Nomenclatura y Representación de los Compuestos Orgánicos

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NOMENCLATURA Y REPRESENTACIÓN DE LOS COMPUESTOS ORGÁNICOS Una guía de estudio y autoevaluación Segunda edición

NOMENCLATURA Y REPRESENTACIÓN DE LOS COMPUESTOS ORGÁNICOS Una guía de estudio y autoevaluación Segunda edición Emilio Quiñoá Cabana Ricardo Riguera Vega Universidad de Santiago de Compostela

MADRID • BOGOTÁ • BUENOS AIRES • CARACAS • GUATEMALA • LISBOA • MÉXICO NUEVA YORK • PANAMÁ • SAN JUAN • SANTIAGO • SÃO PAULO AUCKLAND • HAMBURGO • LONDRES • MILÁN • MONTREAL • NUEVA DELHI • PARÍS SAN FRANCISCO • SIDNEY • SINGAPUR • ST. LOUIS • TOKIO • TORONTO

NOMENCLATURA Y REPRESENTACIÓN DE LOS COMPUESTOS ORGÁNICOS. Una guía de estudio y autoevaluación. (Segunda edición) No está permitida la reproducción total o parcial de este libro, ni su tratamiento informático, ni la transmisión de ninguna forma o por cualquier medio, ya sea electrónico, mecánico, por fotocopia, por registro u otros métodos, sin el permiso previo y por escrito de los titulares del Copyright. DERECHOS RESERVADOS 2005, respecto a la segunda edición en español, por McGRAW-HILL/INTERAMERICANA DE ESPAÑA, S. A. U. Edificio Valrealty, 1.ª planta Basauri, 17 28023 Aravaca (Madrid) ISBN: 84-481-4363-9 Depósito Legal: M Editora: Concepción Fernández Madrid Composición: Gesbiblo, S. L. Impreso en: IMPRESO EN ESPAÑA - PRINTED IN SPAIN

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Hibridación, isomería.

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Alquenos, benceno, alcoholes, aminas y otros grupos funcionales.

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Heterociclos.

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CONTENIDO PRÓLOGO A LA SEGUNDA EDICIÓN ..........................................................................................

xi

PRÓLOGO A LA PRIMERA EDICIÓN ..........................................................................................

xiii

CAPÍTULO 1.

FÓRMULAS Y REPRESENTACIÓN DE LAS ESTRUCTURAS ORGÁNICAS ..................

1

SOLUCIONES ...........................................................................................................................

7

PARTE I. NOMENCLATURA DE LOS HIDROCARBUROS CAPÍTULO 2.

HIDROCARBUROS SATURADOS: ALCANOS ACÍCLICOS .......................................

13

2.1 2.2 2.3 2.4

ALCANOS ACÍCLICOS LINEALES ...................................................................................... ALCANOS ACÍCLICOS RAMIFICADOS ............................................................................. NORMAS PARA NOMBRAR ALCANOS RAMIFICADOS ................................................ CÓMO REPRESENTAR UN ALCANO A PARTIR DE SU NOMBRE SISTEMÁTICO .... SOLUCIONES ...........................................................................................................................

13 16 19 30 32

CAPÍTULO 3.

ALCANOS CÍCLICOS .......................................................................................

39

3.1 3.2 3.3 3.4 3.5

RADICALES CICLOALQUILO .............................................................................................. CICLOALCANOS SUSTITUIDOS ......................................................................................... CICLOALCANOS MONOSUSTITUIDOS ............................................................................. CICLOALCANOS POLISUSTITUIDOS................................................................................. CÓMO REPRESENTAR UN CICLOALCANO A PARTIR DE SU NOMBRE SISTEMÁTICO ................................................................................................. ISOMERÍA CIS-TRANS EN CICLOALCANOS ..................................................................... ALCANOS POLICÍCLICOS .................................................................................................... CÓMO REPRESENTAR UN ESPIRANO A PARTIR DE SU NOMBRE SISTEMÁTICO .... CÓMO REPRESENTAR UN ALCANO BICÍCLICO A PARTIR DE SU NOMBRE SISTEMÁTICO ....................................................................................................... SOLUCIONES ...........................................................................................................................

41 41 42 42

3.6 3.7 3.8 3.9

43 45 46 49 52 54

CAPÍTULO 4.

ALQUENOS Y ALQUINOS ................................................................................

59

4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6 4.7 4.8 4.9 4.10

ALQUENOS .............................................................................................................................. ALQUENOS Y POLIENOS ACÍCLICOS NO RAMIFICADOS ........................................... ALQUINOS ............................................................................................................................... ALQUINOS Y POLIINOS ACÍCLICOS NO RAMIFICADOS.............................................. HIDROCARBUROS ACÍCLICOS CON DOBLES Y TRIPLES ENLACES ......................... SUSTITUYENTES ALQUENILO Y ALQUINILO ............................................................... RADICALES DIVALENTES ................................................................................................... ALQUENOS Y ALQUINOS ACÍCLICOS RAMIFICADOS ................................................. ALQUENOS Y ALQUINOS CÍCLICOS ................................................................................. SUSTITUYENTES CICLOALQUENILO Y CICLOALQUINILO ....................................... SOLUCIONES ...........................................................................................................................

59 59 62 62 64 66 67 68 71 72 79

vii

viii

CONTENIDO

CAPÍTULO 5.

HIDROCARBUROS AROMÁTICOS .....................................................................

87

5.1 5.2 5.3 5.4 5.5 5.6 5.7

BENCENOS SUSTITUIDOS ................................................................................................... SUSTITUYENTES ARILO ..................................................................................................... SISTEMA PRINCIPAL ............................................................................................................ BENCENOS MONOSUSTITUIDOS ....................................................................................... BENCENOS POLISUSTITUIDOS .......................................................................................... BENCENOS DISUSTITUIDOS ............................................................................................... CÓMO REPRESENTAR UN BENCENOS SUSTITUIDO A PARTIR DE SU NOMBRE SISTEMÁTICO .......................................................................................... HIDROCARBUROS AROMÁTICOS POLICÍCLICOS.......................................................... HIDROCARBUROS CON ANILLOS CONDENSADOS ...................................................... SUSTITUYENTES DERIVADOS DE HIDROCARBUROS CON ANILLOS CONDENSADOS .......................................................................................... CÓMO NOMBRAR LOS HIDROCARBUROS CONDENSADOS SUSTITUIDOS ............ HIDROCARBUROS CON ANILLOS UNIDOS POR ENLACES C-C SENCILLOS .......... ARENOS PARCIALMENTE SATURADOS.......................................................................... HIDROCARBUROS POLIÉNICOS MONOCÍCLICOS: ANULENOS ................................. SOLUCIONES ...........................................................................................................................

89 89 89 90 91 92

5.8 5.9 5.10 5.11 5.12 5.13 5.14

93 95 95 96 97 99 102 104 106

PARTE II. NOMENCLATURA DE LOS COMPUESTOS CON GRUPOS FUNCIONALES CON HETEROÁTOMOS CAPÍTULO 6. 6.1 6.2 6.3 6.4

NOMENCLATURA POR SUSTITUCIÓN.............................................................................. HALOALCANOS ..................................................................................................................... OTROS HIDROCARBUROS HALOGENADOS ................................................................... NOMENCLATURA POR GRUPO FUNCIONAL .................................................................. SOLUCIONES ...........................................................................................................................

DERIVADOS HALOGENADOS ...........................................................................

115

CAPÍTULO 7.

ALCOHOLES, FENOLES Y ÉTERES ...................................................................

127

7.1 7.2 7.3

ALCOHOLES............................................................................................................................ FENOLES .................................................................................................................................. ÉTERES..................................................................................................................................... SOLUCIONES ...........................................................................................................................

127 136 140 146

CAPÍTULO 8.

AMINAS........................................................................................................

151

8.1 8.2 8.3 8.4 8.5 8.6 8.7 8.8 8.9

AMINAS PRIMARIAS CON UN SOLO GRUPO AMINO (-NH2) ...................................... AMINAS PRIMARIAS CON DOS O MÁS GRUPOS AMINO (-NH2) ................................ AMINAS PRIMARIAS CON OTRA ESTRUCTURA FUNDAMENTAL ........................... ARILAMINAS (ARENAMINAS) ........................................................................................... AMINAS SECUNDARIAS Y TERCIARIAS ......................................................................... SUSTITUYENTES AMINO .................................................................................................... AMINAS CÍCLICAS ................................................................................................................ POLIAMINAS .......................................................................................................................... SALES DE AMONIO ............................................................................................................... SOLUCIONES ...........................................................................................................................

151 152 153 155 157 158 160 161 161 163

115 115 118 121 123

CONTENIDO

CAPÍTULO 9.

ALDEHÍDOS Y CETONAS .................................................................................

167

9.1 9.2 9.3 9.4 9.5 9.6 9.7 9.8 9.9 9.10

ALDEHÍDOS ............................................................................................................................ MONO Y DIALDEHÍDOS LINEALES .................................................................................. MONO Y DIALDEHÍDOS ACÍCLICOS RAMIFICADOS .................................................... POLIALDEHÍDOS ACÍCLICOS ............................................................................................. ALDEHÍDOS CÍCLICOS ......................................................................................................... CETONAS ................................................................................................................................. NOMENCLATURA POR SUSTITUCIÓN.............................................................................. CETONAS CÍCLICAS .............................................................................................................. QUINONAS .............................................................................................................................. NOMENCLATURA POR GRUPO FUNCIONAL .................................................................. SOLUCIONES ...........................................................................................................................

167 168 168 171 172 174 174 176 177 179

CAPÍTULO 10. ÁCIDOS CARBOXÍLICOS Y DERIVADOS .............................................................

187

10.1 10.2 10.3 10.4 10.5 10.6 10.7 10.8

181

ÁCIDOS CARBOXÍLICOS ...................................................................................................... ANIONES Y SALES DE LOS ÁCIDOS CARBOXÍLICOS ................................................... ÉSTERES .................................................................................................................................. ANHÍDRIDOS .......................................................................................................................... SUSTITUYENTES ACILO ...................................................................................................... HALUROS DE ÁCIDO ............................................................................................................ AMIDAS.................................................................................................................................... NITRILOS ................................................................................................................................. SOLUCIONES ...........................................................................................................................

187 194 195 198 200 200 202 205

CAPÍTULO 11. LOS COMPUESTOS HETEROFUNCIONALES ........................................................

215

11.1 11.2 11.3

208

GRUPO PRINCIPAL ................................................................................................................ FORMACIÓN DEL NOMBRE ................................................................................................ CÓMO REPRESENTAR UN COMPUESTO HETEROFUNCIONAL A PARTIR DE SU NOMBRE SISTEMÁTICO ....................................................................... SOLUCIONES ...........................................................................................................................

217 221

CAPÍTULO 12. COMPUESTOS HETEROCÍCLICOS .....................................................................

223

12.1 12.2 12.3

215 215

NOMBRES COMUNES ........................................................................................................... NOMENCLATURA POR SUSTITUCIÓN.............................................................................. NOMENCLATURA POR EL SISTEMA DE HANTZSCH-WIDMAN ................................. SOLUCIONES ...........................................................................................................................

223 228 231 236

CAPÍTULO 13. ESTEREOISÓMEROS ........................................................................................

241

ISOMERÍA CIS-TRANS Y CONVENCIÓN E/Z ..................................................................... COMPUESTOS QUIRALES: ESPECIFICACIÓN DE LA CONFIGURACIÓN ABSOLUTA...................................................................................... SOLUCIONES ...........................................................................................................................

242

13.1 13.2

246 253

ix

PRÓLOGO A LA 2ª EDICIÓN Nomenclatura y Representación de los Compuestos Orgánicos. Una guía de estudio y autoevaluación 2ª Edición tiene su origen en los comentarios de otros colegas y en nuestra propia experiencia a lo largo de los últimos años en el uso de la primera edición de este cuaderno de trabajo. Este ejemplar es una versión revisada de la primera edición en la que hemos ampliado su contenido para su mejor adaptación a los programas que se imparten en algunas Facultades y Escuelas de Ingeniería. Así, el libro se inicia con la presentación en el Capítulo 1 de los modos de representación de los compuestos orgánicos, indicando expresamente la conveniencia del uso de modelos moleculares, y continuando en los cuatro siguientes (Capítulos 2 al 5) con las normas y procedimientos para nombrar todo tipo de hidrocarburos alifáticos y aromáticos. En los Capítulos 6 al 10 se describe como, utilizando como base la nomenclatura de hidrocarburos, se pueden nombrar los compuestos que contienen los grupos funcionales con los heteroátomos más comunes, esto es, los derivados halogenados, alcoholes, fenoles, éteres, aminas, aldehídos, cetonas y ácidos carboxílicos y sus derivados, incluyendo los nitrilos. En el Capítulo 11 se describe como se forman los nombres y se representan los compuestos heterofuncionales, es decir, los que poseen varios grupos funcionales distintos. Los dos últimos capítulos de esta segunda edición son una novedad sobre la primera. El Capítulo 12 muestra la nomenclatura y representación de los heterociclos y en el Capítulo 13 las normas para nombrar los estereoisómeros. El libro mantiene, como en la primera edición, un carácter eminentemente práctico. Incluye las explicaciones necesarias para la aplicación de las reglas de nomenclatura actuales, pero está, sobre todo, dirigido a hacer que el alumno adquiera soltura en su aplicación y por eso, contiene un gran número de ejercicios y problemas resueltos al final de cada capítulo. Esperamos que esta segunda edición de “Nomenclatura y Representación de los Compuestos Orgánicos”, sea para profesores y alumnos tan útil como lo fue en su día la primera. Ricardo Riguera Vega Emilio Quiñoá Cabana Universidad de Santiago de Compostela Marzo 2005

