Nomenclatura de Química Orgánica

Introducción a la Nomenclatura Orgánica

1

INTRODUCCIÓN A LA NOMENCLATURA ORGÁNICA Química General. Grado en Química

1. Representaciones estructurales en Química Orgánica Por Química Orgánica se entiende la Química de los compuestos de carbono. La existencia de una especialidad dedicada a un único elemento se justifica por la gran cantidad y variedad de compuestos orgánicos. El origen se encuentra en la capacidad para formar estructuras complejas y relativamente estables de átomos de carbono unidos entre sí a las que pueden estar unidos átomos de otros elementos. En general, las moléculas orgánicas están formadas por un esqueleto de enlaces C–C y C–H (cadena hidrocarbonada), al que están unidos unos átomos o grupos de átomos (denominados grupos funcionales). La química de las moléculas orgánicas es esencialmente la química de los grupos funcionales presentes, mientras que los restos hidrocarbonados influyen en menor medida. 1.1. Estructuras desarrolladas En estas representaciones se indican los átomos mediante sus correspondientes símbolos químicos y los enlaces mediante trazos. Por ejemplo:

H C

H

H

C

O

C

H

H

H

C C

H

H

C

O

H

C C H

H

H

H

H 1.2. Estructuras semidesarrolladas o condensadas La representación explícita de todos los enlaces de una molécula genera a menudo figuras muy complejas. Por eso, los químicos suelen preferir tipos de representación más sencillos. En las representaciones semidesarrolladas o condensadas se omiten los trazos que representan los enlaces covalentes en los que participan átomos de hidrógeno. Además, pueden omitirse otros enlaces, siempre que esto no dé lugar a errores:

CH3 CO CH3 CH3COCH3o CH2 CHOH C CHCH3


2

1.3. Estructuras simplificadas Las cadenas carbonadas se representan mediante líneas quebradas

orientadas en zig-zag. Cada segmento representa un enlace y cada extremo o vértice indica un carbono (excepto que se detalle un átomo o grupo particular). Se omiten los hidrógenos unidos a carbono, pero pueden deducirse teniendo en cuenta que el carbono presenta valencia 4.

O OH

1.4. Estructuras en perspectiva En estas representaciones se introduce información estereoquímica. Así, los trazos ordinarios indican enlaces contenidos en el plano de representación (o sea, del papel), mientras las cuñas continuas indican enlaces dirigidos hacia arriba y las cuñas discontinuas muestran enlaces orientados hacia abajo.

CH2

CC

HO H

CH2

CC

H OH

CH3

CH CH

CH3

1.5. Estructuras mixtas Estas estructuras combinan características de las representaciones anteriores.

OH OH


3

2. Introducción a la nomenclatura orgánica La nomenclatura es el vocabulario que utilizan los químicos para

comunicarse entre sí. Para que esta comunicación se produzca, es necesario que los químicos conozcan y utilicen las mismas reglas. La institución encargada de proponer las reglas de nomenclatura química es la Unión Internacional para la Química Pura y Aplicada (IUPAC).

Las reglas de la IUPAC se basan en unos principios fundamentales:

1. Un compuesto debe tener un único nombre.1 2. Este nombre debe ser lo más sencillo posible. 3. Compuestos distintos deben presentar nombres diferentes.2

Sin embargo, estos principios tan simples resultan muy difíciles de plasmar de forma sencilla. Además, la IUPAC se ha esforzado en compatibilizar sus normas con los nombres vulgares de los compuestos (relacionados con su origen natural). El resultado es una racionalidad imperfecta y una gran cantidad de reglas relativamente complejas.

Aunque el uso de la nomenclatura sistemática es cada vez más frecuente, los nombres vulgares y nombres derivados de estos siguen estando muy arraigados, especialmente en la Química de los productos naturales, la Bioquímica y la Industria Química. La IUPAC acepta algunos de estos nombres (indicados entre corchetes en este cuadernillo) y, en algunos casos, son los únicos válidos.

En realidad, existen varios tipos de nomenclatura sistemática (sustitutiva, de clase funcional, de reemplazamiento, conjuntiva...), lo que provoca frecuentemente que un compuesto pueda tener varios nombres válidos. No obstante, la nomenclatura sustitutiva ha sido desarrollada intensamente por la IUPAC y es, en principio, preferible. También estudiaremos la nomenclatura de clase funcional, utilizada para algunos tipos de compuestos. La obediencia a las reglas de la IUPAC permite deducir un único nombre sistemático para un compuesto. Por eso, hay que evitar introducir variaciones en el procedimiento utilizado, aunque puedan parecer muy razonables.

1 En realidad, las reglas de la IUPAC permiten proponer varios nombres válidos para muchos compuestos orgánicos. Lo que sí existe para cada compuesto es un único “nombre preferido por la IUPAC”. 2 La regla es de cumplimiento riguroso: un nombre debe corresponder a un único compuesto.


4

2.3. Grupos funcionales Los grupos funcionales determinan en gran medida las propiedades químicas y físicas de los compuestos. Por eso, es necesario conocer las fórmulas de los grupos funcionales más frecuentes. Por ejemplo:

O

O H

O

H

(carboxilo) se expresa como -COOH o HOOC-

(aldehído) se expresa como -CHO o HCO-

O

O

(éster) se expresa como -COO-(en cambio, -OOC- indica que el oxígeno está unido al fragmento de la izquierda)

C N (nitrilo) se expresa como -CN o NC-

O-

O

O

O-

(carboxilato) se expresa como -COO- o -OOC-

CO

O

C

O

(anhídrido) se expresa como -CO-O-CO- o -COOCO-

C

O

Cl

(cloruro de ácido) se expresa como -COCl o ClCO-

C

O

NH2

(amida) se expresa como -CONH2 o NH2CO-

O

C(cetona) se expresa como -CO-

Otros grupos funcionales frecuentes son: alcohol (-OH), amina (–N<), éter (-O-), nitro (-NO2 u O2N-), flúor, cloro, bromo, yodo, así como los dobles y triples enlaces carbono–carbono. Para identificar los grupos


5

funcionales, hay que considerar siempre los grupos atómicos más complejos (por ejemplo, el grupo -COO- corresponde a un éster, pero no a la presencia simultánea de una cetona (-CO-) y un éter (-O-)). Ejercicio 2.3.1. Nombra los grupos funcionales presentes en los siguientes compuestos: 1.

COCl

NCH3

CH3

2.

NH

O

OHF

F

F

3. O

OO2N

4. NHCH3 CH2 C N

5. CHO

CHOH

CH2OH

6. HC C CH2 NH2

7.

C O

O

C

O

ClCl

Cl Cl

ClCl

8. COOCH3

9.

CH3O

10.

OCH3

O CN

A continuación se muestra un listado de los grupos funcionales más comunes y las correspondientes familias de compuestos:


6


7


8

2.4. Grupo principal El grupo principal es el grupo funcional que determina cómo se

nombra un compuesto. Por ejemplo, un compuesto que tiene grupos amino y grupos carboxilo se nombra como un ácido carboxílico, porque este es el grupo principal (independientemente de las propiedades químicas del compuesto).

El grupo principal es el grupo funcional de más alta prioridad de una molécula,3 de acuerdo con una tabla de prioridades. Esta tabla de prioridades está basada en criterios puramente arbitrarios y no guarda relación con ningún tipo de propiedad física o química de los grupos funcionales.

En la siguiente Tabla de Prioridades se muestran los siguientes grupos funcionales en orden decreciente de prioridad (de arriba a abajo y de izquierda a derecha):4 1. Ácidos carboxílicos 2. Derivados de ácidos: sales, anhídridos, ésteres, cloruros de ácido, amidas 3. Compuestos con enlace carbono–heteroátomo.5 Clasificados según el

orden de enlace: a. Compuestos con triple enlace: nitrilos b. Compuestos con doble enlace: aldehídos, cetonas c. Compuestos con enlace sencillo: alcoholes o fenoles, aminas

Según la nomenclatura sustitutiva, algunos grupos funcionales no

incluidos en esta tabla de prioridades (halógenos, grupo nitro, éteres) se nombran siempre como sustituyentes, por lo que no pueden actuar como grupo principal. Los dobles y triples enlaces carbono–carbono tampoco pueden actuar como grupo principal.

