes alcanos.
a)4-isopropiloctano.
b)5-t-butildecano.
2.2.Ordene los siguientes compuestos de acuerdo a su temperatura de ebullición.
a)2-metil-butano__>__>__>__>__
b)n-pentano
c)2,2-dimetil-propano
2.3.Indique el nombre de los siguientes alcanos.
CH2 - CH3
|
a)CH3 - CH - CH2 - CH3
CH3 - CH - CH3
|
CH2 CH3
| |
b)CH3 - CH2 - CH2 - CH2 - CH2 - CH2 - CH - CH - CH3
2.4.¿En qué posición de los siguientes alcanos es más probable que se lleve a cabo una sustitución por medio de la formación de radical libre?
a)CH3 CH3
CH3
|
b)CH3 - CH - CH3
c)CH3 CH2 CH2 CH3
2.5.¿Cuántas conformaciones posibles tiene el ciclohexano? ¿Cuál es la más estable?
2.6.Dibuje la fórmula tridimensional en perspectiva de los siguientes alcanos.
a)pentano.
b)isobutano.
2.7.Ordene los siguientes compuestos de acuerdo a su temperatura de ebullición.
a)2-metil-pentano__>__>__
b)n-hexano
c)2,2-dimetil-butano
2.8.Indique el nombre de los siguientes alcanos.
CH2 - CH2 - CH2 - CH3
|
a)CH3 - CH - CH2 - CH2 - CH2 - CH3
CH3 - CH2
|
CH2 CH2 - CH2 - CH3
| |
b)CH3 - CH2 - CH2 - CH2 - CH2 - CH2 - CH - CH - CH3
2.9.Indique los principales productos de la reacción de Cl2 con cada uno de los siguientes alcanos en presencia de luz ultravioleta.
a)CH3 CH3
CH3
|
b)CH3 - CH - CH3
c)CH3 CH2 CH2 CH3
2.10.¿Cuántas conformaciones posibles tiene el n-butano? ¿Cuál es la más estable?
 
 