xi

PRÓLOGO A LA 1ª EDICIÓN Nomenclatura y Representación de los Compuestos Orgánicos se presenta como un Cuaderno de Trabajo en el que las normas y procedimientos que permiten asignar nombres a los compuestos orgánicos y, a la inversa, representar su estructura conociendo el nombre sistemático, se van ilustrando con ejemplos y ejercicios para resolver en el propio texto. En su contenido, nos hemos limitado a estructuras sencillas, a los grupos funcionales más corrientes y a compuestos que contienen un único tipo de grupo funcional, aunque en el último Capítulo hacemos una ligera incursión en la nomenclatura y representación de compuestos con varios grupos funcionales distintos. Por su carácter elemental, son muchas las situaciones que no están contempladas y que el lector interesado podrá resolver acudiendo a obras especializadas. Hemos procurado que la presentación de las normas, y el propio desarrollo de los ejercicios y ejemplos, estén planteados en orden de complejidad creciente, para así facilitar su utilización a lectores con distinto nivel de conocimientos. Para su elaboración, nos hemos basado en la última actualización (A Guide to IUPAC Nomenclature of Organic Compounds. Recommendations 1993; Blackwell Scientific Publications, Oxford, 1993) de las normas internacionales para la nomenclatura elaboradas por la International Union of Pure and Applied Chemistry (IUPAC), que introduce algunos cambios de importancia sobre las recomendaciones anteriores (Nomenclature of Organic Chemistry, Sections A, B, C, D, E, F, and H, 1979 Edition, Pergamon Press, Oxford, 1979; versión castellana de E. Fernández Álvarez y F. Fariña Pérez, editada por el C.S.I.C. y la R.S.E.Q., 1987). Esto afecta sobre todo al modo de construir el nombre de los compuestos que cambia sustancialmente. Para la presentación en castellano de los términos en inglés en la publicación original, hemos seguido, siempre que ha sido posible, la citada versión en castellano. Esperamos que nuestro esfuerzo facilite a otros el estudio de la Química Orgánica. Ricardo Riguera Vega Emilio Quiñoá Cabana Universidad de Santiago de Compostela Noviembre 1995

xiii

FÓRMULAS Y REPRESENTACIÓN DE LAS ESTRUCTURAS ORGÁNICAS

1

Las fórmulas más simples que se pueden utilizar para describir un compuesto son las fórmulas moleculares, que muestran solamente los elementos (símbolo atómico) que lo forman y su número (subíndice), por ejemplo, H2O, C6H12O6. Las fórmulas moleculares no proporcionan información sobre las conexiones entre los distintos átomos (enlaces) ni sobre su distribución espacial y, por lo tanto, no permiten distinguir los compuestos que, con la misma fórmula molecular, poseen distinta estructura (isómeros). Para ello es preciso recurrir a representaciones más precisas que muestran con mayor o menor detalle los átomos que los constituyen y el modo en que están conectados entre sí por medio de enlaces. Se indican a continuación algunas de las formas de representación más utilizadas, tomando a modo de ejemplo la estructura de dos compuestos A y B con fórmulas moleculares C6H8 y C4H9BrO respectivamente. a) Desarrolladas (expandidas). Se representan todos los átomos por sus símbolos y los enlaces que los unen por trazos.

Ejemplo

b) Semidesarrolladas (semiexpandidas o semicondensadas). Se omiten los trazos que representan los enlaces entre los hidrógenos y los carbonos/heteroátomos a los que están unidos, pero sí se indica su número empleando subíndices.

Ejemplo

c) Simplificadas. Se representan las cadenas carbonadas mediante líneas en zig-zag en las que cada segmento representa un enlace y cada punto de unión un átomo de carbono. Se omiten los átomos de hidrógeno unidos a carbono, pero sí se incluyen los heteroátomos y sus hidrógenos. Los dobles y triples enlaces se representan con dos y tres segmentos, respectivamente. 1

2 NOMENCLATURA Y REPRESENTACIÓN DE LOS COMPUESTOS ORGÁNICOS

Ejemplo

d) En perspectiva. Aunque con frecuencia las representemos en un plano, las estructuras de los compuestos químicos son tridimensionales –recuerda el carbono tetrahédrico– y por ello es esencial reconocer la distribución de los átomos y enlaces en el espacio y representarlas adecuadamente. En la representación en perspectiva se utilizan trazos continuos y gruesos para indicar los enlaces que se proyectan fuera del plano y hacia delante –por encima del plano del dibujo– y trazos discontinuos de grosor normal cuando el enlace está dirigido hacia atrás –por debajo del plano del dibujo–. Todo lo que está contenido en el plano del papel se dibuja con trazos continuos de grosor normal.

Ejemplo A continuación se representan las estructuras de A y B en perspectiva. Los dibujos en los recuadros indican mediante círculos los átomos que están en el plano del papel.

Es conveniente que se familiarice con este tipo de representaciones y que reconozca la estructura de un compuesto aunque se dibuje desde una perspectiva diferente, por ejemplo, girándola sobre un eje, como se muestra a continuación.

FÓRMULAS Y REPRESENTACIÓN DE LAS ESTRUCTURAS ORGÁNICAS 3

Como ve, a veces no es fácil imaginarse los enlaces dirigidos en las tres dimensiones del espacio, por eso los químicos –aun los más expertos– recurren habitualmente al empleo de modelos moleculares que se construyen con bolas, de distinto tamaño para cada tipo de átomo, provistas de orificios para introducir unas varillas en ángulos determinados que representan los enlaces. Le sugerimos que construya con ellos las estructuras de A y B anteriores y la utilice siempre que quiera visualizar la verdadera forma de una molécula y la distribución en el espacio de sus átomos.

Ejemplo

A continuación, le mostramos el aspecto que toma la estructura de la molécula B cuando se construye utilizando los tres tipos de modelos moleculares más comunes y que puede encontrar comercializados. El modelo de varillas, el de bolas y varillas y el modelo compacto. El primero es el más sencillo y el más útil en un curso elemental de Quimica orgánica y permite fijarse sobre todo en los enlaces y evaluar la importancia de la libertad de giro (conformaciones). El segundo es muy similar e incorpora esferas de distinto tamaño que representan a los átomos (radio atómico). El tercero tiene en cuenta el radio de Van der Wals de los átomos, y se usa esencialmente cuando se desea conocer la importancia de los impedimentos estéricos, la proximidad entre átomos, etc.

4 NOMENCLATURA Y REPRESENTACIÓN DE LOS COMPUESTOS ORGÁNICOS

e) Representaciones mixtas. En ocasiones y por conveniencia o simplicidad se recurre a representaciones mixtas que combinan algunas de las características de los tipos anteriores.

Ejemplo

En este texto se utilizarán fundamentalmente fórmulas simplificadas y mixtas. Los siguientes ejercicios le ayudarán a familiarizarse con las distintas formas de representación de los compuestos orgánicos. No olvide que las moléculas son “objetos” tridimensionales y que el papel en el que lo dibuja sólo tiene dos dimensiones. Debe acostumbrarse a construir y usar modelos moleculares porque éste es el mejor procedimiento para visualizar la estructura de los compuestos.

Ejercicios 1.1.

Escriba en los recuadros el número de hidrógenos que están unidos a los átomos de carbono indicados.

FÓRMULAS Y REPRESENTACIÓN DE LAS ESTRUCTURAS ORGÁNICAS 5

1.2.

Dibuje, dentro de cada recuadro, la representación expandida de las siguientes fórmulas simplificadas.

1.3.

Dibuje, dentro de los recuadros, la forma simplificada correspondiente.

6 NOMENCLATURA Y REPRESENTACIÓN DE LOS COMPUESTOS ORGÁNICOS

1.4.

Señale las formas simplificadas E-H que se corresponden con cada una de las semidesarrolladas A-D.

A: _____ B: _____ C: _____D: _____ 1.5.

Dibuje, utilizando la representación simplificada, la estructura de tres isómeros con fórmula molecular C3H8O.

1.6.

Complete, poniendo los hidrógenos, las estructuras de los compuestos A-C.

1.7.

Construya con modelos moleculares las estructuras A y B.

FÓRMULAS Y REPRESENTACIÓN DE LAS ESTRUCTURAS ORGÁNICAS 7

1.8.

Construya los modelos moleculares de los pares de isómeros A/B y C/D y observe la relación espacial entre los hidrógenos señalados. Indique, dentro de los recuadros, en cuál de los componentes de cada par la distancia entre dichos hidrógenos es mayor.

Soluciones 1.1.

1.2.

8 NOMENCLATURA Y REPRESENTACIÓN DE LOS COMPUESTOS ORGÁNICOS

1.3.

1.4. A: H 1.5.

1.6.

1.7.

B: F

C: E

D: G

FÓRMULAS Y REPRESENTACIÓN DE LAS ESTRUCTURAS ORGÁNICAS 9

1.8.

PARTE I NOMENCLATURA DE LOS HIDROCARBUROS

HIDROCARBUROS SATURADOS. ALCANOS ACÍCLICOS

2

Los hidrocarburos son compuestos formados exclusivamente por carbono e hidrógeno y con fórmula empírica CxHy. Se pueden distinguir varias clases:

Los alcanos o hidrocarburos saturados son los hidrocarburos en los que todos los átomos de carbono tienen hibridación sp3 y los enlaces carbono-carbono son enlaces simples. Sus estructuras pueden ser muy variadas, tal y como se muestra en el cuadro siguiente:

2.1.

ALCANOS ACÍCLICOS LINEALES

13

14 NOMENCLATURA Y REPRESENTACIÓN DE LOS COMPUESTOS ORGÁNICOS

Los cuatro primeros alcanos acíclicos de cadena lineal reciben los nombres de metano, etano, propano y butano. A los demás alcanos lineales se les nombra de un modo sistemático haciendo uso de un prefijo –penta- (5), hexa- (6), hepta- (7), octa- (8), nona- (9), deca- (10), etc.–, y la terminación -ano. La letra -a final de los prefijos se suprime al añadir la terminación.

El nombre del hidrocarburo saturado lineal de cinco carbonos CH3[CH2]3CH3 se forma del modo siguiente:

Los nombres de los primeros veinte alcanos acíclicos lineales se indican a continuación: n*

Nombre

Fórmula

n*

Nombre

Fórmula

1

Metano

CH4

11

Undecano

CH3[CH2]9CH3

2

Etano

CH3CH3

12

Dodecano

CH3[CH2]10CH3

3

Propano

CH3CH2CH3

13

Tridecano

CH3[CH2]11CH3

4

Butano

CH3[CH2]2CH3

14

Tetradecano

CH3[CH2]12CH3

5

Pentano

CH3[CH2]3CH3

15

Pentadecano

CH3[CH2]13CH3

6

Hexano

CH3[CH2]4CH3

16

Hexadecano

CH3[CH2]14CH3

7

Heptano

CH3[CH2]5CH3

17

Heptadecano

CH3[CH2]15CH3

8

Octano

CH3[CH2]6CH3

18

Octadecano

CH3[CH2]16CH3

9

Nonano

CH3[CH2]7CH3

19

Nonadecano

CH3[CH2]17CH3

10

Decano

CH3[CH2]8CH3

20

Icosano

CH3[CH2]18CH3

* n = número de átomos de carbono.

HIDROCARBUROS SATURADOS. ALCANOS ACÍCLICOS 15

Ejercicios 2.1.

2.2.

Represente de forma simplificada los siguientes alcanos: a) Butano.

b) Heptano.

c) Nonano.

a)

b)

c)

Cuando se dibujan las estructuras orgánicas de forma simplificada, las líneas en “zig-zag” que representan los enlaces C-C no tienen necesariamente que prolongarse en una misma dirección, porque alrededor de los enlaces simples existe libertad de rotación que da lugar a distintos plegamientos o conformaciones de una misma estructura. Las cuatro representaciones siguientes corresponden a solamente tres alcanos lineales diferentes. Nómbrelos, construya los modelos moleculares correspondientes y compruebe, por giro sobre enlaces C-C, que dos de esas representaciones son interconvertibles y corresponden a un mismo compuesto.

1)–––––––––––– 2)–––––––––––– 3)–––––––––––– 4)–––––––––––– 2.3.

En el proceso de refinado del crudo de petróleo se obtiene una fracción, el queroseno, que destila entre 175 y 275°C, y que se usa como combustible de aviación. El queroseno es una mezcla de alcanos, muchos de ellos lineales, cuyo tamaño varía entre 12 y 18 átomos de carbono. Indique las fórmulas moleculares y semidesarrolladas y los nombres de los alcanos lineales de 12 y 18 carbonos (A y B respectivamente).

16 NOMENCLATURA Y REPRESENTACIÓN DE LOS COMPUESTOS ORGÁNICOS

2.2.

ALCANOS ACÍCLICOS RAMIFICADOS

El 3-metilhexano y el 4-etil-7-propilundecano son ejemplos de alcanos acíclicos ramificados.

Para nombrar este tipo de compuestos se sigue una nomenclatura sistemática muy sencilla y en la que el compuesto ramificado se considera como un alcano lineal –cadena principal– que posee sustituyentes localizados en ciertas posiciones –indicadas por localizadores–. Es preciso, pues, definir cuál es el alcano lineal que se toma como base del nombre, conocer los sustituyentes y su localización en la cadena principal.

Sustituyentes, cadenas laterales y radicales En un alcano ramificado, los sustituyentes sobre la cadena lineal principal hacen el papel de cadenas laterales y también se denominan radicales. En este contexto, un radical es el conjunto de átomos que resulta de la pérdida formal de un átomo de hidrógeno de un hidrocarburo. Si el hidrocarburo es un alcano, el radical resultante se denomina radical alquilo y se nombra sustituyendo la terminación -ano del alcano de procedencia por -ilo.

Los sustituyentes o radicales alquilo derivados de los cuatro primeros alcanos lineales por pérdida de un hidrógeno unido a un carbono terminal se muestran a continuación.