El compuesto

O O

OH presenta los grupos funcionales correspondientes a una cetona y un ácido carboxílico. Consultando la tabla puede observarse que el ácido carboxílico está situado por encima de la cetona, por lo que el compuesto debe nombrarse como un ácido carboxílico.

3 Un compuesto puede tener varios grupos principales si corresponden al mismo tipo de grupo funcional (p. ej., dos grupos carboxilo). 4 Las iminas, no incluidas en este cuadernillo, no cumplen este orden. 5 Un heteroátomo es cualquier átomo distinto del carbono y del hidrógeno.


9

Ejercicio 2.4.1. Identifica el/los grupo(s) principal(es) de los siguientes compuestos: 1.

NH2

COOH

2. HOCH2 C C CH2OH

3. NH2CH2CH2OH

4.

O

O

CH3CN

5.

OH

6. CHO

OHH

OHH

CH2OH 7.

Br

C CH2OHHOCH2

NO2

8.

F3C

O

O CF3

O

9.

CH3

CO

O

CH2COOH

10.

CH NH

O

NO2


10

3. Tipo de nomenclatura Existen varios tipos de nomenclatura aceptados por la IUPAC, aunque aquí sólo consideraremos tres: vulgar, sustitutiva y de grupo funcional. El tipo de nomenclatura a aplicar a los compuestos depende esencialmente del grupo principal. Como norma general, es preferible usar la nomenclatura sustitutiva, aunque existen excepciones: Nomenclatura vulgar –Compuestos con nombre vulgar muy arraigado y sus derivados. Por ejemplo: ácido acético, estireno. Nomenclatura de clase funcional –Obligatoria: sales, anhídridos, ésteres, cloruros de ácido –Tolerada, aunque no preferida: nitrilos, cetonas, alcoholes, aminas, éteres, compuestos halogenados 4. Nomenclatura vulgar A lo largo del cuadernillo, se recogen entre paréntesis los nombres vulgares aceptados de los compuestos. En unos pocos casos, la IUPAC prefiere los nombres vulgares: ácido acético, estireno. En otros, es preferible el nombre sistemático (propan-2-ona en lugar de acetona, ácido prop-2-enoico en lugar de ácido acrílico...), aunque se usa a menudo el correspondiente nombre vulgar. 5. Nomenclatura sustitutiva Como norma general, la IUPAC recomienda el uso de la nomenclatura sustitutiva, pero admite algunas excepciones. Cada tipo de nomenclatura implica una interpretación diferente de la estructura molecular. Según la nomenclatura sustitutiva, la estructura molecular puede considerarse como un esqueleto formado por una cadena principal a la que están unidos los sustituyentes.

CADENA PRINCIPAL

Sustituyente

Sustituyente

Sustituyente

Para comprender el funcionamiento de la nomenclatura sustitutiva,

consideremos este ejemplo:


11

CN

3-metilbut-2-enonitrilo

bloque desustituyentes

bloque de lacadena principal

sustituyente

cadenaprincipal

En este nombre sistemático podemos distinguir dos grandes bloques de información yuxtapuestos. Así, el primer bloque ofrece información sobre los sustituyentes (3-metil) y el segundo bloque indica la cadena principal (but-2-enonitrilo). Los nombres correspondientes a los dos bloques se escriben unidos (sin espacio ni guion).

Podemos analizar cada uno de estos bloques. En el bloque del sustituyente tenemos: –Un prefijo (metil), que indica la naturaleza del sustituyente, precedido de un número (3), denominado localizador, que indica la posición de la cadena principal sobre la que está unido el sustituyente. En el bloque de la cadena principal encontramos: a) Un prefijo (but), que indica su longitud. b) Un infijo (eno), que indica la naturaleza de las insaturaciones (un doble enlace), precedido de un localizador (2) que indica su posición. c) Un sufijo (nitrilo), que indica el grupo principal. La estructura habitual de un compuesto nombrado con nomenclatura sustitutiva es:

prefijo-prefijo-sufijo-sufijorepetido n veces

(n=0,1,2...)

SUSTITUYENTES CADENA PRINCIPAL

longitud insaturaciones grupoprincipal

donde el bloque correspondiente a los sustituyentes está repetido las veces que sea necesario (0, 1, 2, 3...). Además, los morfemas pueden ir precedidos de localizadores. En algunos casos, esta estructura está precedida por una palabra por un espacio que indica algún tipo de grupo principal (ácido, anhídrido). Para nombrar correctamente un compuesto usando la nomenclatura sustitutiva, es conveniente seguir el siguiente orden:


12

1. Grupo principal. Identificar el/los grupo(s) principal(es) de la molécula. 2. Cadena principal. Establecer y numerar la cadena principal. Localizar las posiciones de los grupos principales y las insaturaciones de la cadena principal. 3. Sustituyentes. Identificar los sustituyentes y localizar las posiciones de la cadena principal a las que están unidos. 5.1. Grupo principal

En la nomenclatura sustitutiva, el grupo principal determina el sufijo del nombre, mientras que los otros grupos funcionales se especifican mediante prefijos.

A continuación se muestra una tabla de prefijos y sufijos (según la nomenclatura sustitutiva) de los grupos funcionales más frecuentes en orden decreciente de prioridad: Clase de compuesto

Grupo funcional

Prefijo Sufijo

Ácido carboxílico

-COOH [C]1 carboxi– ácido –oico ácido [C]–carboxílico

Amida -CONH2 [C] carbamoíl– –amida [C] –carboxamida

Nitrilo -CN [C] ciano– –nitrilo [C] –carbonitrilo

Aldehído -CHO oxo–2

[C] formil– –al [C] –carbaldehído

Cetona -CO- oxo–2 –ona Alcohol o fenol -OH hidroxi– –ol Amina -NH2 amino– –amina 1 En los prefijos en que aparece [C], el átomo de carbono pertenece al sustituyente y no a la cadena principal. Cuando no aparece [C], el carbono pertenece a la cadena principal. 2 Puede observarse que, al usar el prefijo oxo, se considera que el carbono pertenece a la cadena principal. Más adelante se explicarán el significado de las columnas correspondientes al prefijo y al sufijo. 5.2. Cadena principal La cadena principal constituye el esqueleto de la estructura según la nomenclatura sustitutiva y está formada por una cadena continua de átomos de carbono,6 sus hidrógenos y el grupo principal.7 Habitualmente, la cadena 6 En algunos casos se incluyen también heteroátomos. 7 En algunos casos, el grupo principal está unido a la cadena principal. Así, en el ciclopentanocarbaldehído (ver más adelante), la cadena principal corresponde al ciclopentano.


13

principal presenta una estructura de cadena lineal o cíclica de átomos, aunque en algunos casos puede tener una estructura mixta. 5.2.1. Longitud de la cadena principal La longitud de la cadena principal se especifica mediante un prefijo que indica el número de átomos de carbono: met– (1); et– (2); prop– (3); but– (4); pent– (5); hex– (6); hept– (7); oct– (8); non– (9); dec– (10)... Por ejemplo:

CH4 CH3 CH2OH COOH metano etanol ácido butanoico Puede observarse que los compuestos sin insaturaciones en la cadena principal presentan el sufijo –ano (o su forma abreviada –an–). 5.2.2. Tipos de cadena principal 5.2.2.1. Cadena principal lineal

El tipo de cadena principal más sencillo es el de cadena lineal. Por ejemplo:

O

CH3CH2OH

butano etanol propanona [acetona]

Entre los compuestos de cadena lineal más comunes destacan los ácidos carboxílicos y sus derivados, algunos de los cuales presentan nombres vulgares aceptados por la IUPAC. HCOOH CH3COOH ácido metanoico ácido etanoico [ácido fórmico] [ácido acético] Los derivados de ácido tienen nombres vulgares que mantienen el prefijo del ácido carboxílico relacionado (con el mismo número de átomos de carbono), pero presentan el sufijo característico del grupo funcional:

H H

O

CH3 C N

CH3 NH2

O

adsorbidos

adsorbidos

adsorbidos

adsorbidos


14

etanonitrilo metanal etanamida [acetonitrilo]8 [formaldehído]9 [acetamida] Cuando el compuesto presenta varios grupos funcionales con la máxima prioridad en la cadena principal, es necesario indicar la cantidad mediante un prefijo numeral (di, tri, tetra...):

O

HO

O

OH

HOOC CH2 COOH

ácido etanodioico ácido propanodioico [ácido oxálico] [ácido malónico]

N

N

hexanodinitrilo

Ejercicio 5.2.2.1.1. Nombra los siguientes compuestos: 1.