CAPITULO 3
ALQUENOS

3.1.Dibuje la estructura semidesarrollada de los siguientes alquenos.
a)2-etil-1-penteno.
b)cis-2-penteno.
3.2.Ordene los siguientes compuestos de acuerdo a su temperatura de ebullición.
a)propileno__>__>__>__>__
b)1-penteno
c)cis-2-penteno
d)trans-2-penteno
e)1-buteno
3.3.Indique el nombre de los siguientes alquenos.
CH2 - CH3
|
a)CH3 - C = CH - CH3
CH3 - C = CH2
|
CH2 CH3
| |
b) CH3 - CH = CH - CH2 - CH2 - CH2 - CH - CH - CH3
3.4.Indique los productos de las siguientes reacciones, en orden de rendimiento, de mayor a menor proporción.
a)CH3 CH2 OH + H2SO4 à
CH3
|
b)CH3 - CH - CH2 OH + H2SO4 à
c)CH3 CH2 CH2 CH2 OH + H2SO4 à
3.5.¿Cuántas configuraciones posibles tiene el 2-buteno? ¿Cuál es la más polar?
3.6.El ácido maleico rápidamente pierde una molécula de agua cuando se calienta a 140 °C, formando anhídrido maleico. El ácido fumárico es otro ácido dicarboxílico. ¿Qué sucede cuando este último ácido se calienta en estas mismas condiciones? Explique.
3.7.Los eventos fotoquímicos en la visión involucran la proteína opsina e isómeros del retinal y su derivado, la vitamina A. La opsina se une al 11-cis-retinal y forma la rodopsina. Cuando es tocada por la luz, el cromóforo 11-cis se convierte a una configuración todo-trans y subsecuentemente el todo-trans-retinal se separa de la rodopsina. Con la adición de dos átomos de hidrógeno, el todo-trans-retinal se convierte en todo-trans-vitamina A. Proponga un mecanismo químico para la reacción de isomerización del 11-cis-retinal a todo-trans-retinal.
3.8.Los eventos fotoquímicos en la visión involucran la proteína opsina e isómeros del retinal y su derivado, la vitamina A. La opsina se une al 11-cis-retinal y forma la rodopsina. Cuando es tocada por la luz, el cromóforo 11-cis se convierte a una configuración todo-trans y subsecuentemente el todo-trans-retinal se separa de la rodopsina. Con la adición de dos átomos de hidrógeno, el todo-trans-retinal se convierte en todo-trans-vitamina A. Proponga un mecanismo químico para la reacción de hidrogenación del todo-trans-retinal a todo-trans-vitamina A.
3.9El FAD es un transportador de electrones muy importante en los sistemas biológicos. El FAD es el aceptor de electrones en reacciones del tipo
H H
| |
FAD + R - C - C - R' à FADH2 + R - C = C - R'
| | | |
H H H H
Proponga un mecanismo químico para esta reacción de deshidrogenación.
3.10.Dentro del ciclo del ácido cítrico, el citrato debe ser isomerizado hasta isocitrato para permitir a la unidad de seis átomos de carbono que sea sometida a la descarboxilación oxidativa. Proponga un mecanismo químico para la catálisis de esta reacción por la aconitasa mitocondrial.
3.11.Las reacciones de compuestos de cuatro átomos de carbono constituyen la etapa final del ciclo del ácido cítrico. El succinato se convierte a oxaloacetato en tres etapas. Proponga un mecanismo químico para la primera etapa de oxidación del succinato a fumarato.
3.12.Las reacciones de compuestos de cuatro átomos de carbono constituyen la etapa final del ciclo del ácido cítrico. El succinato se convierte a oxaloacetato en tres etapas. Proponga un mecanismo químico para la segunda etapa de oxidación, del fumarato a malato.
3.13.Dos botellas de polietileno se calientan a 115 °C en un horno. La botella No. 1 se funde, mientras que la No. 2 permanece casi sin deformaciones. ¿Cuál es la diferencia química entre las dos botellas?
3.14.A veces las moléculas de etileno forman largas cadenas de ramas irregulares. Esta reacción ocurre al calentar el etileno a 270 °C bajo una presión de 2100 kg/cm2. Como resultado de las condiciones, se forman algunas ramificaciones en la larga cadena del polímero formado. ¿Cuáles serán las propiedades físicas de este polímero, comparado con el polietileno no ramificado?
3.15.A veces las moléculas de etileno forman largas cadenas de ramas irregulares. Esta reacción ocurre al calentar el etileno a 270° C bajo una presión de 2100 kg/cm2. Como resultado de las condiciones, se forman algunas ramificaciones en la larga cadena del polímero formado. ¿Cuáles serán las ventajas y desventajas de este polímero, comparado con el polietileno no ramificado?
3.16.Recientemente han aparecido en el mercado algunas cremas o jaleas bronceadoras o protectoras contra la luz solar, compuestas, entre otras sustancias, por b-carotenos. Anteriormente, las cremas o lociones bronceadoras más populares se preparaban a partir de crema o aceite de coco. ¿Cuáles son las ventajas de las lociones de b-carotenos sobre las de aceite de coco para los aficionados a tomar el sol en las playas o a la orilla de las albercas?
3.17.Recientemente se ha encontrado que algunos productos químicos, como los CFC utilizados en aerosoles y sistemas de refrigeración son capaces de reaccionar con el O3. Estos gases, además, pueden alcanzar la estratósfera y reaccionar con el presente que, comentario aparte, absorbe la mayor parte de la radiación UV que alcanza a la Tierra, proveniente del Sol. La radiación UV posee la energía suficiente para producir homólisis de enlaces covalentes en moléculas orgánicas, siendo una de tales consecuencias, la formación de melanomas en mamíferos. ¿Qué medidas de protección química puede tomar la gente que por necesidad o por gusto se ve expuesta en periodos prolongados al Sol?
3.18.Trabajando Ud. como técnico experto en el laboratorio de control de la Procuraduría Federal del Consumidor, le solicitan presentar pruebas contra una empresa lechera, por adulteración de leche de vaca con grasa vegetal. ¿Qué prueba química podría realizar para demostrar la presencia de grasa vegetal en la leche de vaca?
3.19.Trabajando Ud. como técnico experto en el laboratorio de control de la Procuraduría Federal del Consumidor, le solicitan presentar pruebas contra una empresa aceitera, por fraude en la venta de aceite de maiz. ¿Qué prueba química podría realizar para demostrar que la empresa está embotellando aceite de origen animal en envases etiquetados como aceite de maiz?
 