También existen sustituyentes ramificados. El modo de nombrarlos se verá más adelante. Frecuentemente, a la hora de representar los radicales más sencillos se recurre a la utilización de abreviaturas de sus nombres, tal como se indica a continuación.

HIDROCARBUROS SATURADOS. ALCANOS ACÍCLICOS 17

Ejemplo

Localizadores Cuando es preciso señalar una determinada posición en la cadena carbonada de, por ejemplo, un alcano o un radical, se asignan números correlativos a cada carbono. Dichos números se llaman localizadores. a) En los alcanos lineales, el localizador nº 1 se asigna a uno cualquiera de los dos carbonos terminales de la cadena. El resto de los carbonos se numeran de modo consecutivo.

Ejemplo

b) En alcanos ramificados, se usan localizadores en la cadena principal para indicar la posición de los radicales o cadenas laterales. El nº 1 corresponde siempre a uno de los carbonos terminales de la cadena principal.

Ejemplo En el 3-metilhexano, los localizadores de la cadena principal (hexano) son:

Nota: La asignación del localizador nº 1 a uno de los dos carbonos terminales de la cadena principal no es arbitraria. Más adelante, en este capítulo se indicará cómo se selecciona ese carbono. c) En el caso de los radicales, el localizador nº 1 se asigna al carbono del que hemos suprimido el hidrógeno, o lo que es lo mismo, al carbono del radical que está unido a la cadena principal. El resto de los carbonos se numeran de modo consecutivo.

Ejemplos Para los radicales etilo y propilo, los localizadores son:

En el caso del 4-etil-7-propilundecano, los localizadores de la cadena principal y las cadenas laterales son:

18 NOMENCLATURA Y REPRESENTACIÓN DE LOS COMPUESTOS ORGÁNICOS

Cadena principal La cadena principal es la que da nombre al alcano ramificado. Es la cadena de alcano lineal que contiene los radicales y es siempre la cadena más larga de todas las que se puedan distinguir en ese compuesto.

Ejemplo En el 3-metilhexano, podemos distinguir tres cadenas lineales representadas en A, B y C.

De las tres, la cadena B es la más larga y por tanto este alcano ramificado se considera como un hexano (cadena principal) sustituido por un radical metilo (CH3-), que constituye la cadena lateral. La numeración de la cadena principal indica que el metilo está en la posición 3 y por tanto ese nombre define la estructura del compuesto de modo inequívoco.

La búsqueda de la cadena principal requiere a veces mayor atención. No debe importarle en qué forma –plegamiento, conformación –esté dibujada la estructura y ha de tener en cuenta todas las posibilidades antes de elegir.

Ejemplo Se muestran dos representaciones distintas del alcano ramificado 4-etil-7-propilundecano.

En los dos dibujos se puede localizar la cadena principal de 11 carbonos y las dos cadenas laterales de 2 y 3 carbonos. Este alcano ramificado es un undecano, con un etilo y un propilo como sustituyentes.

HIDROCARBUROS SATURADOS. ALCANOS ACÍCLICOS 19

Para casos de mayor complejidad, como cuando existen dos o más cadenas de igual longitud, le mostraremos más adelante los criterios para elegir una de ellas como cadena principal.

Ejercicios 2.4. En el 4-etil-7-propilundecano se pueden distinguir seis cadenas lineales de distintas longitudes. Señálelas utilizando un trazo más grueso e indique en los recuadros el número de carbonos.

2.3.

NORMAS PARA NOMBRAR ALCANOS RAMIFICADOS

Una vez visto cómo se elige la cadena principal, cómo se usan los localizadores y cómo se nombran los radicales más sencillos, a continuación, presentamos las normas a seguir para poder nombrar cualquier alcano ramificado. 1º) Localice la cadena principal, que dará nombre al alcano ramificado según sea su número de carbonos. A dicho nombre se anteponen los nombres de las cadenas laterales.

Ejemplos

20 NOMENCLATURA Y REPRESENTACIÓN DE LOS COMPUESTOS ORGÁNICOS

Ejercicios 2.5. a) Además del indicado en el ejemplo anterior, existe otro metilhexano. Dibuje la estructura de ese isómero. b) Dibuje la estructura de dos etilpropilundecanos isómeros del anterior.

Si un alcano posee dos o más cadenas de igual longitud, se elige como cadena principal la que posea mayor número de sustituyentes (cadenas laterales).

Ejemplo

HIDROCARBUROS SATURADOS. ALCANOS ACÍCLICOS 21

Ejercicios 2.6.

Los alcanos A y B presentan varias cadenas de igual longitud. Indique con trazo más grueso cuáles son las principales:

2º) Numere la cadena principal de un extremo a otro con localizadores. De los dos extremos, se comienza por el que asigna los números más bajos posibles a las cadenas laterales. Al nombrar el alcano, cada localizador se antepone al nombre de su cadena lateral separado por un guión. Se recomienda comparar la secuencia numérica que forman los localizadores de los sustituyentes en las dos posibles numeraciones, ordenados de menor a mayor. La combinación de menor valor numérico nos proporciona la numeración correcta de la cadena principal.

Ejemplos

22 NOMENCLATURA Y REPRESENTACIÓN DE LOS COMPUESTOS ORGÁNICOS

Ejercicios 2.7.

Numere las cadenas principales de los siguientes alcanos ramificados:

a) Este procedimiento –elección de la menor combinación numérica– permite también decidir cuál es la cadena principal en el caso poco frecuente de que existan varias cadenas de igual longitud e igual número de sustituyentes.

Ejemplo Para elegir y numerar la cadena principal del siguiente alcano es necesario decidir entre las dos posibilidades A y B que se muestran. Se toma como cadena principal aquella que proporciona los localizadores más bajos a sus sustituyentes.

HIDROCARBUROS SATURADOS. ALCANOS ACÍCLICOS 23

b) En el caso de que las posibles combinaciones numéricas de los localizadores de la cadena principal fueran iguales, se recurre al orden alfabético de los dos sustituyentes más cercanos a los extremos y se le da el localizador más bajo al radical que aparece primero en el orden alfabético.

Ejemplo

24 NOMENCLATURA Y REPRESENTACIÓN DE LOS COMPUESTOS ORGÁNICOS

3º) Nombre las cadenas laterales como grupos alquilo precedidos por su localizador separado por un guión. Se pueden presentar dos situaciones: a) Si los radicales son lineales, se nombran derivando su nombre del alcano correspondiente –metilo, etilo, propilo, etc. b) Si los radicales están ramificados, se nombran igual que si fuera un alcano ramificado, es decir: 1. Se busca la cadena más larga. 2. Se numera asignando el localizador nº 1 al carbono unido a la cadena principal. 3. Se nombran sus sustituyentes. 4. Se forma el nombre del radical ramificado y se incorpora, entre paréntesis y precedido de su localizador, al nombre del alcano. Existe un método alternativo para nombrar cadenas laterales (lineales o ramificadas). Consiste en tomar el nombre del correspondiente alcano y sustituir la o final por il(o), incluyendo un localizador numérico que indica el lugar de unión de dicha cadena lateral al resto de la molécula, tal y como se indica a continuación.

Ejemplo Si sigue las normas anteriores podrá llegar fácilmente a nombrar el siguiente alcano ramificado como 3-metil-6-(2metilbutil)undecano.

4º) Forme el nombre del alcano ramificado, escribiendo los nombres de los radicales sustituyentes –cadenas laterales– por orden alfabético, suprimiendo la -o final, precedido cada uno de ellos por su localizador en la cadena principal y separado por un guión. Al final y sin separación, se añade el nombre de la cadena principal.

Ejemplos

HIDROCARBUROS SATURADOS. ALCANOS ACÍCLICOS 25

a) Si se utilizan los nombres comunes de las cadenas laterales (véase el Ejercicio 2.9), los prefijos iso- y neoforman parte del nombre, y por tanto se tienen en cuenta en el orden alfabético, mientras que sec- y terc- , que significan secundario y terciario, respectivamente, no se tienen en cuenta en el orden alfabético.

b) Si existen varias cadenas laterales iguales, se utilizan los prefijos de origen griego* di-, tri-, tetra-, penta-, hexa-..., para indicarlo y no se tiene en cuenta en el orden alfabético. Fíjese en el ejemplo siguiente, en que para formar el nombre se escriben en primer lugar todos los localizadores de los radicales repetidos, ordenados de menor a mayor, separados por comas, y luego, tras un guión, se pone el prefijo, el nombre del radical y el de la cadena principal.

Ejemplo

Observe a continuación que las cadenas laterales se escriben siempre en orden alfabético –el prefijo numérico no se tiene en cuenta para esto– y que si sobre un carbono hay varios sustituyentes iguales –por ejemplo, dos metilos sobre la posición 3– ese localizador se repite para indicarlo.

* Excepto nona y undeca, de origen latino.

26 NOMENCLATURA Y REPRESENTACIÓN DE LOS COMPUESTOS ORGÁNICOS

Ejemplo

c) Cuando una cadena lateral es muy compleja, su nombre se incorpora entre paréntesis. En el caso de que el compuesto posea varias cadenas laterales complejas, se ordenan por la primera letra de su nombre aunque sea la de un prefijo numérico.

Ejemplo

En negrita se marcan las letras que se tienen en cuenta para establecer el orden alfabético. d) Si dos o más radicales complejos están formados por las mismas palabras y por tanto el orden alfabético no nos es útil, se nombra primero aquel que presenta el localizador (o combinación numérica de localizadores) más bajo. Observe en el siguiente ejemplo que la combinación numérica de localizadores de las cadenas laterales determina también la numeración de la cadena principal: el localizador más bajo (6) se asigna a la cadena que tiene una combinación de localizadores menor (1,2-dimetilbutilo).

HIDROCARBUROS SATURADOS. ALCANOS ACÍCLICOS 27

Ejemplo

e) Si existen dos o más cadenas laterales complejas idénticas, se utilizan los prefijos bis-, tris-, tetrakis-, pentakis-, etc., para indicar su número.* Al nombrar el alcano, esas cadenas laterales se incluyen entre paréntesis como es habitual aunque también se pueden omitir los paréntesis si los localizadores de las cadena laterales se escriben con “primas” (‘).

Ejemplo

p

*No se tiene en cuenta en el orden alfabético. Salvo bis- y tris-, estos prefijos se forman añadiendo la terminación -kis a los prefijos numéricos tetra-, penta-, hexa-, etc.

28 NOMENCLATURA Y REPRESENTACIÓN DE LOS COMPUESTOS ORGÁNICOS

Ejercicios 2.8.

Se indican cuatro cadenas laterales ramificadas y sus nombres correctos en A-D. Asígnele a cada una el que le corresponde. Con la línea ondulada señalamos el enlace entre el carbono nº 1 del radical y la cadena principal que hemos omitido. A: 1-Metilbutilo o pentan-2-ilo B: 1,4-Dimetilpentilo o 5-metilhexan-2-ilo C: 3-Metilbutilo o isopentilo D: 3-Etilpentilo

2.9.

Algunos radicales ramificados se conocen por sus nombres comunes –no sistemáticos, pero de uso aceptado–. Escribe los nombres sistemáticos de los siguientes.

HIDROCARBUROS SATURADOS. ALCANOS ACÍCLICOS 29

2.10. Los cuatro alcanos ramificados mostrados se conocen habitualmente por sus nombres comunes. Escriba sus nombres sistemáticos.

2.11. En los alcanos A-F, señale con un trazo más grueso la cadena principal, sitúe el localizador nº 1 y nómbrelos.

30 NOMENCLATURA Y REPRESENTACIÓN DE LOS COMPUESTOS ORGÁNICOS

2.4.

CÓMO REPRESENTAR UN ALCANO A PARTIR DE SU NOMBRE SISTEMÁTICO

Una vez conocidas las normas para nombrar un alcano, el proceso inverso –es decir, representarlo a partir de su nombre– es muy sencillo: 1º) Dibuje la cadena principal y numérela. 2º) Identifique los sustituyentes y sitúelos en sus localizadores. Si alguno figura entre paréntesis, se trata de un sustituyente complejo y su estructura se deduce exactamente igual que si fuese un alcano.

Ejemplo

A continuación le proponemos algunos ejercicios de este tipo. Por su parte, puede también practicar utilizando en sentido inverso los ejemplos que, en las páginas anteriores, se han empleado para “nombrar” alcanos. Tome nota del nombre que aparece al final de cada ejemplo y trate de deducir la estructura.

Ejercicios 2.12. Dibuje los siguientes alcanos de forma simplificada: A: 3-Etilpentano B: 3-Isopropil-2,6-dimetilheptano C: 3,7-Dietil-5,5-dimetilnonano D: 3,3,6-Trimetil-4-propiloctano E: 7-terc-Butil-4-etil-4,5-dimetildecano F: 5-(1,2-Dimetilpropil)-8-(2-etilbutil)tridecano o 8-(2-etilbutil)-5-(3-metilbutan-2-il)tridecano

HIDROCARBUROS SATURADOS. ALCANOS ACÍCLICOS 31

2.13. Trate de dibujar la estructura de los siguientes alcanos. Observará que están nombrados de modo incorrecto. Nómbrelos siguiendo las normas de la nomenclatura sistemática y fíjese en los errores. A: 1-Metilbutano B: 2-Isopentilpropano C: 3-Metil-5-etil-7-isopropildecano D: 5-Etil-4-metilheptano E: 5-Metil-3-propiloctano F: 5-Etil-3-metilheptano G: 2-Metil-4,5,7-trietilnonano H: 5-(2-Etilbutil)-2,3-dimetilnonano

p

32 NOMENCLATURA Y REPRESENTACIÓN DE LOS COMPUESTOS ORGÁNICOS

Soluciones 2.1. a)

b)

c)

2.2. 1) Decano

2) Octano

3) Nonano

4) Octano

2.3.