CN

2.

CHO 3.

CONH2

4.

HOOCCOOH

5.

CN

CN

6.

HCOCHO

Ejercicio 5.2.2.1.2. Formula los siguientes compuestos: butanal ácido propanoico acetaldehído formamida etanodial hexanodiamida

8 Los aldehídos y los nitrilos se consideran como derivados de ácidos carboxílicos en la nomenclatura vulgar. 9 Según la nomenclatura vulgar, los aldehídos presentan el sufijo –aldehído.

adsorbidos

adsorbidos

adsorbidos

adsorbidos

adsorbidos

adsorbidos

adsorbidos

adsorbidos

adsorbidos

adsorbidos


15

Los grupos funcionales de los ejemplos anteriores están situados en un extremo de la cadena principal. Pero existen grupos funcionales que pueden estar situados en posiciones intermedias. En este caso, es necesario precisar la posición del grupo funcional en la cadena principal con un número, denominado localizador. El localizador debe situarse en posición inmediatamente anterior al correspondiente prefijo.

O

12

34

5

pentan-3-ona Si no hay posibilidad de ambigüedad, el localizador puede colocarse antes del nombre (3-pentanona), aunque esta práctica no está recomendada por la IUPAC. Ejercicio 5.2.2.1.3. Nombra los siguientes compuestos: 1.

O

2. OH

3.

NH2

4. CH3OH

5. CH3CH2NH2

6. CH3CH2OH

Ejercicio 5.2.2.1.4. Formula los siguientes compuestos: hexan-1-amina butan-2-ol pentan-3-amina 2-hexanona 3-hexanona 1-propanol Cuando hay que especificar las posiciones de varios grupos funcionales, es necesario usar varios localizadores separados por comas. Por ejemplo:


16

CH2OH

CHOH

CH2OH

1

2

3

O O

12

34

5

pentano-2,4-diona propano-1,2,3-triol [glicerina o glicerol] Ejercicio 5.2.2.1.5. Nombra los siguientes compuestos: 1.

O

O

2. NH2CH2CH2NH2

Ejercicio 5.2.2.1.6. Formula los siguientes compuestos: butano-1,4-diol heptano-2,4,6-triona 5.2.2.2. Cadena principal cíclica Cuando la cadena principal es cíclica, es necesario anteponer al nombre de la cadena principal el prefijo ciclo–:

O

ciclopentano ciclohexanona Ejercicio 5.2.2.2.1. Nombra los siguientes compuestos: 1.

OH

2. NH2

Ejercicio 5.2.2.2.2. Formula los siguientes compuestos: 1,3-ciclopentanodiona ciclohexano-1,3,5-triol

adsorbidos

adsorbidos


17

El benceno es un compuesto orgánico que presenta propiedades físicas y químicas particulares. Aunque a veces se representa indicando una alternancia de enlaces carbono–carbono simples y dobles, la representación con un círculo inscrito en un hexágono es más ilustrativa de sus propiedades.

o

benceno

Existen muchos derivados del benceno. A menudo, estos compuestos se nombran considerando el anillo de benceno como cadena principal. Por ejemplo:

Cl

clorobenceno etilbenceno Algunos de los derivados del benceno poseen un nombre vulgar aceptado por la IUPAC. Por ejemplo:

CH3 CH=CH2

metilbenceno [tolueno] vinilbenceno [estireno] En algunos casos, sólo está aceptado el nombre vulgar.10

OH NH2

fenol anilina

10 Los nombres “sistemáticos” bencenol o bencenamina no son válidos ni para estos compuestos ni para los derivados sustituidos.

adsorbidos

adsorbidos

adsorbidos

adsorbidos

adsorbidos

adsorbidos

adsorbidos


18

5.2.2.3. Cadena principal mixta En algunos casos, la cadena principal puede estar formada por fragmentos lineales y fragmentos cíclicos.

Existen algunos casos en los que el grupo principal no pertenece a la cadena principal, pero está unido directamente a ella. Un ejemplo típico corresponde a compuestos en los que el grupo principal está unido a una cadena cíclica. El nombre del compuesto se construye usando un sufijo especial del grupo funcional que especifica la adición de un átomo de carbono (sufijo incluido en la Tabla de prioridades con [C]).

CHO

COOH

COOHHOOC

HOOC

ciclopentanocarbaldehído ácido benceno-1,2,4,5-tetracarboxílico Un ejemplo típico está formado por algunos derivados del benceno:11

COOH CNCHO

ácido benzoico benzaldehído benzonitrilo En los derivados sustituidos de estos compuestos, la cadena principal está formada por el anillo de benceno y el correspondiente grupo funcional. Por ejemplo:

CHO

OH

cadenaprincipal

sustituyente 3-hidroxibenzaldehído

11 Los nombres "sistemáticos" ácido bencenocarboxílico, bencenocarbaldehído o bencenocarbonitrilo no son válidos.

adsorbidos

adsorbidos

adsorbidos

adsorbidos

adsorbidos

adsorbidos

adsorbidos

adsorbidos

adsorbidos

adsorbidos

adsorbidos

adsorbidos


19

5.2.3. Insaturaciones de la cadena principal Se denominan insaturaciones a los enlaces múltiples carbono–

carbono (dobles o triples). Las insaturaciones de la cadena principal se indican mediante un sufijo: –ano si no presenta enlaces múltiples C–C –eno si presenta un doble enlace C=C –ino si presenta un triple enlace C≡C Por ejemplo:

CH3 CH3 CH2 CH2 HC CH etano eteno [etileno] etino [acetileno] Cuando una cadena principal presenta varios dobles enlaces o varios triples enlaces, es necesario especificar la cantidad de estos mediante el uso de un prefijo numeral (di, tri, tetra...):

H2C C CH2 propadieno [aleno] hexatriino Cuando la cadena principal contiene dobles y triples enlaces, se combinan los sufijos –eno e –ino en este orden (no está admitido el orden inverso). Es frecuente la omisión (generalmente la o) o adición (generalmente la a) de vocales en la formación de nombres para facilitar su pronunciación.

butenino

5.2.4. Establecimiento de la cadena principal

La presencia de sustituyentes hace que en numerosos casos resulte ambiguo el establecimiento de la cadena principal, por lo que es necesario introducir nuevas reglas. Así, si una regla no permite deshacer la ambigüedad, hay que seguir la lista de reglas hasta encontrar una que sí lo permita. Hemos visto que la cadena principal es habitualmente una cadena que incluye el grupo principal. Como criterio de referencia, esta cadena debe ser lo más compleja posible, para permitir que los sustituyentes sean sencillos. El principal criterio de complejidad de la cadena corresponde a su longitud.12 Por ejemplo, para el siguiente compuesto, la cadena principal es la cadena de ácido pentanoico en lugar de la cadena de ácido butanoico.

12 En realidad, la selección de la cadena principal es mucho más complicada.

adsorbidos

adsorbidos

adsorbidos


20

COOH COOH

cadena principal

sustituyente cadena principal

sustituyente

SÍ NO

Para el siguiente compuesto, la cadena principal más compleja (que incluye el grupo carboxílico) es el ácido benzoico.

COOH

NO2 En el siguiente caso, no es posible definir una cadena principal que contenga todos los átomos de carbono de la molécula porque esa cadena mixta lineal-cíclica no tiene nombre admitido. Así, nos vemos obligados a elegir una cadena principal lineal eliminando el anillo de benceno. En este caso, la cadena principal es el ácido acético (o etanoico).

NO2

COOH

En algunos casos, la elección de la cadena principal está

condicionada por los sustituyentes presentes. Así, para el compuesto

N C CH2 COOH podría esperarse que la cadena principal incluyera los tres átomos de carbono, lo que implicaría considerar que el nitrógeno con 3 valencias libres (N≡) actúa como sustituyente. Ya que no existe ningún nombre válido para ese sustituyente, resulta imposible nombrar el compuesto así. El sustituyente que sí tiene un nombre admitido por la IUPAC es el grupo N≡C– (ciano). Sin embargo, si aceptamos que ese carbono pertenece al sustituyente, resulta necesario descontarlo de la cadena principal, que queda reducida a 2 átomos de carbono.