 

CAPITULO 4
RESONANCIA Y AROMATICIDAD

4.1.La estructura más probable para el compuesto C6H6 es la siguiente:

En esta estructura, cada vértice está constituido por un carbono sp2 unido por enlaces p y s a otros dos carbonos de la misma configuración electrónica y por un enlace s a un átomo de hidrógeno. Esta estructura electrónica del carbono corresponde a los alquenos. Sin embargo, cuando se le pone en presencia de un electrófilo, se obtiene como producto un compuesto C6H5E en medio ácido, donde E representa al electrófilo.
Explique estos resultados.
4.2.El benceno o ciclohexatrieno es el compuesto que da origen al concepto de resonancia y aromaticidad en química orgánica. La resonancia se debe a la deslocalización de sus electrones p a todo lo largo del anillo de carbonos, mientras que la aromaticidad se hace evidente por las reacciones de SEA característica de este tipo de compuestos orgánicos. Es decir, este es un anillo con dobles enlaces conjugados resonante y aromático. De este modo se obliga la pregunta: ¿todos los anillos con dobles enlaces conjugados son resonantes y aromáticos?
4.3.Así como los alquenos con varios dobles enlaces pueden sufrir la adición electrofílica en cada uno de sus enlaces p, es de esperar que los anillos aromáticos como el benceno puedan sufrir reacciones múltiples de sustitución electrofílica. Las sustituciones posteriores a la primera se ven influidas por la presencia del primer sustituyente. ¿De qué modo afecta el primer sustituyente a las reacciones subsecuentes de sustitución?
4.4.Represente los mecanismos de orientación o, m y p para una segunda substitución en un anillo bencénico que contiene un grupo activador. Indique cuáles son los más factibles.
4.5.Represente los mecanismos de orientación o, m y p para una segunda substitución en un anillo bencénico que contiene un grupo desactivador. Indique cuáles son los más factibles.
4.6.Indique cuáles de los siguientes grupos son orientadores o, m y p.
a)-O-CH2CH3
b)-CH(CH3)2
c)-S-H
4.7.El NADH es un transportador de electrones muy importante en los sistemas biológicos. La parte reactiva del NAD+ es su anillo de nicotinamida. Durante la oxidación de un sustrato, el anillo de nicotinamida del NAD+ acepta un ion hidrógeno y dos electrones, lo que equivale a un ion hidruro. Proponga un mecanismo químico para esta reacción. Indique si la estructura de resonancia del anillo posee características aromáticas o carece de éstas.
4.8.El NADPH es un transportador de electrones muy importante en los sistemas biológicos. La parte reactiva del NADP+ es su anillo de nicotinamida. Durante la oxidación de un sustrato, el anillo de nicotinamida del NADP+ acepta un ion hidrógeno y dos electrones, lo que equivale a un ion hidruro. Proponga un mecanismo químico para esta reacción. Indique si la estructura de resonancia del anillo posee características aromáticas o carece de éstas.
4.9.La coenzima Q es un derivado quinónico conuna larga cola isoprenoide. También se llama ubiquinona porque es ubicuo en los sistemas biológicos. El número de unidades de isopreno en el CoQ depende de las especies. La forma más común en los mamíferos contiene diez unidades de isopreno y por ello se le denomina CoQ10. Indique si la estructura de resonancia del anillo CoQ10 oxidado posee características aromáticas o carece de éstas.
4.10.La coenzima Q es un derivado quinónico conuna larga cola isoprenoide. También se llama ubiquinona porque es ubicuo en los sistemas biológicos. El número de unidades de isopreno en el CoQ depende de las especies. La forma más común en los mamíferos contiene diez unidades de isopreno y por ello se le denomina CoQ10. Indique si la estructura de resonancia del anillo CoQ10 reducido posee características aromáticas o carece de éstas.
4.11.La fenilalanina y la tirosina son dos aminoácidos aromáticos que tienen una vía degradativa común. El punto de partida de esta vía es la hidroxilación de la fenilalanina hasta tirosina. Esta reacción es catalizada por la fenilalanina hidroxilasa. Proponga un mecanismo químico para dicha reacción.
4.12.Proponga un mecanismo químico para la preparación de un analgésico, antipirético y antiinflamatorio, a partir de benceno.
4.13.Proponga un mecanismo químico para la preparación de un bacteriostático inhibidor de la síntesis de ácido fólico, para uso en escoriaciones epidérmicas superficiales, a partir de benceno.
4.14.Proponga un mecanismo químico para la síntesis de un explosivo derivado del benceno, que sea estable a temperatura ambiente.
4.15.Uno de los principales problemas de contaminación del aire en las zonas urbanas de las ciudades mexicanas son las emisiones de compuestos aromáticos hacia la atmósfera. ¿Cuáles son las principales fuentes de contaminación aérea producida por estos compuestos? ¿Cuál es el principal compuesto químico de este grupo presente, tanto en las fuentes como en el aire? ¿Cómo podría solucionarse este problema?
4.16.El benceno no da las reacciones usuales de los compuestos insaturados; no decolora una solución diluida de permanganato de potasio, ni reacciona rápidamente con una solución diluida de bromo en tetracloruro de carbono; cuando reacciona con el bromo, se produce bromuro de hidrógeno. ¿A qué se deben estas diferencias respecto a las reacciones típicas de los enlaces p? ¿Cuáles son las reacciones típicas del benceno? ¿Cómo será el mecanismo de estas reacciones?
 