Nota: Se utilizan corchetes para indicar la repetición de grupos en una cadena.

HIDROCARBUROS SATURADOS. ALCANOS ACÍCLICOS 33

2.4.

2.5.

a)

b)

2.6.

2.7.

34 NOMENCLATURA Y REPRESENTACIÓN DE LOS COMPUESTOS ORGÁNICOS

2.8.

2.9.

2.10.

Observe que el localizador es necesario para que no existan ambigüedades al nombrar los compuestos. Se omite el localizador cuando realmente no es necesario. Fíjese en que en los ejemplos anteriores no figura 2-metilpropano, ni 2-metilbutano, ni 2,2-dimetilpropano.

HIDROCARBUROS SATURADOS. ALCANOS ACÍCLICOS 35

2.11.

2.12.

36 NOMENCLATURA Y REPRESENTACIÓN DE LOS COMPUESTOS ORGÁNICOS

2.13.

HIDROCARBUROS SATURADOS. ALCANOS ACÍCLICOS 37

ALCANOS CÍCLICOS

3

Los cicloalcanos son los hidrocarburos saturados que poseen uno o varios ciclos. Los más sencillos son los monocíclicos, que se nombran anteponiendo el prefijo ciclo- al nombre del alcano de cadena abierta del mismo número de carbonos.

Ejemplo El nombre del cicloalcano de cinco carbonos se forma del modo siguiente:

A continuación se muestran, dibujados de forma simplificada, los cicloalcanos con anillos de 3 a 8 carbonos. Para numerarlos, los localizadores se aplican de forma secuencial a lo largo del anillo.

39

40 NOMENCLATURA Y REPRESENTACIÓN DE LOS COMPUESTOS ORGÁNICOS

Los cicloalcanos, como los alcanos de cadena abierta, pueden presentar varias conformaciones por rotación alrededor de los enlaces C-C. El caso más interesante es el del ciclohexano y sus conformaciones silla, bote y bote retorcido (twist) que presentamos a continuación dibujadas en forma ”plana” y en perspectiva. Utilice modelos moleculares para construir la molécula de ciclohexano, compruebe que la estructura no es plana debido al carácter tetrahédrico de los carbonos sp3, y que esas tres conformaciones no son más que distintos “plegamientos” de la estructura de ese compuesto.

Ejemplo

Al aumentar el tamaño del cicloalcano también aumenta su flexibilidad, como puede comprobar fácilmente con los modelos, y eso explica que podamos dibujar los cicloalcanos mayores en distintas formas que siguen representando un mismo compuesto.

Ejemplo Observe las dos formas habituales de dibujar los cicloalcanos con anillos de 9 a 12 miembros.

ALCANOS CÍCLICOS 41

3.1.

RADICALES CICLOALQUILO

Los radicales cicloalquilo resultan de la pérdida formal de un átomo de hidrógeno de un cicloalcano. Se nombran del mismo modo que los radicales alquilo. El localizador nº 1 se asigna al carbono del que se ha sustraído el hidrógeno.

Los nombres y las representaciones de los cuatro primeros radicales cicloalquilo son:

3.2.

CICLOALCANOS SUSTITUIDOS

Para nombrar un cicloalcano sustituido se sigue un procedimiento similar al de los alcanos de cadena abierta. Es decir, considerar una parte como cadena principal y otra como sustituyente (radical) y construir el nombre de la forma habitual. En general, debe tomarse como sistema principal aquel que presente a) el mayor número de sustituyentes o b) el de mayor tamaño. Esto hace que en unas ocasiones el sistema principal sea el anillo y en otras la cadena abierta.

Ejemplos

Cuando la elección de cadena principal no es posible por aplicación directa de estos criterios, se toma de las dos posibilidades el nombre que parezca más sencillo o el que se considere más adecuado. Obsérvelo en el ejemplo siguiente.

42 NOMENCLATURA Y REPRESENTACIÓN DE LOS COMPUESTOS ORGÁNICOS

Ejemplo

En este capítulo utilizaremos preferentemente ejemplos de cicloalcanos en los que el anillo sea la cadena principal.

3.3.

CICLOALCANOS MONOSUSTITUIDOS

En el caso de cicloalcanos monosustituidos en los que el anillo constituye la cadena principal, se le asigna el localizador nº 1 al carbono que porta el sustituyente y el resto del anillo se numera consecutivamente. El nombre se construye del modo habitual, no siendo necesario citar el localizador (recuerde la solución del Ejercicio 2.10.).

Ejemplo

3.4.

CICLOALCANOS POLISUSTITUIDOS

Si existen varios sustituyentes sobre el anillo, el proceso para asignar los localizadores y formar el nombre es el mismo que se siguió con los alcanos acíclicos: Buscar la secuencia de localizadores que proporcione la combinación más baja posible –el nº 1 debe ser uno de los carbonos sustituidos–, y formar el nombre ordenando los sustituyentes por orden alfabético.

Ejemplo Para nombrar adecuadamente el siguiente trimetilciclohexano es preciso decidir entre las seis combinaciones de localizadores que se muestran.

ALCANOS CÍCLICOS 43

b) Si varias de esas secuencias numéricas son iguales, para decidir la numeración del anillo se aplica el orden alfabético a los nombres de los sustituyentes.

Ejemplo

3.5.

CÓMO REPRESENTAR UN CICLOALCANO A PARTIR DE SU NOMBRE SISTEMÁTICO

Para representar la estructura de un cicloalcano sustituido a partir de su nombre sistemático, el procedimiento es idéntico al empleado en alcanos abiertos, es decir: 1º) Dibuje el sistema principal, que podrá ser un anillo o una cadena abierta, y numérelo. 2º) Identifique los sustituyentes y sitúelos sobre los localizadores. Proponemos a continuación algunos ejercicios de este tipo. Además, puede practicar resolviendo en sentido inverso los ejemplos que ha ido viendo para nombrar cicloalcanos. Anote el nombre que figura al final de cada ejemplo y trate de deducir la estructura.

Ejercicios 3.1.

Represente los siguientes alcanos de forma simplificada. Fíjese en que en el compuesto B la cadena principal no es el anillo sino la cadena abierta.

44 NOMENCLATURA Y REPRESENTACIÓN DE LOS COMPUESTOS ORGÁNICOS

A: Etilciclopropano

B: 5,7-Diciclobutil-2-metildecano

C: 1,1-Dimetil-4-propilciclohexano D: 5,6-Dietil-1,2,3-trimetilcicloheptano

3.2.

Localice el sistema principal, numérelo y nombre los siguientes compuestos.

ALCANOS CÍCLICOS 45

3.6.

ISOMERÍA CIS-TRANS EN CICLOALCANOS

Los cicloalcanos con dos o más sustituyentes en carbonos distintos presentan una característica estructural que surge del carácter tridimensional de las moléculas: los sustituyentes pueden estar dirigidos los dos hacia el mismo lado del “plano” del anillo o hacia lados distintos, y eso da lugar a estructuras distintas.

Ejemplo Si construye con modelos moleculares el 1,2-dimetilciclohexano representado en A, encontrará que los dos metilos pueden disponerse bien hacia la misma “cara” del plano del papel (B; los dos hacia arriba o los dos hacia abajo) o uno hacia la cara opuesta al otro (C; uno hacia arriba y el otro hacia abajo). Estas dos estructuras corresponden a compuestos diferentes, y no a conformaciones o plegamientos y se denominan con las palabras latinas cis –“del mismo lado”– y trans –“al otro lado”– (estructuras B y C respectivamente). Dichos prefijos se incorporan al nombre del alcano separados por un guión. Utilice modelos moleculares para la perfecta visualización de estos dos isómeros, compruebe que son realmente estructuras distintas y recuerde las formas de representación en perspectiva vistas en el Capítulo 1.

Observe que las dos representaciones siguientes corresponden a una misma estructura vista desde abajo o desde arriba. Utilice los modelos para comprobarlo.

Ejemplo

46 NOMENCLATURA Y REPRESENTACIÓN DE LOS COMPUESTOS ORGÁNICOS

Ejercicios 3.3.

Complete, añadiendo los átomos que faltan, las representaciones del cis- y trans-1,2-dimetilciclopropano.

3.4.

Represente los dos cicloalcanos siguientes mostrando la disposición espacial de los sustituyentes. A: cis-1,3-Dimetilciclopentano B: trans-1-Etil-4-propilciclohexano

3.5.

Nombre los cicloalcanos disustituidos A y B.

3.7.

ALCANOS POLICÍCLICOS

Igual que en los alcanos de cadena abierta, las posibles combinaciones de anillos en los cicloalcanos son muy variadas. Los casos más frecuentes son los de: a) Dos anillos de igual o de distinto tamaño unidos por un enlace sencillo C-C. b) Dos anillos unidos por un átomo de carbono que les es común (espiranos). c) Varios anillos unidos por “puentes”.

ALCANOS CÍCLICOS 47

a) Dos anillos unidos por enlaces sencillos carbono-carbono. Para nombrar los casos más simples, es decir, aquellos en los que los dos anillos son iguales, se asignan los localizadores 1 y 1´ a los carbonos de unión y se numeran los dos anillos de forma independiente (uno de ellos con primas). Para formar el nombre, se antepone el prefijo bi- al nombre del anillo (entre paréntesis), bien considerándolo como alcano o bien como radical.

Ejemplos

En el caso de que los anillos no sean iguales, el modo de nombrar el compuesto es prácticamente el mismo que el empleado con los alcanos de cadena abierta, tomando el anillo de mayor tamaño como sistema principal y el otro como radical.

Ejemplos

Ejercicios 3.6.

Represente los siguientes cicloalcanos. A: 4,4’-Dimetil-1,1’-bi(ciclohexano) B: cis-1-Ciclobutil-4-isopropilciclooctano

48 NOMENCLATURA Y REPRESENTACIÓN DE LOS COMPUESTOS ORGÁNICOS

3.7.

Nombre los siguientes compuestos:

b) Hidrocarburos espiránicos o espiranos. Los más sencillos constan de dos anillos unidos por un carbono que les es común –“carbono espiránico”–. Debido al carácter tetrahédrico del carbono espiránico, los dos anillos están en planos perpendiculares. Utilice modelos moleculares para construir el espirano formado por un anillo de seis y otro de cinco carbonos y fíjate en esa característica estructural.

Ejemplo

El nombre de un espirano se forma utilizando: a) como prefijo, el término espiro-; b) como sufijo, el nombre del alcano lineal con un número de carbonos igual al total de carbonos del compuesto, y c) en medio de esos dos términos y entre corchetes, se incluyen dos cifras en orden ascendente y separadas por un punto, que indican el número de carbonos del anillo menor y el del mayor respectivamente, descontado en ambos casos el carbono espiránico. Obsérvelo en el siguiente ejemplo:

Ejemplo

ALCANOS CÍCLICOS 49

La numeración de un espirano se inicia por el anillo más pequeño y se finaliza por el mayor. El localizador nº 1 se le asigna a uno de los átomos contiguos al carbono espiránico. Se debe procurar que a los sustituyentes les correspondan los localizadores más bajos posibles.

3.8.

CÓMO REPRESENTAR UN ESPIRANO A PARTIR DE SU NOMBRE SISTEMÁTICO

Para representar la estructura de un espirano a partir de su nombre, debe situar el carbono espiránico y luego sobre él construir dos anillos utilizando cadenas con el número de carbonos indicados entre corchetes –el sufijo que indica el total de carbonos le servirá de comprobación–, numerarlo e incorporar los sustituyentes.

Ejercicios 3.8.

Dibuje la estructura de los espiranos A y B. A: Espiro[2.5]octano B: 1,4,6,9-Tetrametilespiro[4.4]nonano

3.9.

Nombre los siguientes compuestos:

c) Varios anillos unidos por “puentes”. Son aquellos hidrocarburos cíclicos en los que entre dos carbonos no contiguos del anillo existe un enlace, un átomo o una cadena que los une y hace de “puente”. Observe los siguientes ejemplos.

Ejemplos

50 NOMENCLATURA Y REPRESENTACIÓN DE LOS COMPUESTOS ORGÁNICOS

Fíjese en que, en una estructura de este tipo, se pueden distinguir varios “puentes”: los ejemplos A y B poseen tres puentes de distinta longitud y el C tres iguales. Los átomos de carbono comunes a varios puentes se denominan átomos “cabeza de puente”. Este tipo de compuestos se clasifican, según el número de anillos, como bicíclicos, tricíclicos, tetracíclicos, etc. Para saber rápidamente, incluso en el caso de estructuras muy complejas, el tipo al que pertenece un compuesto determinado, se hace uso del hecho de que el número de anillos coincide con el número mínimo de enlaces que hay que romper para obtener un compuesto acíclico.

Ejemplos

Son biciclos Vamos a ver ahora cómo se nombran los hidrocarburos con puente más sencillos, es decir, los hidrocarburos bicíclicos. El procedimiento es muy similar al de los espiranos. Se utiliza: a) el prefijo biciclo-; b) como sufijo el nombre del alcano lineal con un número de carbonos igual al total de carbonos del compuesto y c) en medio, entre corchetes, en orden decreciente y separados por puntos, los números que corresponden al número de átomos de cada puente. Si sigue estas normas llegará fácilmente a nombrar los compuestos de los ejemplos.

Ejemplos

ALCANOS CÍCLICOS 51

Para numerarlos, el localizador nº 1 se asigna a uno de los carbonos cabeza de puente, se sigue por el puente más largo hasta la segunda cabeza de puente, se recorre ahora el puente de tamaño intermedio y a continuación el más corto finalizando por la segunda cabeza de puente.

Ejemplos

Observe en los siguientes compuestos que los localizadores y nombres de los sustituyentes se incorporan al nombre del sistema principal del modo habitual.