N C CH2 COOH


21

Por lo tanto, el nombre del compuesto es ácido cianoetanoico [ácido cianoacético]. Para elegir la cadena principal según la IUPAC, hay que aplicar las siguientes reglas (en orden decreciente de importancia):13 1. Mayor número de grupos principales. 2. Mayor longitud. 3. Mayor cantidad de insaturaciones. En este orden: a. Igual prioridad para dobles y triples enlaces. b. Preferencia para dobles enlaces. MUY IMPORTANTE. Hasta 2004, la IUPAC había considerado que el criterio de número de insaturaciones (regla 3) tenía prioridad sobre la longitud de la cadena (regla 2). Es necesario tenerlo en cuenta cuando se consulten fuentes (libros, ejercicios, páginas web...) no actualizadas. Veamos algunos ejemplos para la elección de la cadena principal: 1. La que contiene el mayor número posible de grupos principales (que definen los sufijos).

O

O

3-(4-pentenil)-pentano-2,4-diona

2. La que presenta la mayor longitud.

COOH

ácido 2-vinilpentanoico14

3a. La que presenta el mayor número de enlaces múltiples carbono–carbono.

13 Este cuadro es una simplificación de las reglas para compuestos acíclicos. No es válido para compuestos de una cierta complejidad. 14 Según el antiguo criterio de la IUPAC, el nombre sería ácido 2-propilbut-3-enoico.

adsorbidos

adsorbidos

adsorbidos

adsorbidos

adsorbidos

adsorbidos

adsorbidos

adsorbidos

adsorbidos

adsorbidos

adsorbidos

adsorbidos

adsorbidos

adsorbidos

adsorbidos

adsorbidos

adsorbidos


22

CH C C C C

OH

CH2CH2CH2CH2CH3

CH2 CH2 CH CH2

5-(but-3-enil)-deca-1,3-diin-5-ol

3b. Como primera aproximación, los enlaces dobles y triples tienen la misma prioridad. Sólo en caso de ambigüedad en el establecimiento de la cadena principal, hay que considerar que los enlaces dobles tienen preferencia sobre los triples.

HC C CH

HC CH2

CN

2-etinilbut-3-enonitrilo

5.2.4.1. Selecciona la cadena principal de los siguientes compuestos: 1.

O

O

COOH

COOH

2.

3.

COOCH3

O

4.

HOCN

CN

OH

OH

5. OH

6.


23

5.2.5. Numeración de la cadena principal La nomenclatura sustitutiva debe especificar sin ambigüedades la

posición en la cadena principal de los grupos principales, las insaturaciones y los sustituyentes. Estas posiciones se indican mediante localizadores, que se anteponen a los correspondientes términos en el nombre sistemático.

Por eso, es necesario establecer una única forma válida de numeración de la cadena principal. Según las reglas de la IUPAC, la numeración válida es la que tiene (en orden decreciente de importancia) los localizadores más bajos en:

1. Grupos principales (indicados con sufijos). 2. Insaturaciones (indicados con –eno o –ino). En este orden: a. Igual prioridad para dobles y triples enlaces. b. Preferencia para los dobles enlaces. 3. Sustituyentes (indicados con prefijos). En este orden: a. Igual prioridad para los sustituyentes. b. Prioridad según el orden alfabético. Veamos algunos ejemplos. 1. Cuando la cadena principal es lineal, puede numerarse de dos formas (de izquierda a derecha o viceversa, si está orientada horizontalmente). Si numeramos de izquierda a derecha, el grupo principal (cetona) ocupa la posición 4. Numerando de derecha a izquierda, ocupa la posición 2. En este caso hay que elegir la numeración que nos da el localizador más bajo: pentan-2-ona (o bien 2-pentanona). No es válido el nombre de pentan-4-ona.

O

12345 Cuando la cadena principal es cíclica, puede numerarse de varias

formas (empezando en cualquier posición del anillo, en sentido de las agujas del reloj o sentido contrario). De entre todas las posibilidades, hay que elegir la que proporcione los localizadores más bajos. Por ejemplo:

COOH

COOH

HO

HO ciclopentano-1,2-diol ácido benceno-1,3-dicarboxílico


24

En algunos casos, los grupos principales permiten numerar de forma inequívoca la cadena principal. Así, la numeración de derecha a izquierda proporciona el localizador más bajo (1) al grupo principal (OH). Esto permite asignar la posición 2 al doble enlace carbono–carbono.15

OH123

prop-2-en-1-ol [alcohol alílico]

2a. Este compuesto no presenta grupo principal. Por lo tanto, hay que elegir la numeración que nos dé el localizar más bajo para las insaturaciones. La numeración de izquierda a derecha nos proporciona el localizador más bajo para el doble enlace carbono–carbono.

1 2 3 4 but-1-eno (o bien 1-buteno)

Para la asignación de localizadores a las insaturaciones, no se hacen

diferencias entre enlaces dobles y triples. Así, la numeración de izquierda a derecha da los localizadores de 2 y 4, mientras que la numeración de derecha a izquierda los da de 1 y 3. Por lo tanto, la numeración elegida debe ser esta última.

12345 pent-3-en-1-ino

2b. En este compuesto, la numeración de izquierda a derecha genera los localizadores 1 y 4, pero la numeración de derecha a izquierda también lo hace. En casos como éste, hay que elegir la numeración que asigne los localizadores más bajos a los dobles enlaces:16

15 Estrictamente, el doble enlace está situado entre las posiciones 2 y 3. Para asignar la posición de una insaturación se usa únicamente un localizador: el más bajo. 16 Hay que remarcar el diferente criterio en comparación con el orden de prioridades de los grupos funcionales. Así, los grupos funcionales con triple enlace (nitrilos) tienen prioridad sobre los que tienen doble enlace (aldehídos, cetonas).


25

12345 pent-1-en-4-ino

3a. Cuando los grupos principales y las insaturaciones no permiten elegir la numeración de la cadena principal, es necesario considerar los localizadores de los sustituyentes.17

Cl

Cl

F

12

34

56

F

Br

Cl

12

34

5

6

2-bromo-4-cloro-1-fluorobenceno 1,1-dicloro-3-fluorociclohexano

Para el compuesto de la izquierda, la numeración correcta presenta

los localizadores más bajos (1,2,4), a diferencia de otras alternativas como (1,3,4). En el segundo caso, la numeración válida corresponde a las posiciones (1,1,3), en comparación con otras como (1,3,3).

3b. Existen casos para los que las reglas anteriores no permiten seleccionar la numeración de la cadena principal. Entonces, hay que elegir la numeración que proporcione el localizador más bajo para el primer sustituyente del nombre (si persiste la ambigüedad, se elige el localizador más bajo para el segundo sustituyente, el tercero...). Por ejemplo:

F

Cl

4-cloro-5-fluorooctano, en lugar de 5-cloro-4-fluorooctano

Los derivados disustituidos del benceno presentan una forma vulgar de especificar las posiciones relativas: orto (1,2) (nombrado con el prefijo o-), meta (1,3) (prefijo m-), para (1,4) (prefijo p-).

17 Los sustituyentes se colocan en orden alfabético en el nombre del compuesto.

adsorbidos

adsorbidos

adsorbidos

adsorbidos

adsorbidos

adsorbidos

adsorbidos

adsorbidos

adsorbidos

adsorbidos

adsorbidos

adsorbidos


26

OH

NO2

NH2

Br

COOH

o-nitrofenol m-bromoanilina ácido p-metilbenzoico

Está permitido omitir todos los localizadores de un nombre cuando no existe posibilidad de ambigüedad en el nombre: CH3CH2OH (etanol en lugar de etan-1-ol), NCCH2COOH (ácido cianoacético en lugar de ácido 2-cianoacético), CF3COCF3 (hexafluoroacetona en lugar de 1,1,1,3,3,3-hexafluoroacetona).