 
 

CAPITULO 5
HALOGENUROS DE CARBONO

5.1.Dibuje la estructura semidesarrollada de los siguientes halogenuros.
a)2-cloropropano.
b)2-bromo-3-yodobutano
5.2.Ordene los siguientes compuestos de acuerdo a su temperatura de ebullición.
a)yoduro de isopropilo__>__>__>__
b)fluoruro de isopropilo
c)cloruro de isopropilo
d)bromuro de isopropilo
5.3.Indique el nombre de los siguientes halogenuros.
CH2 - CH3
|
a) Cl - CH2 - CH - CH2 - CH3
Br - CH - CH2
|
CH2 CH3
| |
b) CH3 - CH2 - CH2 - CH2 - CH2 - CH2 - CH - CH2 - CH3
5.4.Indique los productos de las siguientes reacciones.
a)(CH3)3 C Br + H2O à
Br
|
b)CH3 - CH - CH3 + CH3 CH2 O- à
c)CH3 CH2 CH2 CH2 Br + -OH à
5.5.De los siguientes compuestos,¿cuál es más polar?
a)cloruro de metilo
b)cloruro de metileno
c)tetracloruro de carbono
5.6.Los halogenuros de carbono son compuestos que han gozado de un amplio uso en gran diversidad de aplicaciones, incluyendo usos médicos como anestésicos generales. Sin embargo, actualmente su empleo ha sido reducido o eliminado por presentar efectos teratológicos y cancerígenos. Explique, desde un punto de vista químico, esta propiedad de los halogenuros de carbono.
5.7.Los clorofluorocarbonos (CFC) son una familia de compuestos pertenecientes a los halogenuros de carbono. Este grupo químico, per se, carece de relevancia como grupo funcional químico, en su aplicación al estudio de la química biológica. Sin embargo, en años recientes ha habido un importante aumento en el interés sobre este grupo químico por parte de los estudiosos de los fenómenos biológicos. ¿A qué se debe este reciente interés de los biólogos y bioquímicos por la química de los CFCs?
5.8.Haciendo un estudio sobre el impacto de desechos tóxicos en un ecosistema, Ud. identifica la presencia de una gran cantidad de clorodibenzo dioxinas (CDD). Con el fin de identificar la cantidad y variedad de CDDs, Ud. decide realizar un análisis por cromatografía en capa fina usando como eluyente una mezcla de cloroformo-etanol. Al término del experimento, Ud. observa cinco manchas a diferentes alturas, que coinciden con las siguientes CDDs:
2,7-DCDD
1,3,6,8-TCDD
2,3,7,8-TCDD
1,2,4,6,7,9-HEXA-CDD
OCDD
¿Cuál es el orden de estas dioxinas, de mayor a menor corrimiento?
5.9.Haciendo un estudio sobre el impacto de desechos tóxicos en un ecosistema, Ud. identifica la presencia de una gran cantidad de bifenilos policlorados (PCB). Con el fin de identificar la cantidad y variedad de PCBs, Ud. decide realizar un análisis por cromatografía en capa fina usando como eluyente una mezcla de benceno-tetracloruro de carbono. Al término del experimento, Ud. observa cuatro manchas a diferentes alturas, que coinciden con los siguientes PCBs:
3-clorobifenilo
2,4'-diclorobifenilo
2,4,4',6-tetraclorobifenilo
2,2',4,4',6,6'-hexaclorobifenilo
¿Cuál es el orden de estos bifenilos, de mayor a menor corrimiento?
5.10.Muchos compuestos antropogénicos ambientalmente importantes están halogenados, y la halogenación está a menudo como una razón de su persistencia. La deshalogenación reductiva involucra la remoción de un átomo de halógeno por oxidación-reducción. Esencialmente, el mecanismo involucra la transferencia de electrones de substancias orgánicas reducidas via microorganismos, por ejemplo, NAD(P), flavina, etc. Proponga un mecanismo químico para esta reacción de deshalogenación biológica de halogenuros de carbono que producen impactos ambientales importantes.
5.11.Dentro de los diversos desechos tóxicos producidos por la industria eléctrica se encuentran los bifenilos pliclorados contenidos en los transformadores usados. Dichos compuestos químicos representan uno de los problemas más serios que enfrenta la industria eléctrica en sus relaciones con la SEMARNAP. Como experto químico se le pregunta ¿a qué se deben estos problemas originados por los PCBs? ¿Cómo debe resolver estos problemas la industria eléctrica para cumplir con las NOMs establecidas por la SEMARNAP?
 