Ejemplos

Algunos sistemas biciclicos pueden presentar isomería cis/trans. En dichos casos se utizan los descriptores estereoquímicos de modo análogo al ya visto para cicloalcanos.

Ejemplos

52 NOMENCLATURA Y REPRESENTACIÓN DE LOS COMPUESTOS ORGÁNICOS

3.9.

CÓMO REPRESENTAR UN ALCANO BICÍCLICO A PARTIR DE SU NOMBRE SISTEMÁTICO

Para representar la estructura de un alcano bicíclico conociendo su nombre, el proceso es sencillísimo y consiste en: 1º) situar los dos carbonos cabeza de puente; 2º) enlazarlos a través de puentes que tengan el número de carbonos indicados entre corchetes (el sufijo que indica el número total de carbonos del biciclo le servirá de comprobación), y 3º) numerar el biciclo y situar los sustituyentes de acuerdo con sus localizadores. De esta forma tendrá un dibujo “plano” de la estructura. Construya modelos moleculares para apreciar la distribución en el espacio de todos esos átomos y enlaces. Le mostramos este proceso a continuación.

Ejemplos

A continuación podrá encontrar algunos ejercicios para representar estructuras conociendo el nombre del alcano. Para practicar puede tambien utilizar “en sentido inverso” los ejemplos que hemos ido presentando a lo largo de este capítulo. Anota el nombre de esos compuestos y trate de deducir su estructura.

Ejercicios 3.10. Los siguientes hidrocarburos son conocidos por sus nombres comunes, cubano, prismano y adamantano respectivamente, que hacen mención a su forma geométrica y en el tercer caso a la estructura del diamante. Indique el tipo de policiclo (bi-, tri-, tetraciclo, etc.) en cada caso y señale sobre los dibujos los enlaces que rompe hasta obtener una estructura acíclica.

ALCANOS CÍCLICOS 53

3.11. Represente de forma “plana” los siguientes alcanos bicíclicos, señalando los carbonos cabeza de puente. A: Biciclo[2.2.0]butano

B: Biciclo[4.1.1]octano

C: 1-Etil-6-metilbiciclo[4.3.3]dodecano

D: 9,9-Dimetilbiciclo[3.3.1]nonano

3.12. Represente los compuestos B, C y D del Ejercicio 3.11. de modo que se aprecie su estructura tridimensional. Utilice modelos moleculares para visualizarlos.

54 NOMENCLATURA Y REPRESENTACIÓN DE LOS COMPUESTOS ORGÁNICOS

3.13. Escriba el nombre sistemático de los siguientes alcanos bicíclicos.

Soluciones 3.1.

ALCANOS CÍCLICOS 55

3.2.

3.3.

3.4.

56 NOMENCLATURA Y REPRESENTACIÓN DE LOS COMPUESTOS ORGÁNICOS

3.5.

3.6.

3.7.

3.8.

ALCANOS CÍCLICOS 57

3.9.

3.10.

3.11.

58 NOMENCLATURA Y REPRESENTACIÓN DE LOS COMPUESTOS ORGÁNICOS

3.12.

3.13.

4

ALQUENOS Y ALQUINOS

4.1.

ALQUENOS

Los alquenos, conocidos también como olefinas, son hidrocarburos insaturados que presentan como grupo funcional característico dobles enlaces carbono-carbono. La fórmula molecular general de los alquenos con un solo doble enlace es CnH2n, análoga a la de los cicloalcanos con un solo anillo. Esta coincidencia es debida a que tanto el doble enlace como el anillo equivalen a una “insaturación”: la pérdida de dos hidrógenos con respecto a la fórmula CnH2n+2 de los alcanos acíclicos saturados. Según el número de dobles enlaces, se denominan con los nombres genéricos:

4.2.

ALQUENOS Y POLIENOS ACÍCLICOS NO RAMIFICADOS

Los hidrocarburos acíclicos no ramificados con un doble enlace se nombran sustituyendo la terminación -ano del nombre del alcano del mismo número de carbonos por -eno. Si existen más dobles enlaces, las terminaciones son -adieno (dos), -atrieno (tres), etc.

Para situar los dobles enlaces, la cadena se numera desde un extremo de forma que sus localizadores sean lo más bajos posibles. Para formar el nombre se utiliza el prefijo propio de la cadena carbonada seguido del/los localizador/es más bajo/s de los dos de cada doble enlace entre guiones, añadiendo al final la terminación -eno, -dieno, -trieno, etc.

Ejemplos Se muestran las estructuras simplificadas y los nombres de seis alquenos sencillos. Observe que, en el caso de los butenos y de los pentenos, el doble enlace puede estar en dos posiciones distintas –terminal o interna– dando lugar a isómeros de posición. Más adelante verá que en but-2-eno y pent-2-eno existe además isomería cis-trans.

p

59

60 NOMENCLATURA Y REPRESENTACIÓN DE LOS COMPUESTOS ORGÁNICOS

Ejemplos Mostramos ahora las estructuras y nombres de algunos polienos. Los dobles enlaces contiguos –compartiendo un carbono– se llaman dobles enlaces acumulados (por ejemplo, el propa-1,2-dieno, más conocido por su nombre común aleno); si están separados por un enlace simple, se llaman dobles enlaces conjugados (por ejemplo, buta-1,3dieno); y si están separados por más de un enlace simple, se dice que están aislados (por ejemplo, penta-1,4-dieno).

Ejercicios 4.1.

Dibuje de forma expandida a) eteno, b) propeno, c) aleno y d) buta-1,3-dieno.

ALQUENOS Y ALQUINOS 61

4.2.

Complete la estructura de los tres isómeros de posición de a) hexeno y b) hepteno, añadiendo los dobles enlaces y los localizadores.

4.3.

Represente los hidrocarburos insaturados siguientes.

4.4.

A: Non-4-eno

B: Octa-1,6-dieno

C: Deca-2,4,7-trieno

C: Nona-1,2,6,8-tetraeno

Nombre los siguientes compuestos:

62 NOMENCLATURA Y REPRESENTACIÓN DE LOS COMPUESTOS ORGÁNICOS

4.3.

ALQUINOS

Los alquinos son hidrocarburos insaturados que presentan como grupo funcional característico triples enlaces carbono-carbono. La fórmula molecular general de los alquinos con un solo triple enlace es CnH2n-2 (2 insaturaciones). Los nombres genéricos se indican a continuación.

4.4.

ALQUINOS Y POLIINOS ACÍCLICOS NO RAMIFICADOS

Los hidrocarburos acíclicos no ramificados con un triple enlace se nombran sustituyendo la terminación -ano del nombre del alcano del mismo número de carbonos por -ino. Si existen más triples enlaces, las terminaciones utilizadas son -adiino (dos), -atriino (tres), etc.

Para formar el nombre, se utiliza el prefijo propio del alcano de la misma cadena. Ésta se numera desde un extremo de forma que los localizadores o combinación numérica, correspondientes a los triples enlaces, sean lo más bajos posibles. El/los localizador/es más bajo/s de los dos de cada triple enlace se introduce/n entre guiones añadiendo la terminación -ino, -diino, -triino, etc. El alquino más sencillo, etino, puede nombrarse también por su nombre común, no sistemático, acetileno.

Ejemplos Se muestran las estructuras simplificadas y los nombres de seis alquinos simples. Observe que, en el caso de los butinos y de los pentinos, el triple enlace puede estar en dos posiciones distintas (terminal o interna) dando lugar a isómeros de posición.

ALQUENOS Y ALQUINOS 63

Mostramos ahora las estructuras y nombres de algunos poliinos.

Ejemplos

Ejercicios 4.5.

Dibuje de forma expandida a) etino, b) propino, c) buta-1,3-diino.

4.6.

Los carbonos del triple enlace tienen hibridación sp y, por tanto, el triple enlace forma un angulo de 180° con los carbonos contiguos. Construya modelos moleculares de los compuestos siguientes y dibújelos de manera que se aprecie esa característica estructural.

4.7.

Represente los hidrocarburos insaturados siguientes. A: Oct-3-ino B: Hept-1,5-diino C: Nona-2,4,7-triino C: Deca-1,4,6,8-tetraino

64 NOMENCLATURA Y REPRESENTACIÓN DE LOS COMPUESTOS ORGÁNICOS

4.8.

Nombre los siguientes compuestos:

4.5.

HIDROCARBUROS ACÍCLICOS CON DOBLES Y TRIPLES ENLACES

Si coexisten dobles y triples enlaces en una misma estructura, para nombrarla se sustituye la terminación -ano del alcano del mismo número de átomos de carbono por las terminaciones -enino, -adienino, -enodiino, -atrienino, -enotriino, etc.

La cadena se numera de forma que a los dobles y triples enlaces –indistintamente– les correspondan los localizadores con valor más bajo posible. El nombre se construye del modo habitual (prefijo, localizadores entre guiones y terminaciones). Todo esto hace que unas veces sean los dobles y otras los triples enlaces los que tengan los localizadores más bajos, tal y como se aprecia en los dos siguientes ejemplos.

ALQUENOS Y ALQUINOS 65

Ejemplo

En este caso, el localizador de valor más bajo corresponde al alquino, al generar así la combinación numérica de menor valor, y en el siguiente, el localizador más bajo corresponde al alqueno.

Ejemplo

En el caso de que ambas secuencias numéricas fueran iguales, para decidir entre un doble y un triple enlace, el localizador más bajo se asigna siempre al doble enlace.

Ejemplo

66 NOMENCLATURA Y REPRESENTACIÓN DE LOS COMPUESTOS ORGÁNICOS

Ejemplo

Ejercicios 4.9.

De los nombres A y B mostrados para cada compuesto, sólo uno es correcto. Indíquelo en los recuadros.

4.6.

SUSTITUYENTES ALQUENILO Y ALQUINILO

En un compuesto ramificado, las cadenas laterales –radicales– que tengan dobles o triples enlaces se denominan sustituyentes o radicales alquenilo (1 doble enlace), alquinilo (1 triple enlace), alcadienilo (2 dobles enlaces), etc. Se nombran sustituyendo la terminación -ilo del radical saturado del mismo número de carbonos por -enilo, -inilo, -dienilo, etc.

ALQUENOS Y ALQUINOS 67

Para nombrarlos se asigna como siempre el localizador nº 1 al carbono unido a la cadena principal y se indican con localizadores las posiciones de los dobles y triples enlaces. Para los radicales etenilo, prop-2-enilo y 1-metiletenilo se usan frecuentemente sus nombres comunes vinilo, alilo e isopropenilo respectivamente. El nombre se forma con el prefijo propio de la cadena saturada, los localizadores entre guiones y la terminación que corresponde al tipo de insaturación (-enilo, -inilo, etc.).

Ejemplos

4.7.

RADICALES DIVALENTES

Muchos compuestos presentan cadenas laterales unidas a la cadena principal por un doble enlace. Los radicales que surgen de la pérdida de dos hidrógenos un mismo carbono se denominan radicales divalentes y se nombran añadiéndole al nombre del radical univalente análogo la terminación -ilideno.

En un procedimiento alternativo, la terminación –ilideno se añade al nombre del alcano equivalente, donde sustituye a la “o” final. Un localizador numérico indica donde se encuentra el doble enlace.

68 NOMENCLATURA Y REPRESENTACIÓN DE LOS COMPUESTOS ORGÁNICOS

De este modo es fácil nombrar algunos compuestos tales como el siguiente, en el que el doble enlace se encuentra sobre un anillo que se considera sistema principal.

4.8.

ALQUENOS Y ALQUINOS ACÍCLICOS RAMIFICADOS

Se nombran como derivados del hidrocarburo no ramificado que contenga el número máximo de dobles y triples enlaces indistintamente. El nombre se forma aplicando las normas ya vistas para alcanos acíclicos saturados ramificados. La cadena principal se numera de forma que los dobles o triples enlaces reciban los localizadores más bajos posibles –es decir, que formen las combinaciones numéricas más bajas–. Se admite el nombre común isopreno para el 2-metilbuta-1,3-dieno.

Ejemplo

La numeración la determina el doble enlace, no los sustituyentes. El que un sustituyente –en este caso un metilo– esté unido a uno de los carbonos del doble enlace no modifica la aplicación de las normas. Observe en el siguiente caso que la cadena carbonada más larga –decano– no es la principal al no contener el doble enlace y que éste tiene preferencia sobre el metilo al asignar los localizadores.

Ejemplo

ALQUENOS Y ALQUINOS 69

En el siguiente ejemplo, observe que a pesar de haber una cadena más larga –non-1-ino–, se elige como principal la que posee mayor número de insaturaciones –octa-1,6-diino.

Ejemplo

Si existen varias cadenas con el número máximo de dobles y triples enlaces, para elegir la principal se aplican de modo sucesivo las siguientes normas: a) La cadena más larga (mayor número de carbonos). b) La que posea el mayor número de dobles enlaces. Veremos la aplicación de estos criterios en los dos casos siguientes.

Ejemplo

En este caso, la cadena más larga –undec-2-ino– no es la principal al no contener el número máximo de insaturaciones. Existen dos cadenas que sí las poseen –nona-1,4,8-trieno y deca-1,4-dien-8-ino–. Se elige como principal de entre estas dos aquella que presenta el mayor número de carbonos –en este caso, la de decadienino.

Ejemplo

70 NOMENCLATURA Y REPRESENTACIÓN DE LOS COMPUESTOS ORGÁNICOS

En este caso las dos cadenas con mayor número de insaturaciones –deca-1,4-dien-8-ino y deca-1,4,8-trieno– tienen la misma longitud. Se elige como principal la que presenta el mayor número de dobles enlaces –el decatrieno.