Los localizadores expresados con números árabes indican la posición de los átomos de carbono de la cadena principal. Sin embargo, existen algunos compuestos que incluyen átomos de nitrógeno en la cadena principal, que no tienen asignado un número. Por ejemplo,

CH3CH2NH2

NH2

O

etanamina benzamida En estos casos, para indicar el átomo de nitrógeno de la cadena principal se usa el localizador N, análogo a todos los efectos a un número árabe. Por ejemplo,

H3CNH

CH2CH3

CH3N

H3C CH3

H3C NH

O

N,N-dimetilanilina N-etil-2-metilpropanamina N-fenilacetamida


27

5.3. Sustituyentes A efectos de nomenclatura, denominamos sustituyente a cada uno de los fragmentos que están unidos a la cadena principal. En el nombre sistemático de un compuesto, los sustituyentes se colocan en orden alfabético.

El uso del orden alfabético puede plantear algunas dificultades. Así, el sustituyente I- puede nombrarse tanto yodo como iodo, pero cada grafía implica un orden alfabético distinto (iodo- precede a metil-, pero yodo- va después).18

Veamos algunos tipos de sustituyentes: –Radicales alquilo y relacionados

Los radicales alquilo resultan de abstraer formalmente un hidrógeno a un alcano. Estos sustituyentes se nombran reemplazando la terminación –ano del correspondiente alcano por –ilo:19

CH3 CH3CH2CH2

radical metilo radical propilo De forma similar pueden nombrarse los radicales derivados formalmente de alquenos y alquinos:

HC CCH2 CH radical etenilo [vinilo] radical etinilo Puede observarse que, mientras los radicales procedentes de alcanos pierden el sufijo (–ano), los derivados de alquenos y alquinos no lo hacen.

A menudo, los sustituyentes derivados de alquenos o alquinos requieren el uso de un localizador para indicar la posición del enlace múltiple. En este caso, la numeración comienza siempre por el carbono que soporta la valencia libre:

CH3 CH CH H2C CH CH2 C CCH3

123 123 123

prop-1-enilo prop-2-enilo [alilo] prop-1-inilo También existen radicales alquilo ramificados. Los más comunes tienen un nombre vulgar.20 Por ejemplo,

18 En algunos casos, aparecen discrepancias entre los nombres en inglés y en castellano debido al distinto orden alfabético (fenil antes que metil; pero methyl antes que phenyl). 19 En este cuadernillo sólo consideraremos la abstracción de hidrógeno de un extremo de la cadena del hidrocarburo. 20 Algunos nombres vulgares, como neopentilo, no están aceptados por la IUPAC.


28

CH3CH

CH3

CH2CH

CH3

CH3 CH3 C

CH3

CH3

CH3CH

CH2

CH3 isopropilo21 isobutilo sec-butilo22 terc-butilo Puede observarse que, en los ejemplos indicados, las ramificaciones son grupos metilo. El prefijo iso– indica que el radical tiene una bifurcación en el extremo opuesto a la valencia libre (como una lengua de serpiente). En cambio, sec- indica que el carbono con valencia libre es secundario, mientras que terc- indica que el correspondiente carbono es terciario. No está permitido inventar nombres vulgares nuevos (p. ej., terc-pentilo).

Los prefijos separados por guion (terc-, sec-) no se alfabetizan, ni tampoco los prefijos multiplicadores (di-, tri-, tetra-, ...), pero sí los prefijos no separados por guion (iso). Por ejemplo, en orden alfabético terc-butilo precede a isobutilo. También pueden considerarse radicales derivados de cicloalcanos:

ciclohexilo ciclopropilo Algunos radicales derivados de los compuestos aromáticos poseen nombres vulgares de difícil relación con los correspondientes hidrocarburos, que es necesario memorizar:

CH2

fenilo bencilo (se abrevia Ph) Cuando los sustituyentes alquilo se nombran usando un prefijo, se omite la -o final. A continuación se muestran algunos ejemplos de compuestos con sustituyentes alquilo:

21 Desde 2004, la IUPAC prefiere el nombre de propan-2-ilo. 22 El nombre preferido actualmente por la IUPAC es el de butan-2-ilo.

adsorbidos

Butan-2-ilo


29

terc-butilbenceno isopropilciclohexano 3-vinilciclopent-1-eno –Radicales divalentes

Resultan de la abstracción de dos átomos de hidrógeno de un alcano. En este cuadernillo consideraremos únicamente la abstracción de dos hidrógenos sobre el mismo átomo de carbono.

CH2

metiliden(o)23 COOH

COOH metilidenciclohexano ácido metilidenopropanodioico –Sustituyentes derivados de grupos funcionales

Los grupos funcionales de un compuesto que no actúan como grupos principales se nombran usando prefijos. Por ejemplo:

F Cl Br I NO2 fluoro- cloro- bromo- yodo- nitro-

HOOC HO H2N OClCO carboxi- hidroxi- amino- clorocarbonil- oxo- Por ejemplo,

CH3 CH COOH

OHO2NOH

O

ácido nitroetanoico ácido 2-hidroxipropanoico [ácido nitroacético] [ácido láctico]

CH2Cl2 CHCl3 CHI3 diclorometano triclorometano triyodometano [cloruro de metileno] [cloroformo] [yodoformo]

23 El nombre habitual, no aceptado actualmente por la IUPAC, es metilen(o).


30

CCl4

tetraclorometano [tetracloruro de carbono] Hay que observar que en algunos casos, el nombre del sustituyente no incluye el átomo de carbono (ver tabla de prefijos y sufijos). Así, el uso del prefijo oxo- indica que el carbono al que está unido está incluido en la cadena principal:

HOOC CO COOH ácido 2-oxopropanodioico

En cambio, el grupo –CHO (incluyendo el carbono) se indica con el prefijo formil-. Por ejemplo,

HOOC CH COOH

CHO ácido 2-formilpropanodioico

Los sustituyentes derivados de grupos funcionales que incluyen un átomo de carbono están representados con [C] en la tabla de prefijos y sufijos). –Sustituyentes alcoxi Otros sustituyentes presentan la valencia libre sobre un átomo de oxígeno (R-O-). Estos se nombran habitualmente como alquiloxi, donde alquil es el nombre del grupo R. CH3(CH2)4O- pentiloxi PhCH2O- benciloxi

La IUPAC admite algunas formas contraídas de estos nombres: CH3O- metoxi CH3CH2O- etoxi (CH3)3CO- terc-butoxi PhO- fenoxi –Sustituyentes acilo Los sustituyentes acilo presentan la valencia libre en un carbono carbonílico (grupo –CO– ) y tienen nombres relacionados con los ácidos carboxílicos de los que proceden formalmente por eliminación del grupo OH:


31

CH3CH2CH2COOH ácido butanoico CH3CH2CH2CO- butanoílo CH3COOH ácido acético CH3CO- acetilo HCOOH ácido fórmico HCO- formilo PhCOOH ácido benzoico PhCO- benzoílo –Sustituyentes alquiloxicarbonilo Los sustituyentes RO-CO- se nombran como alquiloxicarbonil(o), donde alquil es el nombre de R: CH3OCO- metoxicarbonil(o) CH3CH2OCO- etoxicarbonil(o) –Sustituyentes alquilamino Existen también sustituyentes que presentan la valencia libre sobre un átomo de nitrógeno. Por ejemplo: CH3CH2CH2CH2NH- butilamino (CH3)2N- dimetilamino Puede observarse que los sustituyentes alquilamino no incluyen el localizador N. Este localizador se utiliza para indicar la presencia de sustituyentes sobre el nitrógeno de la cadena principal de un compuesto. –Radicales complejos Los radicales que no pueden nombrarse según las reglas anteriores presentan una estructura compleja. Para nombrarlos, es necesario dividir el radical en una cadena principal (que contiene necesariamente la valencia libre) y unos sustituyentes. La cadena principal (con el sufijo –ilo) se nombra y numera según las reglas conocidas de forma que el átomo con la valencia libre presenta el localizador más bajo. Por ejemplo:

CH2 CH2OH CH2 C CH2

CH3

NO2

2-hidroxietilo 2-metilprop-2-enilo 3-nitrofenilo


32

Ejercicio 5.3.1. Nombra los siguientes compuestos: 1.

2.

HOOC COOH

COOH

3. O

COOH

4. OH

N

5.