 
 

CAPITULO 6
ALCOHOLES

6.1.Dibuje la estructura semidesarrollada de los siguientes alcoholes.
a)2-propanol.
b)2-metil-2-butanol
6.2.Ordene los siguientes compuestos de acuerdo a su temperatura de ebullición.
a)alcohol isopropílico__>__>__>__>__
b)alcohol secbutílico
c)alcohol terbutílico
d)alcohol isobutílico
e)alcohol n-butílico
6.3.Indique el nombre de los siguientes alcoholes.
CH2 - CH3
|
a) HO - CH2 - CH - CH2 - CH3
HO - CH - CH3
|
CH - OH
|
b) CH3 - CH2 - CH2 - CH2 - CH2 - CH2 - CH - CH2 - CH2 - CH3
6.4.Indique los productos de las siguientes reacciones.
[O]
a)(CH3)3 C OH à
OH
| [O]
b)CH3 - CH - CH3 à
[O]
c)CH3 CH2 CH2 CH2 OH à
6.5.De los siguientes compuestos,¿cuál es más soluble en agua?
a)isopropanol
b)isobutanol
6.6.La reacción que catalizan las enzimas proteolíticas es la hidrólisis de un enlace peptídico. La mayoría de las enzimas proteolíticas también catalizan una reacción diferente pero relacionada, es decir, la hidrólisis de un enlace éster. Proponga un mecanismo químico para esta última reacción.
6.7.La lactosa, un azúcar que consta de un residuo de galactosa y uno de glucosa está sintetizada por una enzima que contiene una subunidad catalítica y una subunidad modificadora de la especificidad. Se cataliza una reacción diferente por la subunidad catalítica sola. Proponga un mecanismo químico para la reacción de síntesis de la lactosa.
6.8.La inhibición de la actividad enzimática por moléculas específicas y por iones es importante porque sirve como mecanismo de control mayoritario en los sistemas biológicos. La acción de los venenos gaseosos de los nervios sobre la acetilcolinesterasa, una enzima que juega un importante papel en la transmisión de los impulsos nerviosos, es un ejemplo de la inhibición irreversible. El diisopropilfosfofluoridato (DIPF), uno de estos agentes, reacciona con un residuo crítico de serina en el centro activo sobre la enzima. Proponga un mecanismo químico para la reacción de unión del DIPF a la serina.
6.9.Un ejemplo fisiológicamente importante de inhibición competitiva se encuentra en la formación de 2,3-difosfoglicerato a 1,3-difosfoglicerato. La difosfoglicerato mutasa, la enzima que cataliza esta isomerización, está inhibida competitivamente por niveles bajos de 2,3-difosfoglicerato. Proponga un mecanismo químico para la reacción de transformación de 1,3-difosfoglicerato a 2,3-difosfoglicerato.
6.10.Anualmente ocurren cerca de cincuenta muertes por la ingestión de etilén glicol, un constituyente de los anticongelantes para automóviles de tipo permanente. El etilén glicol, por sí mismo, no es letalmente tóxico. Más bien, el perjuicio es debido al ácido oxálico, un producto de la oxidación del etilén glicol. Proponga un mecanismo químico para esta reacción.
6.11.La lisozima disuelve algunas bacterias al romper el componente polisacárido de sus paredes celulares. El polisacárido de la pared celular está formado por dos clases de azúcares: N-acetilglucosamina (NAG) y ácido N-acetilmurámico (NAM). Proponga un mecanismo químico para la reacción de ruptura del enlace glucosídico NAM-NAG.
6.12.La carboxipeptidasa A es una enzima proteolítica que contiene zinc. Un mecanismo catalítico propuesto para la carboxipeptidasa A sugiere que el Glu 270 ataca directamente al átomo de carbono carbonílico del enlace peptídico susceptible y la Tir 248 cede un protón al grupo -NH de éste péptido. Proponga un mecanismo químico para la participación de la Tir 248 en la catálisis de esta reacción proteolítica.
 