Ejercicios 4.10. Represente los hidrocarburos ramificados siguientes. A: 4,5-Dipropiloct-4-eno B: 6-Etil-2-metilnona-2,3,4-trieno C: 2,7-Dimetiloct-2-en-5-ino D: 5-Metil-4-(prop-2-inil)hepta-3,6-dien-1-ino

4.11. Nombre los siguientes compuestos:

ALQUENOS Y ALQUINOS 71

4.9.

ALQUENOS Y ALQUINOS CÍCLICOS

Los hidrocarburos cíclicos en los que los dobles y/o triples enlaces forman parte de un anillo, se nombran sustituyendo la terminación -ano del nombre del cicloalcano del mismo número de carbonos por las terminaciones -eno, -adieno, -ino, -adiino, etc. –según el número de insaturaciones–. Se numeran de forma que a los dobles y triples enlaces les correspondan los localizadores más bajos posibles aplicando las normas ya vistas para los compuestos acíclicos. El ciclohexa-1,3,5-trieno y el 5-metilidenociclopenta-1,3-dieno se conocen por sus nombres comunes: benceno y fulveno respectivamente.

Ejemplos A continuación, mostramos algunos cicloalquenos y cicloalquinos simples. Debido a la tensión de anillo, estos últimos no suelen encontrarse en anillos de menos de ocho carbonos.

72 NOMENCLATURA Y REPRESENTACIÓN DE LOS COMPUESTOS ORGÁNICOS

Si existen sustituyentes en el cicloalqueno o cicloalquino, los localizadores 1 y 2 se asignan a los dos carbonos del doble o triple enlace, de forma que a los sustituyentes les correspondan los localizadores o combinación de localizadores más bajos posibles.

Ejemplos

Cuando las dos combinaciones numéricas son iguales, se aplican los mismos criterios que para cicloalcanos.

Ejemplo

4.10. SUSTITUYENTES CICLOALQUENILO Y CICLOALQUINILO Los radicales derivados de hidrocarburos cíclicos insaturados se nombran sustituyendo la terminación -ilo del radical cíclico saturado del mismo número de carbonos por -enilo, -inilo, -dienilo, etc. El localizador nº 1 se asigna

ALQUENOS Y ALQUINOS 73

al carbono unido a la cadena principal y las posiciones de los dobles y triples enlaces se indican por los localizadores correspondientes.

Ejemplos

Ejercicios 4.12. Represente los siguientes hidrocarburos insaturados cíclicos. A: 2,3-Dimetilclohexa-1,3-dieno B: 7,7-Dimetilcicloocta-1,3,5-trieno C: 4-Alilciclopenteno D: 3-Etil-1,2-dimetilciclopropeno

4.13. Nombre los siguientes compuestos:

74 NOMENCLATURA Y REPRESENTACIÓN DE LOS COMPUESTOS ORGÁNICOS

4.10. ISOMERÍA CIS-TRANS EN ALQUENOS Los carbonos que forman el doble enlace tienen sus tres orbitales híbridos sp2 dirigidos a 120°, siendo el solapamiento lateral de los orbitales p sin hibridar el que da lugar al enlace π, que además impide el giro libre sobre el enlace σ C-C. Como consecuencia, el esqueleto carbonado de un alqueno es plano y los sustituyentes del doble enlace pueden situarse al mismo lado o a lados opuestos, originando compuestos distintos.

Construya con modelos moleculares la estructura mostrada. Compruebe su planaridad y que, al intercambiar las posiciones de dos de esos sustituyentes (por ej. A y C), la estructura resultante es distinta.

En el caso más simple, aquel en el que hay un solo sustituyente sobre cada carbono del doble enlace, éstos pueden estar los dos hacia el mismo lado –isómero cis– o en lados opuestos –isómero trans–. Para nombrar estos dos alquenos simplemente se antepone el prefijo cis- o trans- al nombre del alqueno. Construya el modelo de los isómeros cis y trans del but-2-eno y observe las relaciones espaciales entre los dos sustituyentes en ambos isómeros.

ALQUENOS Y ALQUINOS 75

Ejemplo

Ejemplo Mostramos ahora la otra posibilidad, el isómero cis.

Fíjese en que, en los ejemplos y ejercicios de alquenos acíclicos de las páginas precedentes, hemos dibujado sólo isómeros trans, mientras que para los de cicloalquenos empleamos sólo isómeros cis. En el caso de los polienos, el nombre se forma del modo habitual, pero introduciendo al principio los prefijos cis/trans de cada enlace precedidos por el localizador correspondiente. En el caso de que el polieno posea un enlace cis y otro trans a la misma distancia de los extremos, para numerarlo se le asigna al cis el localizador más bajo posible. Te lo mostramos con los tres hexa-2,4-dienos del ejemplo siguiente.

76 NOMENCLATURA Y REPRESENTACIÓN DE LOS COMPUESTOS ORGÁNICOS

Ejemplo

Ejercicios 4.14. No olvide que sobre los enlaces C-C sencillos existe libertad de giro. Las tres estructuras siguientes corresponden a distintas formas de dibujar (giro sobre el enlace C3-C4), los tres hexa-2,4-dienos A, B y C del Ejemplo anterior. Identifíquelas por sus letras.

Debido a la tensión del anillo, los cicloalquenos pequeños sólo existen con el doble enlace cis, por lo que a menudo no es necesario indicarlo. En anillos más grandes, sí pueden existir ambos isómeros y por tanto es necesario especificar el tipo cis o trans del doble enlace. Construye los modelos moleculares de los dos siguientes compuestos para comprobarlo.

Ejemplos

ALQUENOS Y ALQUINOS 77

La nomenclatura cis/trans es muy útil para distinguir los isómeros en alquenos 1,2-disustituidos tales como los que hemos visto, pero no es de aplicación general a alquenos más sustituidos porque da lugar a ambigüedades.

Ejemplo En el alqueno A, el grupo etilo es cis al propilo pero trans al metilo, y en B, el etilo es cis al metilo pero trans al propilo. ¿Cuál es el alqueno cis y cuál es el trans?

Para definir sin ambigüedades la estructura de A y B es necesario utilizar otro sistema de nomenclatura (convención E/Z) que veremos en el Capítulo 13. Observe que los dienos acumulados no pueden presentar isomería cis-trans debido a que los sustituyentes no se encuentran en el mismo plano, sino en planos perpendiculares. Construya modelos moleculares para comprobar la disposición en planos perpendiculares de los metilos e hidrógenos del penta-2,3-dieno que figura a continuación.

Ejemplo

Naturalmente, los alquinos tampoco presentan isomería cis-trans, puesto que, debido a la hibridación sp de sus carbonos, el esqueleto carbonado del alquino es lineal y así, por ejemplo, sólo existe un but-2-ino, que es el que se representa a continuación.

Ejemplo

78 NOMENCLATURA Y REPRESENTACIÓN DE LOS COMPUESTOS ORGÁNICOS

Ejercicios 4.15. Dibuje y nombre todos los isómeros cis/trans de los compuestos del Ejercicio 4.2. a)

b)

4.16. Represente los hidrocarburos insaturados siguientes. A: cis-Oct-3-eno B: 2-cis,6-trans-Octa-2,6-dieno C: 1-cis,3-trans-Ciclododeca-1,3-dieno C: 1-cis,5-cis-Ciclododeca-1,5-dieno

ALQUENOS Y ALQUINOS 79

4.17. Nombre los siguientes compuestos, especificando la isomería cis/trans de los dobles enlaces:

Soluciones 4.1.

80 NOMENCLATURA Y REPRESENTACIÓN DE LOS COMPUESTOS ORGÁNICOS

4.2.

4.3.

4.4.

ALQUENOS Y ALQUINOS 81

4.5.

4.6.

4.7.

82 NOMENCLATURA Y REPRESENTACIÓN DE LOS COMPUESTOS ORGÁNICOS

4.8.

4.9.

4.10.

ALQUENOS Y ALQUINOS 83

4.11.

4.12.

84 NOMENCLATURA Y REPRESENTACIÓN DE LOS COMPUESTOS ORGÁNICOS

4.13.

4.14.

4.15. a)

ALQUENOS Y ALQUINOS 85

b)

4.16.

4.17.

HIDROCARBUROS AROMÁTICOS*

5

Los hidrocarburos aromáticos responden al nombre genérico de arenos y se caracterizan por tener una estructura cíclica formada por átomos de carbono con hibridación sp2, dobles enlaces conjugados y un número igual a 2n+2 (n=1, 2, 3...) de electrones en el sistema π (regla de Hückel). El representante más importante es benceno (fórmula molecular: C6H6; nombre sistemático: ciclohexa-1,3,5trieno, apenas utilizado). Algunos de los bencenos sustituidos más corrientes se indican a continuación junto con su nombre común; para numerar estos compuestos, los localizadores se aplican de forma secuencial a lo largo del anillo asignando el localizador 1 a un carbono sustituido.

* Las normas de nomenclatura que se presentan en este capítulo se aplican no sólo a los hidrocarburos aromáticos propiamente dichos, sino a todos los hidrocarburos cíclicos que posean el máximo número de dobles enlaces no acumulados, lo que incluye a los aromáticos y a algunos otros que no lo son.

87

88 NOMENCLATURA Y REPRESENTACIÓN DE LOS COMPUESTOS ORGÁNICOS

Benceno, como todos los compuestos aromáticos, es plano debido a la conjugación y no presenta, por lo tanto, los distintos plegamientos (conformaciones) característicos de los cicloalcanos saturados.

Los dobles enlaces de un compuesto aromático no están localizados entre átomos de carbono concretos, sino deslocalizados en todo el sistema conjugado, lo que se indica con las formas resonantes correspondientes. A la hora de representarlos, y por simplicidad, se muestra sólo una de esas formas de resonancia. La utilización de un círculo para representar la nube π es menos precisa y tiende a desaparecer como modo de representación.

Estas características de la estructura de benceno puede analizarlas contruyéndola con modelos moleculares, comprobando que es plana, que los seis átomos de carbono son indistinguibles por efecto de la simetría, y que es muy distinta de la estructura de ciclohexano.

Ejercicios 5.1.

Dibuje: a) benceno de forma expandida y b) las dos formas resonantes más representativas de o-xileno.

HIDROCARBUROS AROMÁTICOS 89

5.1.

BENCENOS SUSTITUIDOS

Para nombrar cualquier areno sustituido utilizaremos una nomenclatura sistemática que sigue los mismos pasos que en el caso de los cicloalcanos, es decir, definiremos la parte de la molécula que constituye la cadena principal y sobre ella situaremos los sustituyentes o radicales. Vamos a empezar por describir brevemente los sustituyentes arilo más comunes.

5.2.

SUSTITUYENTES ARILO

Los sustituyentes (radicales) arilo son los que resultan de la pérdida formal de un átomo de hidrógeno enlazado al anillo de benceno o de otro hidrocarburo aromático. Se nombran del mismo modo que los sustituyentes alquilo y el localizador nº 1 se asigna al carbono del que se ha sustraído el hidrógeno.

Algunos de los sustituyentes arilo derivados de benceno más comunes son los siguientes:

A continuación figuran algunos sustituyentes que también contienen anillos bencénicos, pero en los que el hidrógeno que se abstrae no está unido al anillo. No son sustituyentes arilo propiamente dichos y se los mostramos aquí porque forman parte de muchas estructuras orgánicas.

5.3.

SISTEMA PRINCIPAL

Veremos ahora cómo se define el sistema principal. En general, puede tomarse como sistema principal aquel que: a) presente el mayor número de sustituyentes o b) sea de mayor tamaño. Esto hace que en unos compuestos el sistema principal sea el anillo aromático y en otros lo sea la cadena abierta, tal y como ya habíamos observado en los cicloalcanos.

90 NOMENCLATURA Y REPRESENTACIÓN DE LOS COMPUESTOS ORGÁNICOS

Ejemplo

Cuando por aplicación directa de estos criterios no sea posible elegir la cadena principal, se toma el nombre que nos parezca más sencillo de los dos o simplemente el que se considere más adecuado en el contexto del trabajo. Obsérvalo en el ejemplo siguiente.

Ejemplo

A lo largo de este capítulo, utilizaremos preferentemente ejemplos de arenos en los que la cadena principal esté constituida por el anillo aromático. Veamos primero cómo se nombran los bencenos sustituidos y luego aplicaremos esas normas generales a los demás arenos.

5.4.

BENCENOS MONOSUSTITUIDOS

Es, naturalmente, el caso más sencillo. Cuando el anillo constituye la cadena principal, se le asigna el localizador nº 1 al carbono que porta el sustituyente. El nombre se construye del modo habitual (radical + cadena principal),

HIDROCARBUROS AROMÁTICOS 91

anteponiendo el nombre del radical a la palabra benceno (no es necesario citar el localizador, recuerda la solución del Ejercicio 2.10.).

Ejemplos Utilizamos trazos más gruesos para mostrar el sistema principal.

Recuerde que para algunos bencenos monosustituidos se utiliza habitualmente su nombre común (metilbenceno = tolueno; vinilbenceno = estireno; isopropilbenceno = cumeno).

5.5.

BENCENOS POLISUSTITUIDOS

Cuando existen varios sustituyentes sobre un mismo anillo bencénico, el proceso para asignar los localizadores y formar el nombre es el mismo que se siguió con los cicloalcanos, es decir: a) Se busca la secuencia de localizadores que proporcione la combinación más baja posible –el nº 1 debe ser uno de los carbonos sustituidos–, y b) se forma el nombre empezando por los sustituyentes en orden alfabético precedidos por sus localizadores, y finalizando con la palabra benceno.

Ejemplo Para nombrar adecuadamente el siguiente trimetilbenceno es preciso decidir entre las seis combinaciones de localizadores que se muestran.

92 NOMENCLATURA Y REPRESENTACIÓN DE LOS COMPUESTOS ORGÁNICOS

Si varias de esas secuencias numéricas son iguales para decidir la numeración del anillo, se aplica el orden alfabético a los nombres de los sustituyentes.