H3CCH

CH3

NH

O

CH3

6. COOH

CH2Cl Ejercicio 5.3.2. Formula los siguientes compuestos: ácido 4-(carboximetil)benzoico 3-metilidén-pentano ácido 2-oxociclohexano-1-carboxílico 4-alilfenol ácido dimetilaminoacético N,N-dimetilformamida ácido 3-(metoxicarbonil)pentanodioico


33

6. Nomenclatura de clase funcional La nomenclatura de clase funcional prescinde del concepto de cadena principal y se concentra en el grupo funcional. Vamos a fijarnos en los principales tipos de compuestos que se nombran usando este tipo de nomenclatura. 6.1. Nomenclatura de los anhídridos Los anhídridos presentan el grupo funcional –CO–O–CO–. Aunque pueden estar unidos a este grupo funcional dos radicales distintos, el caso más frecuente (y el único que estudiaremos aquí) corresponde a los anhídridos simétricos, de fórmula R–COOCO–R. Los anhídridos están íntimamente relacionados con los correspondientes ácidos carboxílicos de fórmula RCOOH. Para nombrar un anhídrido, es necesario reconocer el ácido carboxílico relacionado. Para ello, hay que “partir por la mitad” la molécula de anhídrido cortando por el oxígeno central del grupo anhídrido y añadir un átomo de hidrógeno a una mitad. A continuación hay que nombrar el ácido carboxílico así obtenido y sustituir el término “ácido” por “anhídrido”. Por ejemplo,

O

O O

O2N NO2

ácido 3-nitrobenzoico → anhídrido 3-nitrobenzoico


34

Ejercicio 6.1.1. Nombra los siguientes compuestos: 1.

H3COO

O O

OCH3

2. COOCO

O2N NO2 3.

O

O

O

4.

H

O

O

O

H

5. O

O

O

6. O

Cl3C O CCl3

O

Ejercicio 6.1.2. Formula los siguientes anhídridos: anhídrido heptanoico anhídrido ciclohexanocarboxílico anhídrido 2,2-dimetilpropanoico anhídrido 2-etilbutanoico anhídrido 4-metoxibenzoico anhídrido pentafluorobenzoico anhídrido fenoxiacético anhídrido 2,4,6-trimetilbenzoico 6.2. Nomenclatura anión-catión Existen algunos tipos de compuestos orgánicos que se nombran de forma muy similar a los típicos compuestos inorgánicos. Así, se consideran formalmente constituidos por dos fragmentos (que actúan como “anión” y “catión”) unidos entre sí por un enlace covalente:

"anión" "catión" La nomenclatura anión-catión es la única válida para algunos compuestos orgánicos: sales de ácido carboxílicos, ésteres y halogenuros de ácido. –Sales de ácido carboxílicos (RCOOM).


35

Este tipo de compuestos está formado realmente por aniones y cationes. El anión se genera por pérdida de un protón a partir de un ácido carboxílico (RCOOH), de forma que el anión presenta el sufijo –ato en lugar del correspondiente –ico:

CH3COONa acetato de sodio

Ejercicio 6.2.1. Nombra el siguiente compuesto:

COONa

–Ésteres (RCOOR’). La nomenclatura de los ésteres es idéntica a la de las sales de ácidos carboxílicos, aunque en este caso los fragmentos nombrados como “anión” y “catión” están unidos por un enlace covalente. El “anión” incluye la cadena carbonada unida al grupo carbonilo (R) y el grupo –COO– (incluyendo los dos átomos de oxígeno), mientras que el “catión” corresponde al fragmento unido al oxígeno (R’):

CH3COOCH3 acetato de metilo

Para nombrar un éster, es necesario dividir formalmente el compuesto en dos fragmentos, que actúan formalmente como “anión” y “catión”. Para ello, hay que cortar de forma que los dos átomos de oxígeno queden situados en el mismo fragmento:

O

O

butanoato de fenilo

Ejercicio 6.2.2. Nombra el siguiente compuesto:

COOCH3

CHO


36

Ejercicio 6.2.3. El aroma del vino se debe a una mezcla compleja de compuestos orgánicos volátiles. Los ésteres son responsables de muchos de los aromas afrutados. Formula los siguientes: acetato de pentilo benzoato de metilo acetato de 1-feniletilo butanoato de metilo formiato de etilo acetato de 2-metilpropilo propanoato de pentilo acetato de 3-metilbutilo 3-metilbutanoato de 3-metilbutilo 3-fenilprop-2-enoato de metilo –Halogenuros de ácido. En este caso, el fragmento nombrado como anión corresponde al grupo halogenuro (X-), mientras que se nombra como catión el resto (hay que recordar como se nombran los grupos acilo RCO–).

COCl O

ClCH3

cloruro de benzoílo cloruro de etanoílo [cloruro de acetilo] Ejercicio 6.2.4. Formula los siguientes compuestos: benzoato de amonio dicloroacetato de potasio 4-yodobenzoato de potasio 2-fenilbutanoato de sodio 2-amino-5-bromobenzoato de potasio 2-fenil-3-metilpentanoato de sodio fenoxiacetato de sodio lactato de potasio 2-hidroxibenzoato de sodio 2-oxopropanoato de sodio 2,4,6-trihidroxibenzoato de potasio Para algunos tipos de compuestos, es posible utilizar tanto la nomenclatura sustitutiva como la de clase funcional, aunque la IUPAC recomienda utilizar cuando sea posible la nomenclatura sustitutiva. Sin


37

embargo, por tradición se sigue utilizando la nomenclatura de clase funcional para algunos tipos de compuestos: –Halogenuros de alquilo (R–X). En estos compuestos, actúa como anión el grupo halógeno (X-), mientras que se nombra como catión el resto del compuesto:

CH3Cl cloruro de metilo

(clorometano según nomenclatura sustitutiva)

H3C C Cl

CH3

CH3 cloruro de terc-butilo

(2-cloro-2-metilpropano según nomenclatura sustitutiva) –Nitrilos (RCN). En este caso, se nombra como un anión el grupo cianuro (CN-), de forma que se nombra como catión el resto.

CH2

CN N

cianuro de bencilo cianuro de pentilo Ejercicio 6.3. Formula los siguientes compuestos: cianuro de 2-aminobencilo cianuro de 4-nitrobenzoílo cianuro de acetilo cianuro de ciclopentilo cianuro de alilo –Alcoholes (R–OH). Desde el punto de vista de nomenclatura, los alcoholes son los análogos orgánicos de los hidróxidos. Así, el “anión” sería el grupo HO- (nombrado como alcohol) mientras que el sustituyente se nombra como un catión.

CH3OH alcohol metílico


38

Puede observarse que en castellano no se dice “alcohol de metilo”, sino “alcohol metílico”. Ejercicio 6.2.5. Formula los siguientes alcoholes: alcohol alílico alcohol bencílico alcohol etílico alcohol 4-metoxibencílico alcohol 2-hidroxibencílico alcohol 2,4,5-trimetoxibencílico alcohol 2-bromobencílico alcohol 2,4-dinitrobencílico 6.3. Nomenclatura de clase funcional generalizada La nomenclatura de clase funcional generalizada interpreta los compuestos como formados por un grupo principal al que están unidos uno o varios sustituyentes mediante enlaces covalentes:

GRUPOFUNCIONAL Sustituyente

Sustituyente

Sustituyente

Para comprender el funcionamiento de la Nomenclatura de clase

funcional, analizaremos algunos compuestos que pueden nombrarse según esta nomenclatura, aunque sea preferida la nomenclatura sustitutiva. –Éteres (R–O–R’). En los éteres, el grupo principal es un átomo de oxígeno unido a dos sustituyentes. Para construir el nombre se colocan los nombres de los sustituyentes en orden alfabético y al final se añade la palabra “éter”. Los términos del nombre sistemático están separados por espacios.

O

CH3

O metil propil éter metil vinil éter Nomenclatura sustitutiva: 1-metoxipropano metoxieteno

Existen muchos compuestos que pueden nombrarse de distintas formas:


39

OCH3OCH3

OCH3 Clase funcional:fenil metil éter Sustitutiva: metoxibenceno 1,3-dimetoxibenceno o m-dimetoxibenceno Vulgar: [anisol] –Cetonas (R–CO–R’).