CAPITULO 7
ALDEHIDOS Y CETONAS

7.1.Dibuje la estructura semidesarrollada de los siguientes compuestos.
a)2-propanona.
b)2-metilbutanal
7.2.Ordene los siguientes compuestos de acuerdo a su temperatura de ebullición.
a)propíonaldehído__>__>__>__>__a)acetona__>__>__
b)acetaldehídob)2-pentanona
c)valeraldehídoc)etil-metil-cetona
d)isobutiraldehído
e)butiraldehído
7.3.Indique el nombre de los siguientes compuestos.
CH2 - CH2 - CHO
|
a)CH2 - CH - CH2 - CH3
CH2 - CH3
|
C = O
|
b) CH3 - CH2 - CH2 - CH2 - CH2 - CH2 - CH - CH2 - CH2 - CH3
7.4.Indique los productos de las siguientes reacciones.
a)(CH3)2 C = O + AlH4 à
b)CH3 - CH2 - CHO + H2CrO4 à
c)Ar - CHO + -OH à
7.5.De los siguientes compuestos,¿cuál es más soluble en agua?
a)acetona
b)propionaldehído
7.6.Un mecanismo catalítico propone que en la carboxipeptidasa A, el Glu 270 ataca directamente el átomo de carbono carbonílico del enlace peptídico susceptible y la Tir 248 cede un protón al grupo -NH de este péptido. El anhidro resultante es hidrolizado entonces. Proponga un mecanismo químico para esta reacción.
7.7.Un mecanismo catalítico propone que en la carboxipeptidasa A, el Glu 270 activa una molécula de agua que ataca el átomo de carbono carbonílico del enlace peptídico susceptible. La hidrólisis es directa; no se forma un anhidro. Proponga un mecanismo químico para esta reacción.
7.8.La elastina se encuentra en muchos tejidos conjuntivos juntamente con el colágeno y polisacáridos. La elastina madura contiene muchos enlaces cruzados que la hacen insoluble y por ello difícil de analizar. La formación de un enlace cruzado lisinanorleucina en el colágeno o en la elastina involucra la participación de un residuo de lisina y un aldehído derivado de lisina. Proponga un mecanismo químico para la reacción del enlace cruzado.
7.9.La dihidroxiacetona fosfato se isomeriza a gliceraldehído-3-fosfato. Esta reacción se produce en la glucólisis. Proponga un mecanismo químico para esta reacción.
7.10.El NAD+ es el aceptor de electrones de muchas reacciones del tipo
H
|
NAD+ + R - C - OH ------> NADH+ + H+ + R - C = O
| |
R' R'
En esta deshidrogenación, un átomo de hidrógeno del sustrato es transferido directamente al NAD+, mientras que el otro aparece en el solvente. Los dos electrones perdidos por el sustrato se transfieren al anillo de nicotinamida. Proponga un mecanismo químico para la reacción reversible de reducción de la cetona.
 