Ejemplo

5.6.

BENCENOS DISUSTITUIDOS

En el caso particular de los bencenos disustituidos, los localizadores pueden sustituirse por los términos tradicionales o- (orto), m- (meta) y p- (para) que indican que esos dos sustituyentes están en las posiciones 1,2-, 1,3- y 1,4respectivamente.

Ejemplos

Los nombres comunes tolueno, estireno y estilbeno pueden utilizarse también como sistemas principales, siempre que los sustituyentes adicionales sobre el anillo sean diferentes al del sistema principal. El localizador nº 1 corresponde al carbono que porta el sustituyente que define el sistema principal.

HIDROCARBUROS AROMÁTICOS 93

Ejemplos

Fíjese en que los ejemplos siguientes no se pueden nombrar como derivados de estireno o tolueno por coincidir los sustituyentes adicionales con el del sistema principal.

Ejemplos

5.7.

CÓMO REPRESENTAR UN BENCENO SUSTITUIDO A PARTIR DE SU NOMBRE SISTEMÁTICO

Para representar la estructura de un areno sustituido a partir de su nombre sistemático, el procedimiento es idéntico al empleado en cicloalcanos: 1º) Dibuje el sistema principal, que podrá ser el anillo aromático o una cadena abierta, y numérelo. 2º) Identifique los sustituyentes y sitúelos sobre los localizadores. Proponemos a continuación algunos ejercicios de este tipo. Además, puede practicar resolviendo en sentido inverso los ejemplos que figuran en este capítulo para nombrar arenos sustituidos. Anote el nombre que figura al final de cada ejemplo y trate de deducir su estructura.

Ejercicios 5.2.

Represente los siguientes hidrocarburos aromáticos de forma simplificada. Fíjese en que en el compuesto B la cadena principal no es el anillo aromático, sino la cadena abierta. A: Pentilbenceno

B: 1,7-Difenil-3-metilheptano

C: m-(3-Butenil)ciclopropilbenceno D: 2-sec-Butil-1-metil-4-(1-propinil)benceno

94 NOMENCLATURA Y REPRESENTACIÓN DE LOS COMPUESTOS ORGÁNICOS

5.3.

Nombre los siguientes hidrocarburos.

HIDROCARBUROS AROMÁTICOS 95

5.8

HIDROCARBUROS AROMÁTICOS POLICÍCLICOS

Hasta aquí, todos los ejemplos mostrados corresponden a bencenos sustituidos. Existen muchos otros arenos cuyas estructuras están compuestas por la combinación de varios anillos bencénicos o aromáticos distintos de benceno. Describiremos brevemente cómo se nombran los dos tipos más frecuentes, que son los que se caracterizan por presentar los anillos unidos a través de: 1) Dos carbonos contiguos (anillos condensados). 2) Un enlace C-C sencillo.

5.9.

HIDROCARBUROS CON ANILLOS CONDENSADOS

Los nombres de estos hidrocarburos terminan en -eno. El más sencillo es naftaleno, cuya estructura corresponde a la fusión de dos bencenos a través de dos carbonos contiguos que pasan a ser comunes a los dos anillos. Como es fácil imaginar, existe una gran variedad de hidrocarburos con anillos condensados, dependiendo del número y la naturaleza de los anillos que se condensan y de cuáles sean los carbonos que les son comunes. Veremos los casos más sencillos. a) Sistemas de anillos condensados lineales Mostramos a continuación algunos ejemplos muy corrientes constituidos por anillos bencénicos condensados de modo que dan lugar a una estructura lineal. Los nombres se forman con los prefijos numéricos habituales (tetra-, penta-, hexa-, hepta-, etc.) eliminando la -a final del prefijo y añadiéndole la terminación -aceno. La numeración de estos sistemas se indica en los ejemplos. Fíjese en que, debido a la simetría, varias de esas posiciones son indistinguibles en el compuesto sin sustituir. Por ejemplo, las 1, 4, 7 y 10; las 5, 6, 11, y 12; y las 2, 3, 8, y 9 de tetraceno. A los átomos de carbono comunes a dos o más anillos, se les asignan los localizadores inmediatamente anteriores seguidos de las letras a, b, c, etc. Observa que para naftaleno y antraceno se usa su nombre común, y que la numeración de antraceno es una excepción a la numeración sistemática del resto de los sistemas.

Ejemplos

b) Sistemas de anillos condensados no bencénicos Otros hidrocarburos policíclicos con el número máximo de dobles enlaces no acumulados están formados por anillos distintos de benceno. En el caso de dos anillos idénticos, el nombre se forma con los prefijos numéricos –sin la -a

96 NOMENCLATURA Y REPRESENTACIÓN DE LOS COMPUESTOS ORGÁNICOS

final– que indican el número de átomos de carbono de cada anillo, seguido de la terminación -aleno. Como ya hemos dicho, para naftaleno se usa siempre su nombre común y no el sistemático que le correspondería (hexaleno).

Ejemplos

c) Otros sistemas de anillos condensados Naturalmente, los anillos pueden ser de distinto tamaño como en el azuleno y pueden también combinarse de manera que la estructura policíclica resultante no sea lineal. Te mostramos algunos de los sistemas más conocidos.

Ejemplos

Observe que el pentaleno, el heptaleno y el pireno, entre otros, no poseen (4n+2) electrones π, y no son por tanto aromáticos en el sentido definido por Hückel. Recuerda que las normas de nomenclatura de este capítulo son aplicables a todos los hidrocarburos cíclicos que contengan el número máximo de dobles enlaces no acumulados, sean o no aromáticos.

5.10. SUSTITUYENTES DERIVADOS DE HIDROCARBUROS CON ANILLOS CONDENSADOS Los sustituyentes (radicales) derivados de los hidrocarburos policíclicos condensados se nombran esencialmente igual que los derivados de benceno (areno-arilo), indicando cuando sea preciso el localizador del carbono del que se

HIDROCARBUROS AROMÁTICOS 97

ha abstraido el hidrógeno. Cuando existan posiciones equivalentes, se le asignará el número más bajo posible (por ejemplo, 1-naftilo y no 4-, 5- u 8-naftilo, etc.).

Ejemplos

5.11. CÓMO NOMBRAR LOS HIDROCARBUROS CONDENSADOS SUSTITUIDOS Para formar el nombre de estos compuestos se sigue el procedimiento descrito anteriormente para bencenos sustituidos, es decir, se escriben primero los nombres de los sustituyentes, por orden alfabético y precedidos por sus localizadores, y se finaliza con el nombre del sistema principal (naftaleno, antraceno, azuleno, etc.). Fíjese en que hay que buscar la combinación de localizadores más baja posible respetando la numeración sistemática propia de ese areno. Obsérvelo en los siguientes ejemplos.

Ejemplos

98 NOMENCLATURA Y REPRESENTACIÓN DE LOS COMPUESTOS ORGÁNICOS

Los términos orto, meta y para se reservan exclusivamente para bencenos sustituidos y no deben utilizarse con otros arenos porque la información estructural que proporcionan es ambigua. Fíjate en el ejemplo siguiente.

Ejemplo

Ejercicios 5.4.

Represente los siguientes compuestos de forma simplificada. A: 1,6-Divinilnaftaleno B: 1-Bencil-8-metilantraceno C: 4-Fenetilfenantreno D: Decaleno

HIDROCARBUROS AROMÁTICOS 99

5.5.

Nombre los siguientes hidrocarburos aromáticos.

5.12. HIDROCARBUROS CON ANILLOS UNIDOS POR ENLACES C-C SENCILLOS Existen también muchas variantes. Nosotros veremos solamente aquellos que están formados por dos sistemas de anillos iguales o distintos. El modo de nombrar estos compuestos es muy similar al empleado en el caso de los hidrocarburos policíclicos saturados. a) Dos sistemas de anillos iguales En el caso más sencillo de compuestos que tienen dos sistemas de anillos iguales, éstos se numeran de forma independiente. Los números sin prima se asignan al sistema que tenga el carbono de unión con el localizador más bajo, mientras que el otro sistema se numera con primas. Para formar el nombre, se escriben primero los localizadores de unión y a continuación se añade el prefijo bi- y el nombre del sistema de anillos –como areno o como radical (arilo). El hidrocarburo más común de esta clase es el bifenilo, formado por la unión de dos bencenos.

100 NOMENCLATURA Y REPRESENTACIÓN DE LOS COMPUESTOS ORGÁNICOS

Ejemplos

b) Dos sistemas de anillos distintos Cuando los dos sistemas de anillos no son iguales, es necesario definir uno de ellos como sistema principal (localizadores sin primas), dándole al otro el carácter de sustituyente (localizadores con primas). Para ello se aplican de forma sucesiva los criterios siguientes, de manera que el principal es: a) El sistema que tiene un número mayor de anillos. b) El sistema que tiene el anillo mayor. c) El sistema que está menos saturado. Observe en los siguientes ejemplos la aplicación de estos criterios.

Ejemplos

Estos criterios se pueden aplicar también a compuestos formados por la unión de anillos aromáticos con anillos total o parcialmente saturados (por ejemplo, cicloalcanos).

Ejemplos

HIDROCARBUROS AROMÁTICOS 101

Ejercicios 5.6.

5.7.

Represente los siguientes hidrocarburos. A: 1-(2’-Naftil)antraceno

B: 2,2’-Bifenantreno

C: m-Diciclohexilbenceno

D: 2,3,3’,4’-Tetrametilbifenilo

Nombre los siguientes compuestos. Observe que en el compuesto A no es posible ordenar los sustituyentes del sistema principal por orden alfabético. En casos como ese, para formar el nombre se ordenan los sustituyentes dando preferencia al que tenga sustitución o- (orto), sobre m- (meta) y a éste sobre p- (para).

102 NOMENCLATURA Y REPRESENTACIÓN DE LOS COMPUESTOS ORGÁNICOS

5.13. ARENOS PARCIALMENTE SATURADOS Como habrá observado, existe gran similitud estructural entre los cicloalcanos (hidrocarburos saturados) y los arenos (hidrocarburos insaturados) con el mismo número de carbonos. Por ejemplo, los pares de hidrocarburos ciclohexano/benceno y decalina (biciclo[4.4.0]decano)/naftaleno, tienen el mismo esqueleto carbonado y se diferencian en el carácter saturado de los primeros e insaturado de los segundos. De hecho, esos compuestos son interconvertibles mediante reacciones de hidrogenación o deshidrogenación y esta circunstancia se aprovecha para nombrar los cicloalcanos o cicloalquenos de estructura compleja como arenos total o parcialmente saturados.

Ejemplos

Así, la decalina puede considerarse como el perhidronaftaleno, donde el prefijo perhidro- indica la saturación total del areno con hidrógenos. Mayor utilidad se encuentra al nombrar hidrocarburos que están saturados con hidrógenos sólo en algunas posiciones del areno, pero no en todas. Para ello utilizaremos los prefijos dihidro- (2 hidrógenos), tetrahidro- (4 hidrógenos), hexahidro- etc., que indican el número de átomos de hidrógeno incorporados, precedidos de los localizadores correspondientes. En todo caso, se finaliza con el nombre del areno.

HIDROCARBUROS AROMÁTICOS 103

Ejemplos

Algunos hidrocarburos policíclicos condensados contienen solamente un carbono saturado. En estos casos, la presencia de un hidrógeno adicional en esa posición se indica por el localizador seguido de la letra H. Debe procurarse que a la posición “saturada” le corresponda el localizador más bajo posible respetando la numeración sistemática de ese areno. Te mostramos dos ejemplos para que reconozcas esa situación.

Ejemplos

Por su parte, la presencia en un areno de un doble enlace adicional, se puede indicar mediante el prefijo dideshidroque indica que se han eliminado dos hidrógenos en las posiciones indicadas por los localizadores. Así, por ejemplo, el intermedio conocido como bencino (nombre común) es el 1,2-dideshidrobenceno.

104 NOMENCLATURA Y REPRESENTACIÓN DE LOS COMPUESTOS ORGÁNICOS

5.14. HIDROCARBUROS POLIÉNICOS MONOCÍCLICOS: ANULENOS Los polienos monocíclicos que poseen el número máximo de dobles enlaces no acumulados se conocen como anulenos y se nombran como [n]anuleno, donde n es el número de átomos de carbono del anillo. Naturalmente, estos compuestos pueden también nombrarse como polienos cíclicos (Capítulo 4), pero se prefiere hacerlo como anulenos por su mayor simplicidad. Podemos distinguir dos situaciones según que n sea par o impar: 1) Si n es par (fórmula general CnHn), el compuesto está totalmente conjugado y se nombra tal como se ha dicho. 2) Si n es impar (fórmula general CnH n+1), el compuesto presenta un carbono saturado que se indica por su localizador seguido de la letra H, tal como se estableció para arenos parcialmente saturados. Observe los siguientes ejemplos y fíjese que en el 1H-[9]anuleno se asigna al carbono saturado el localizador más bajo posible (nº 1), mientras que si lo nombramos como polieno, al mismo carbono le corresponde el localizador nº 9 y el nombre es bastante más complejo.

Ejemplos

Ejercicios 5.8.

Dibuje la estructura de los siguientes hidrocarburos. A: 1H-Fluoreno B: 1,2,5,8-Tetrahidroantraceno C: 1,2,3,3’,4,4’-Hexahidro-1,1’-binaftaleno D: [16]Anuleno

HIDROCARBUROS AROMÁTICOS 105

5.9.

Escriba el nombre de los siguientes hidrocarburos. En el caso de E y F, nómbrelos como anulenos y como polienos.

106 NOMENCLATURA Y REPRESENTACIÓN DE LOS COMPUESTOS ORGÁNICOS

Soluciones 5.1.

5.2.