O

O O

metil vinil cetona fenil metil cetona difenil cetona (but-3-en-2-ona) (1-feniletan-1-ona) (difenilmetanona) [acetofenona] [benzofenona] Ejercicio 6.3.1. Formula los siguientes compuestos: 4-clorofenil ciclopropil cetona bencil 4-hidroxifenil cetona ciclobutil metil cetona ciclopropil 2,4-dimetilfenil cetona ciclopropil 4-etoxifenil cetona terc-butil 4-fenoxifenil cetona metil vinil cetona –Aminas Podemos distinguir los siguientes tipos de aminas: primarias (nitrógeno unido a un solo grupo alquilo), secundarias (nitrógeno unido a 2 grupos alquilo) y terciarias (nitrógeno unido a 3 grupos alquilo).24 Primarias R–NH2 CH3CH2CH2NH2 propilamina (propan-1-amina) Secundarias: R–NH–R’ CH3CH2CH2NHCH3 metil propilamina 24 Puede observarse que no se coloca un espacio entre el último sustituyente y la palabra “amina”.


40

(N-metilpropan-1-amina) Terciarias:

R N R''

R'

N

etil metil propilamina (N-etil-N-metilpropan-1-amina) (CH3CH2)3N trietilamina (N,N-dietiletan-1-amina) 7. Estereoquímica

La estereoquímica estudia la estructura tridimensional de los compuestos químicos. Para especificar compuestos orgánicos de una cierta complejidad, es necesario aportar información espacial mediante unos términos o letras, denominados estereodescriptores. El uso de estereodescriptores es imprescindible para distinguir compuestos que difieren únicamente en la orientación tridimensional de los enlaces (denominados estereoisómeros).

Los estereodescriptores usados más frecuentemente en Química Orgánica son: cis/trans (para derivados disustituidos de compuestos cíclicos), R/S (para carbonos unidos a 4 sustituyentes diferentes) y E/Z (para dobles enlaces carbono–carbono). 7.1. Isomería cis/trans La isomería cis/trans aparece cuando existen dos isómeros que difieren en la posición de dos sustituyentes respecto a un plano de referencia. Un típico ejemplo son los derivados disustituidos de cicloalcanos. Así, el compuesto cis presenta los dos grupos al mismo lado del plano, mientras que el isómero trans los tiene orientados a lados opuestos. Por ejemplo,

HOOC COOH ácido cis-ciclopropano-1,2-dicarboxílico

HOOC COOH ácido trans-ciclopropano-1,2-dicarboxílico


41

En el caso de los derivados de ciclopropano, el plano de referencia coincide exactamente con el plano del anillo. Cuando los anillos no son estrictamente planos, se utiliza como plano de referencia el “plano medio” del anillo. Por ejemplo,

OH

Cl

OH

Cl cis-2-clorociclohexan-1-ol trans-2-clorociclohexan-1-ol


42

Ejercicio 7.1.1. Nombra los siguientes reactivos especificando la nomenclatura cis/trans 1.

NH2

NH2

2. OH

CH3CO 3.

OH

4.

5. COOH

6. COOH

COOH

7. OH

OH

8. CN

CN 9.

COClPh

10. OH


43

Ejercicio 7.1.2. Formula los siguientes compuestos ácido trans-4-metoxiciclohexano-1-carboxílico cis-ciclohexano-1,2-diol trans-1,2-dimetilciclopentano cis-2-fenilciclohexan-1-ol ácido trans-4-aminociclohexano-1-carboxílico trans-ciclopentano-1,2-diol trans-2-etinilciclopentan-1-ol cis-2-metilciclohexan-1-ol ácido cis-2-aminociclohexano-1-carboxílico trans-4-terc-butilciclohexanol 7.2. Reglas CIP

El uso de algunos estereodescriptores (como E/Z o R/S) requiere el establecimiento de unas reglas de prioridad entre sustituyentes. Para ello, se utilizan las reglas de Cahn-Ingold-Prelog (abreviadas como CIP). Reglas CIP Estas reglas sirven para establecer el orden de prioridad entre un conjunto de sustituyentes. En orden jerárquico, los criterios de prioridad son los siguientes: 1. Mayor número atómico. 2. En caso de isótopos, tiene prioridad el de mayor masa atómica. Así, entre los halógenos encontramos el orden de prioridad I>Br>Cl>F. Por otra parte, el deuterio tiene prioridad sobre el hidrógeno-1 (protio). Si los átomos con la valencia libre son iguales, se comparan los átomos siguientes unidos a aquéllos. Si éstos fueran iguales, se continúa con los siguientes hasta encontrar el primer punto de diferencia. Así, podemos establecer el orden de prioridad entre los grupos isobutilo y sec-butilo.

C

H

H

C

H

C

C

H

H

H

H HH

C

H

C

C

H

H

C

H

H

H

HHH

isobutilo sec-butilo Podemos observar que, en los dos casos, el átomo con la valencia libre es el mismo (un carbono, marcado con un círculo), por lo que no


44

podemos todavía tomar una decisión. Por eso, necesitamos examinar los átomos unidos al de la valencia libre (marcados con cuadrados). Así, en el caso del isobutilo tenemos el trío de átomos C,H,H (ordenados en orden decreciente de número atómico), mientras que para el sec-butilo tenemos el trío C,C,H. Para hacer la comparación de varios átomos simultáneamente, es necesario compararlos de uno en uno hasta encontrar la primera diferencia. En este caso, el primer átomo es igual (C), pero en el segundo encontramos una diferencia (C para el sec-butilo, H para el isobutilo). Por lo tanto, la prioridad varía según sec-butilo > isobutilo. Los enlaces múltiples reciben un tratamiento especial. Así, los enlaces dobles se tratan como dos enlaces sencillos, mientras que los enlaces triples se tratan como tres enlaces sencillos. Así, un enlace doble C=O se interpreta como formado por enlaces del carbono con un átomo real de oxígeno y con un átomo repetido (indicado entre paréntesis). A su vez, el oxígeno real está unido a un carbono real y un carbono repetido (indicado entre paréntesis). Los átomos reales tienen su valencia habitual, mientras que los átomos repetidos tienen valencia uno.

C

O

H

C

(O)

H

O (C)equivale a

En el caso del grupo vinilo,

C

H

C H

H

C

(C)

C

H H

(C)

Hequivale a

Ahora podemos comparar la prioridad relativa de los sustituyentes vinilo y etilo. Así, el átomo con la valencia libre es el mismo (un carbono, con círculo). Sin embargo, encontramos la diferencia al considerar los átomos unidos al de la valencia libre. Así, para el vinilo tenemos el trío C,C,H, mientras para el etilo tenemos C,H,H. Lógicamente, hay que deducir que la prioridad varía vinilo>etilo.

C

(C)

C

H H

(C)

H C

H

C

H H

H

H

vinilo etilo


45

Ejercicio 7.2.1. Determina cuál es el sustituyente prioritario para cada par: –NH2 o –OH –CHO o –COOH ciclohexilo o isopropilo vinilo o terc-butilo isopropilo o 2,2-dimetilpropilo –CHO o –CH(OCH3)2 fenilo o ciclohexilo flúor o terc-butilo alilo o 2-propenilo 4-metilhexilo o 5-metilhexilo 7.3. Isomería E/Z Al igual que los compuestos cíclicos disustituidos, algunos alquenos presentan también isomería cis/trans. Así, podemos considerar los dos isómeros del 1,2-dicloroeteno. Así, en el compuesto cis, los dos átomos de cloro están situados al mismo lado del doble enlace, mientras que en el isómero trans los cloros están colocados a lados opuestos.

ClCl

Cl

Cl cis-1,2-dicloroeteno trans-1,2-dicloroeteno


46

Ejercicio 7.3.1. Nombra los siguientes compuestos usando la nomenclatura cis/trans: 1.

CN

2.

OOCCH3 3.

4. CHO

5.

CHO

6. COOCH3

7.

8. Br COOCH3

Br 9.