CAPITULO 8
ACIDOS CARBOXILICOS

8.1.Dibuje la estructura semidesarrollada de los siguientes ácidos carboxílicos.
a)ácido 2-metilpropanoico.
b)ácido 2-etilbutanoico
8.2.Ordene los siguientes ácidos carboxílicos de acuerdo a su temperatura de ebullición.
a)ácido propiónico__>__>__>__>__
b)ácido acético
c)ácido valérico
d)ácido isobutírico
e)ácido butírico
8.3.Indique el nombre IUPAC de los siguientes ácidos carboxílicos.
CH2 - CH2 - COOH
|
a)CH2 - CH - CH2 - CH3
CH2 - COOH
|
CH
|
b) CH3 - CH2 - CH2 - CH2 - CH2 - CH2 - CH - CH2 - CH2 - CH3
8.4.Indique los productos de las siguientes reacciones.
H+
a)CH3 COO CH3 + H2O à
b)CH3 CH2 COOH + NaOH à
c)CH3 CH2 COOH + CH3 CH2 NH2 à
8.5.De los siguientes ácidos carboxílicos, ¿cuál es más soluble en agua?
a)ácido valérico
b)ácido glutárico
8.6.Las enzimas proteolíticas catalizan la reacción de hidrólisis de un enlace peptídico. La mayoría de las enzimas proteolíticas también catalizan una reacción diferente pero relacionada, es decir, la hidrólisis de un enlace éster. Proponga un mecanismo químico para esta reacción.
8.7.La primera etapa en el mecanismo catalítico propuesto para la lisozima es la transferencia de un H+ desde el Glu 35 al átomo de oxígeno del enlace glucosídico. El enlace glucosídico queda por ello roto y se forma un ion carbonio intermediario. ¿A qué pH deberá estar el medio para que la lisozima catalice esta reacción?
8.8.Un mecanismo catalítico propone que en la carboxipeptidasa A, el Glu 270 ataca directamente el átomo de carbono carbonílico del enlace peptídico susceptible y la Tir 248 cede un protón al grupo -NH de este péptido. El anhidro resultante es hidrolizado entonces. ¿A qué pH deberá estar el medio para que la carboxipeptidasa catalice esta reacción?
8.9.El etanol se forma a partir del piruvato en las levaduras y varios otros microorganismos. El primer paso es la descarboxilación del piruvato:
Piruvato + H+ à acetaldehído + CO2
Proponga un mecanismo químico para esta reacción de descarboxilación.
8.10.La primera de las cuatro reacciones de óxido-reducción en el ciclo del ácido cítrico es la descarboxilación oxidativa del isocitrato, catalizada por la isocitrato deshidrogenasa:
Isocitrato + NAD+ à a-cetoglutarato + CO2 + NADH + H+
El intermediario en esta reacción es el oxalosuccinato, que pierde rápidamente CO2, mientras está ligado a la enzima, para dar a-cetoglutarato. Proponga un mecanismo químico para esta reacción de descarboxilación.
 

CAPITULO 9
AMINAS

9.1.Dibuje la estructura semidesarrollada de las siguientes aminas.
a)1,2-propandiamina.
b)1,2,3-bencentriamina.
9.2.Ordene las siguientes aminas de acuerdo a su temperatura de ebullición.
a)etilamina__>__>__>__>__
b)dimetilamina
c)dietilamina
d)n-propilamina
e)isopropilamina
9.3.Indique el nombre IUPAC de las siguientes aminas.
CH2 - NH2
|
a)CH2 - NH2
CH2 - NH2
|
CH2
|
b)CH2 - NH2
9.4.Indique los productos de las siguientes reacciones.
a)CH3 CH2 NH2 + HX à
b)(CH3)3 N + H+ à
c)CH3 CH2 COOH + CH3 CH2 NH2 à
9.5.Ordene las siguientes aminas por polaridad y por solubilidad agua.
a)dimetilamina.
b)tetrametilamonio.
c)trimetilamina.
9.6.Los aminoácidos son las unidades estructurales básicas de las proteínas. Los aminoácidos en solución varían su caracter iónico a diferentes valores de pH. Determine los estados de ionización, en función del pH, del siguiente aminoácido:
NH2
|
H - C - COOH
|
R
a)A pH = 1.0
b)A pH = 7.0
c)A pH = 11.0
9.7.En las proteínas, el grupo alfa carboxílico de un aminoácido se une al grupo alfa amínico de otro aminoácido por medio de un enlace peptídico. Proponga un mecanismo químico para la formación de este enlace, también llamado enlace amídico.
9.8.La degradación de Edman es un procedimiento tradicionalmente utilizado para analizar la secuencia de aminoácidos en proteínas. En este proceso se hace reaccionar al aminoácido terminal con fenilisotiocianato. Proponga un mecanismo químico para esta reacción.
9.9.La degradación de Edman es un procedimiento tradicionalmente utilizado para analizar la secuencia de aminoácidos en proteínas. En este proceso se une el aminoácido terminal con fenilisotiocianato, para ser luego eliminado. Proponga un mecanismo químico para la reacción de eliminación de este complejo.
9.10.En las proteínas, el grupo alfa carboxílico de un aminoácido se une al grupo alfa amínico de otro aminoácido por medio de un enlace peptídico. La tripsina es una enzima que hidroliza los polipéptidos sobre el lado carboxílico de los residuos de arginina y lisina. Proponga un mecanismo químico para la hidrólisis de este enlace, también llamado enlace amídico.
9.11.La teoría quimiosmótica del acoplamiento energético de la fosforilación oxidativa en las membranas biológicas transductoras de energía explica el mecanismo de síntesis de ATP a partir de ADP y Pi, dependiente del potencial electroquímico transmembranal. Sin embargo, el mecanismo químico de la reacción de síntesis o de hidrólisis del ATP sigue siendo motivo de discusión, ya que aparentemente se debe producir un cambio en la configuración del nucleótido. De ser cierto esto, ¿a qué clase de reacciones químicas pertenecerá este proceso bioquímico? Proponga un mecanismo químico para la reacción de hidrólisis del ATP. ¿Qué factores pueden influir en el mecanismo químico de la reacción? En tal caso, ¿qué otra clase de mecanismo de reacción química se podría llevar a cabo en este proceso?
9.12.Hace aproximadamente 4,500 millones de años, el planeta orbitaba alrededor de una estrella amarilla mediana naciente, mientras que en su interior se encontraba sumanente activo. El hierro y el níquel se hundieron hacia el núcleo, mientras que los elementos más ligeros emergieron hacia la superficie. Se formó una atmósfera rica en agua y bióxido de carbono, pero carente de oxígeno libre. El agua regresaba a la superficie en forma de lluvia, formando los primeros oceanos.
Enriquecida por meteoritos y cometas, las aguas poco profundas alrededor de miles de islas volcánicas fueron saturadas con compuestos químicos, especialmente de carbono, el elemento que sería esencial para el surgimiento de la vida. De esta sopa primordial emergería la vida en la forma de bacterias unicelulares capaces de reproducirse.
Considerando los compuestos químicos de carbono, más simples, y las fuentes de energía presentes en el ambiente antes descrito, ¿cuáles son los posibles mecanismos de reacciones químicas que posteriormente dieron lugar a la formación y síntesis de moléculas tan complejas como los ácidos nucleicos, indispensables para la vida?
 
 

APENDICE 1
NOMENCLATURA Y ENLACE QUIMICO

1.1.Fórmulas esctructurales completas de enlace-valencia, fórmulas moleculares y familia química:
FORMULA DEFORMULA
ENLACE-VALENCIAMOLECULAR
a)
H H H H H
| | | | |
H - C = C - C = C - C = OC5H6O
b)
H O H
| || |
H - C - C - C - H
| |
H HC3H6O
c)
H O
| ||
H - C - C - O - Na
|
HC2H3O2Na
d)
H H H
| | |
O = C - C - C - O - H
| |
H HC3H6O2
e)
H H
| |
H - C - N - H
| |
H HCH6N
f)
H H H
| | |
H - C - N - C - H
| |
H HC2H7N
g)
H H
\ /
H C - H
\ |
H - C - N - Cl
/ |
H C - H
/ \
H HC3H9NCl
h)
H O
| ||
H - C - C - O - H
|
HC2H4O2
i)
H H
\ /
H C - H O
\ | //
H - C - C - C - O - H
/ |
H C - H
/ \
H HC5H10O2
j)
H H
| |
H - C - C - H
| |
H HC2H6
1.2.Fórmulas esctructurales completas de enlace-valencia, fórmulas moleculares y familia química:
FORMULA DEFORMULA
ENLACE-VALENCIAMOLECULAR
a)
H H H H H
| | | | |
H - C = C - C = C - C = NC5H6N
b)
H H
| |
H - C - O - C - H
| |
H HC2H6O
c)
H O
| ||
H - C - C - O - H
|
HC2H4O2
d)
H H H
| | |
O = C - C - C = O
|
HC3H6O2
e)
H H
| |
H - C - N - H
|
HCH5N
f)
H H
\ /
H C - H
\ |
H - C - N
/ |
H C - H
/ \
H HC3H9N
g)
H H
\ /
H C - H
\ |
H - C - N - H
/ |
H C - H
/ \
H HC3H10N
h)
H
|
H - C - O - H
|
HCH4O
i)
H H
\ /
H C - H
\ |
H - C - C - O - H
/ |
H C - H
/ \
H HC4H10O
j)
H - C = C - H
| |
H HC2H4