Cl Cl

10. Br CH3

Ejercicio 7.3.2. Formula los siguientes compuestos: cis-2-buteno cis-hept-3-en-1-ol trans-1,3-pentadieno cis-1,4-diclorobut-2-eno trans-3-(dimetilamino)prop-2-enonitrilo cis-2-pentenonitrilo cis-4-metilhex-2-eno La nomenclatura cis/trans sólo es aplicable a un alqueno cuando los dos carbonos sp2 están unidos a sustituyentes idénticos (en este caso, los átomos de cloro). Sin embargo, esta nomenclatura no es válida para compuestos en los que esto no ocurre. Por ejemplo:

Br

CH3Cl

H

Para nombrar este tipo de compuestos, es necesario utilizar la nomenclatura E/Z. Según esta nomenclatura, el criterio no es la posición relativa de sustituyentes idénticos, sino la de los sustituyentes de más alta


47

prioridad (según las reglas CIP). Así, si los sustituyentes prioritarios de cada átomo están situados al mismo lado del doble enlace, se denomina Z (del alemán zusammen, juntos). Si están a lados opuestos, se denomina E (del alemán entgegen, opuestos). Ejercicio 7.3.3. Nombra los siguientes compuestos especificando la nomenclatura E/Z: 1.

F

COOH

2.

CN

COOCH3

3.

Cl

4. Cl

Cl 5.

Cl

Cl

Cl

6. COOH

Cl 7.

Cl

BrF

H

8. COOCH3

9.

10.

OH

Ejercicio 7.3.4. Formula los siguientes compuestos: (Z)-but-2-eno-1,4-diol (Z)-3-yodoprop-2-enoato de etilo ácido (E)-2-butenoico (Z)-1-bromoprop-1-eno (E)-2-butenal (Z)-non-2-en-1-ol (E)-2-butenonitrilo acetato de (Z)-3-hexenilo cloruro de (E)-2-butenoílo


48

7.4. Isomería R/S Se denomina configuración absoluta a la disposición tridimensional real de los sustituyentes alrededor de un átomo. Para especificar la configuración absoluta se utilizan los estereodescriptores R y S. Para determinar la configuración absoluta de un carbono asimétrico, es necesario conocer el orden de prioridad de los sustituyentes (indicado como 1, 2, 3 y 4, según las reglas CIP) y orientar el carbono de forma que el sustituyente de más baja prioridad (4) quede alejado del espectador. A continuación, es necesario trazar un camino que una los otros sustituyentes en el sentido 1→2→3. Si el recorrido se hace en sentido horario (de las agujas del reloj), la configuración absoluta es R; si se hace en sentido antihorario, la configuración es S.

3

C

2 1

4

(R)

3

C

21

4

(S)


49

Ejercicio 7.4.1. Nombra los siguientes compuestos especificando la nomenclatura R/S: 1.

OH

2.

COOCH3

HO

3.

Cl

OH

4.

HO

HO

5.

OH

6. OH

COOCH2CH3 7.

COOH

Ph

8.

OPhPhO

OH

OH 9.

OH

OH

10.

HO NH2

OH


50

Ejercicio 7.4.2. Formula los siguientes compuestos: ácido (S)-2-cloropropanoico (R)-3-metilciclohexanona (S)-2-metilbutanonitrilo (R)-1-fenil-2-propen-1-ol (2R,3R)-(2-benciloxi)butano-1,3,4-triol (S)-1,3-butanodiol ácido (R)-3-hidroxibutanoico (1R,2S)-1,2-ciclopentanodiol (R)-1,2,4-butanotriol (R)-1-aminopropan-2-ol 8. Ejercicios de repaso Ejercicio 8.1. Propón un nombre sistemático para los siguientes compuestos orgánicos producidos por millones de toneladas en la Industria Química: 1.

CH3

2.

3.

4. HCHO

5.

6. COOH

COOH 7.

HOCH2CH2OH 8.


51

9.

OH

10. O

11. OH

12.

HOOCCOOH

13. CN

14. CH3COO CH CH2

15.

CH3 O

O

CH3

O

16.

Ejercicio 8.2. Formula los siguientes componentes de la gasolina: 1-penteno metilciclopentano 2,4-dimetilhexano tolueno 1,3-dimetilbenceno 2,2,4-trimetilhexano terc-butil metil éter Ejercicio 8.3. Representa las estructuras de los siguientes anestésicos volátiles: ciclopropano etileno dietil éter divinil éter etil vinil éter cloroformo cloruro de etilo


52

tricloroetileno 2-bromo-2-cloro-1,1,1-trifluoroetano etenil 2,2,2-trifluoroetil éter 2,2-dicloro-1,1-difluoro-1-metoxietano 1,1,1,3,3,3-hexafluoro-2-(fluorometoxi)propano Ejercicio 8.4. Propón nombres sistemáticos para los siguientes fármacos: 1.

O

NH2

O

2. CH2OH

3.

Cl3C CH

OH

OH

4. OH

5.

O

COOH

6.

HO

NH2

7.

NH2

8. NH2

Ejercicio 8.5. Formula los siguientes compuestos responsables de los aromas florales presentes en el vino: metil 4-metilfenil cetona ácido 4-metoxibenzoico 2-metoxi-4-vinilfenol 3,6-dimetilocta-1,6-dien-3-ol


53

2-feniletan-1-ol 2-metilpropanoato de metilo trans,trans-hexa-2,4-dien-1-ol (S)-3,7-dimetiloct-6-en-1-ol cis-3,7-dimetilocta-2,6-dien-1-ol (R,E)-3,7-dimetil-1,5,7-octatrien-3-ol Ejercicio 8.6. Nombra los siguientes compuestos responsables de algunos aromas desagradables en vinos defectuosos: 1.

CHO

2. O

3.

OCH3

Cl

Cl

Cl

4. CHO

5. O

OH

6.

COOCH2CH3

OH

7. OH

8. CHO

OCH3

HO

9.

OH

10.

COOH


54

11. OCOCH3

12. CHO

13.

O

O

14.

OH

Ejercicio 8.7. Formula los siguientes fármacos: 2,2,2-tricloroetano-1,1-diol 1,1,1-tricloro-2-metilpropan-2-ol 3-metilpent-1-in-3-ol 1-cloro-3-etilpent-1-en-4-in-3-ol 3-etinilhex-1-en-3-ol 2-metil-1-fenilbut-3-ino-1,2-diol 1,2,4-trimetoxi-5-(prop-1-enil)benceno 4-aminobenzoato de 2-(dietilamino)etilo 4-butilaminobenzoato de 2-dimetilaminoetilo Ejercicio 8.8. El ciclo de Krebs es una sucesión de reacciones que tiene lugar en las células para la obtención de energía a partir de glucosa. Proporciona nombres sistemáticos a los siguientes compuestos implicados: 1.

HOOCCOOH

2. HOOC COOH

3.

HOOC COOH

O

4.

HOOC

COOH

5.

HOOC

COOH

OH

6. COOH

C

CH2

O

COOH


55

Ejercicio 8.9. Formula los siguientes compuestos de interés biológico: N-fenilacetamida [acetanilida] 2-(3,4,5-trimetoxifenil)etan-1-amina [mescalina] 4-aminobenzoato de etilo [benzocaína] 4,4-difenil-6-dimetilaminoheptan-3-ona [metadona] 2-metoxifenol [guayacol] 2-metilamino-1-fenilpropan-1-ol [efedrina] 4-alil-2-metoxifenol [eugenol] ácido 2-acetoxibenzoico [ácido acetilsalicílico] ácido 2-(4-isobutilfenil)propanoico [ibuprofeno] 1-(3-hidroxifenil)-2-metilaminoetan-1-ol [fenilefrina] Ejercicio 8.10. Nombra los siguientes reactivos químicos especificando las configuraciones absolutas: 1.

COOHH2N

OH

2.

COOCH3

3. OH

OCH3

4.

BrHO

5.

OH

6.

NH2

NH2


56

7.

OH

O

O

O

8. OH

9. OH

OCOCH3

10. OH OH

Ejercicio 8.11. Formula los siguientes compuestos: (R)-1-feniletano-1,2-diol (R)-1,2,4-butanotriol (1R,3S)-ciclopent-4-eno-1,3-diol (R)-3-hidroxipentanoato de metilo (S)-2-aminobutan-1-ol (R)-1,2-propanodiol ácido (1R,2R)-ciclohexano-1,2-dicarboxílico (S)-2-metil-1-yodobutano (R)-propano-1,2-diamina (S)-sec-butilamina

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Nomenclatura de Química Orgánica