HIDROCARBUROS AROMÁTICOS 107

5.3.

5.4.

108 NOMENCLATURA Y REPRESENTACIÓN DE LOS COMPUESTOS ORGÁNICOS

5.5.

5.6.

HIDROCARBUROS AROMÁTICOS 109

5.7.

5.8.

110 NOMENCLATURA Y REPRESENTACIÓN DE LOS COMPUESTOS ORGÁNICOS

5.9.

PARTE II NOMENCLATURA DE LOS COMPUESTOS CON GRUPOS FUNCIONALES CON HETEROÁTOMOS

NOMENCLATURA DE LOS COMPUESTOS CON GRUPOS FUNCIONALES CON HETEROÁTOMOS En los capítulos precedentes, hemos desarrollado las normas para nombrar y representar la estructura de los hidrocarburos. Sin embargo, como ya conoce, la mayoría de los compuestos orgánicos contienen heteroátomos que forman parte de los grupos funcionales y determinan la reactividad del compuesto, hasta el punto de que se puede representar su estructura de la forma abreviada R-G o Ar-G, donde G representa un grupo funcional y R o Ar representan la parte de la molécula con estructura de hidrocarburo alifático o aromático. A continuación, estudiaremos cómo, basándose en la nomenclatura de los hidrocarburos, se pueden nombrar los compuestos orgánicos que contienen los grupos funcionales más corrientes, esto es: derivados halogenados, alcoholes, fenoles, éteres, aminas, aldehídos, cetonas, ácidos carboxílicos y sus derivados. En los Capítulos del 6 al 10 nos ocuparemos de nombrar y representar los compuestos que posean uno o varios de esos grupos funcionales iguales sobre un esqueleto de alcano, alqueno, alquino y areno. De todos esos compuestos, los derivados halogenados (Capítulo 6) son un caso especial, porque se nombran exactamente igual que si fueran hidrocarburos, considerando el átomo de halógeno como un sustituyente alquílico más. Por su parte, para nombrar los compuestos conteniendo los otros grupos funcionales de esa lista –Capítulos del 7 al 10–, recurriremos a los dos procedimientos más utilizados: la nomenclatura por grupo funcional y la nomenclatura por sustitución. La primera se basa en considerar que la estructura fundamental es el grupo funcional G y que la parte R/Ar actúa como un sustituyente o radical. Esta opción es especialmente adecuada para compuestos con un radical R/Ar sencillo. En la segunda modalidad, la estructura fundamental está constituida por la parte hidrocarburo R/Ar, mientras que G es considerado como un sustituyente. Este sistema es el de más amplia utilización, especialmente cuando el grupo R/Ar es demasiado complejo para nombrarlo como radical. Como puede ver, en ambos casos necesitará tener muy presente las normas para nombrar la parte R/Ar y eso explica la importancia que en este libro hemos dedicado a la nomenclatura de hidrocarburos. Finalmente, en el Capítulo 11 mostraremos cómo nombrar los compuestos que posean varios de esos grupos funcionales distintos, en el 12 cómo nombrar los compuestos heterocíclicos y en el último Capítulo del libro –13– mostraremos las reglas para nombrar los estereoisómeros.

DERIVADOS HALOGENADOS

6

Los derivados halogenados son los compuestos orgánicos que contienen halógenos, es decir, átomos de flúor, cloro, bromo o yodo. De modo general, se suele utilizar la letra X para representar cualquier halógeno. Así, por R-X nos referimos a cualquier derivado monohalogenado alifático y por Ar-X representamos los derivados halogenados aromáticos. Derivados halogenados sencillos que se conocen por su nombre común son los siguientes:

Los derivados halogenados R-X y Ar-X se pueden nombrar de modo sistemático por dos procedimientos: a) nomenclatura por sustitución y b) nomenclatura por grupo funcional, que se describen a continuación. La primera es la de uso más general y permite nombrar fácilmente cualquier derivado halogenado, mientras que la segunda se reserva fundamentalmente para los compuestos de estructura más sencilla.

6.1.

NOMENCLATURA POR SUSTITUCIÓN

En este sistema se considera que la estructura fundamental es la constituida por el esqueleto de hidrocarburo representado por R o Ar (alcano, alqueno, alquino, aromático), mientras que los halógenos X presentes en la estructura se consideran como si fueran grupos alquilo. El nombre se construye tal como hemos visto en los capítulos dedicados a alcanos, alquenos, alquinos, cicloalcanos y aromáticos sustituidos, añadiéndole al nombre de la “estructura fundamental” el prefijo propio del grupo funcional.

6.2.

HALOALCANOS

Si la cadena principal del compuesto es la de un alcano, el nombre genérico del derivado halogenado es haloalcano. Fíjese cómo se nombra el derivado monobromado de metano.

115

116 NOMENCLATURA Y REPRESENTACIÓN DE LOS COMPUESTOS ORGÁNICOS

A continuación le mostramos algunos ejemplos de haloalcanos. Para nombrarlos, debe aplicar las normas presentadas en el Capítulo 2 y considerar al átomo X como un sustituyente alquílico más. Recuérdelas y observe su aplicación. a) Se localiza la cadena principal, que es la más larga. Se numera de forma que a los sustituyentes les correspondan los localizadores que formen la combinación más baja posible, considerando a los halógenos como si fueran grupos alquilo.

Ejemplo

Ejemplo

Ejemplo

Si al numerar la cadena principal desde un extremo u otro, las dos posibles combinaciones de localizadores son iguales, se aplica el orden alfabético de los sustituyentes (halógenos y alquilos indistintamente). La numeración correcta es aquella que proporciona el localizador más bajo, al sustituyente que aparece primero en el alfabeto.

DERIVADOS HALOGENADOS 117

Ejemplo

En el siguiente ejemplo, la prioridad corresponde al grupo alquilo y no al halógeno.

Ejemplo

b) Si existen varios átomos de halógeno iguales, se utilizan los prefijos di-, tri-, etc., que no se tienen en cuenta en el orden alfabético, cuando se aplican a un sustituyente sencillo (halógeno o cadena lateral sin ramificar).

118 NOMENCLATURA Y REPRESENTACIÓN DE LOS COMPUESTOS ORGÁNICOS

Ejemplo

Pero si los prefijos numéricos forman parte de una cadena lateral compleja (ramificada), sí se consideran a la hora de establecer el orden alfabético.

Ejemplo

c) Si existen varios halógenos distintos en una misma molécula, para formar el nombre se ordenan por orden alfabético considerándolos como si fueran grupos alquilo.

Ejemplo

6.3.

OTROS HIDROCARBUROS HALOGENADOS

Si la estructura fundamental R o Ar sobre la que se localizan los halógenos X, es un cicloalcano, un alqueno, un alquino, un anillo aromático, etc., para nombrarlos se siguen las normas propias de esos hidrocarburos, pero

DERIVADOS HALOGENADOS 119

considerando a los halógenos como si fuesen unos sustituyentes alquílicos más. Seguidamente, mostraremos algunos ejemplos junto con los criterios seguidos para nombrarlos. a) Derivados halogenados en los que la estructura fundamental es un cicloalcano.

Ejemplos

b) Derivados halogenados en los que la estructura fundamental es un alqueno o un alquino.

Ejemplos

120 NOMENCLATURA Y REPRESENTACIÓN DE LOS COMPUESTOS ORGÁNICOS

c) Derivados halogenados en los que la “estructura fundamental” es un hidrocarburo aromático.

Ejemplos

Ejercicios 6.1.

Represente los siguientes derivados halogenados de forma simplificada. A: 4-Yodoheptano B: cis-1-(3,3-Dibromopropil)-2-metilciclohexano C: 1-Etil-3-fluorociclopenta-1,3-dieno D: 9-Bromo-10-cloroantraceno

DERIVADOS HALOGENADOS 121

6.2.

Nombre los siguientes hidrocarburos halogenados.

6.4.

NOMENCLATURA POR GRUPO FUNCIONAL

En este procedimiento, los derivados halogenados se nombran como halogenuros de alquilo o de arilo. Es decir, se considera al grupo funcional X como la parte fundamental, mientras que el resto de la estructura R o Ar se describe como el radical o sustituyente. Para formar el nombre, se usa el término que define al grupo funcional –fluoruro, cloruro, bromuro, yoduro– seguido de la preposición de y del nombre del sustituyente R o Ar.

Ejemplo

122 NOMENCLATURA Y REPRESENTACIÓN DE LOS COMPUESTOS ORGÁNICOS

A continuación le mostramos otros derivados nombrados por este sistema.

Ejemplos

Los sustituyentes (radicales) divalentes -CH2- y -CH2CH2- se denominan metileno y etileno respectivamente (no confundir con el alqueno eteno, CH2 =CH2), y así el 1,2-dibromoetano puede nombrarse también como dibromuro de etileno, y el diclorometano como dicloruro de metileno.

Ejemplos

Como puede ver, la nomenclatura por grupo funcional sólo es útil si el sustituyente R o Ar es sencillo. Para los demás casos le recomendamos que utilice la nomenclatura por sustitución.

6.5.

DERIVADOS TOTALMENTE HALOGENADOS

Si todos los átomos de hidrógeno de un compuesto –excepto aquellos característicos de un grupo funcional determinado, por ejemplo el -CHO de un aldehído– han sido sustituidos por un mismo tipo de átomo de halógeno, se pueden nombrar añadiendo los prefijos perfluoro-, percloro-, perbromo- o peryodo- al nombre del hidrocarburo correspondiente no halogenado. Los cuatro tetrahalometanos (CX4) se suelen nombrar también como tetrahaluros de carbono.

Ejemplos

Ejercicios 6.3.

Represente los siguientes derivados halogenados: A: Cloruro de terc-pentilo B: Yoduro de fenetilo

DERIVADOS HALOGENADOS 123

6.4.

Nombre los siguientes compuestos utilizando la nomenclatura por grupo funcional y por sustitución.

Soluciones 6.1.

124 NOMENCLATURA Y REPRESENTACIÓN DE LOS COMPUESTOS ORGÁNICOS

6.2.

DERIVADOS HALOGENADOS 125

6.3.

6.4.

ALCOHOLES, FENOLES Y ÉTERES

7

Los alcoholes, fenoles y éteres son compuestos con enlaces sencillos C-O en su estructura. Formalmente pueden considerarse como derivados de agua (H 2O), en donde uno –alcoholes y fenoles– o sus dos hidrógenos –éteres– han sido sustituidos por grupos alquilo, alquenilo, alquinilo –representados por R– o arilo –representados por Ar.

7.1.

ALCOHOLES

Los alcoholes se caracterizan por poseer el grupo funcional hidroxilo (-OH), y pueden nombrarse siguiendo, bien la nomenclatura por sustitución –en la que R o Ar constituyen la “estructura fundamental” y el grupo funcional se toma como un sufijo–, o bien por grupo funcional donde el hidroxilo es la “estructura fundamental” y R o Ar se nombran como sustituyentes. NOMENCLATURA POR SUSTITUCIÓN Alcoholes con un grupo hidroxilo Se nombran añadiéndole la terminación -ol al nombre del alcano que constituye la “estructura fundamental” –suprimiéndole la letra -o final. Fíjese cómo se nombra el alcohol más sencillo.

Normalmente se hace necesario detallar la posición del grupo -OH en la “estructura fundamental”. Para ello le recomendamos que siga los pasos siguientes: 1) Localice la cadena principal, que es la más larga que contiene al grupo -OH. 2) Numere la cadena principal comenzando por un extremo, de forma que al grupo funcional (-OH) le corresponda el localizador más bajo posible. Fíjese en que es la posición del -OH la que determina cuáles son los localizadores del resto de la estructura y de los demás sustituyentes. 127

128 NOMENCLATURA Y REPRESENTACIÓN DE LOS COMPUESTOS ORGÁNICOS

3) Para formar el nombre, escriba primero el nombre del alcano que constituye la cadena principal, sin la -o final, y a continuación el localizador del grupo -OH entre guiones, finalizando con el sufijo -ol.

Ejemplo

Observe cómo se nombran los siguientes alcoholes:

Del mismo modo puede nombrar los alcoholes ramificados.

Ejemplo

ALCOHOLES, FENOLES Y ÉTERES 129

Observe que la cadena principal no tiene por qué ser la más larga del compuesto, sino la más larga que contiene al grupo -OH.

Ejemplo

Para casos más complejos, deberá aplicar de modo sucesivo los criterios para la elección de la cadena principal de alcanos que figuran en el Capítulo 2. Observe uno de esos casos en el siguiente ejemplo:

Ejemplo

Fíjese en que la costumbre ha impuesto el uso de los términos isopropanol, sec-butanol, terc-butanol y tercpentanol, que desde el punto de vista de la nomenclatura sistemática no son correctos puesto que isopropano, sec-butano, terc-butano y terc-pentano no son los nombres correctos de los alcanos “fundamentales”.

130 NOMENCLATURA Y REPRESENTACIÓN DE LOS COMPUESTOS ORGÁNICOS

ALCOHOLES CON DOS O MÁS GRUPOS HIDROXILO Para los alcoholes siguientes, que presentan dos o más grupos -OH, se admiten los nombres comunes mostrados.

Para nombrar estos compuestos se aplica el procedimiento visto anteriormente, pero incorporando los términos numéricos -diol, -triol, etc., para indicar el número de grupos -OH. Ha de prestar especial atención a la elección de la cadena principal y su numeración. El proceso completo se lo detallamos a continuación aplicado a varios ejemplos sencillos. 1. Localice la cadena principal aplicando, de modo sucesivo, los siguientes criterios: a) La cadena principal es la que contiene el mayor número de grupos -OH.

Ejemplo

b) Si existe más de una que cumpla el criterio anterior, la cadena principal es la más larga.

Ejemplo

c) Si hay más de una cadena que cumple el criterio anterior, se elige como principal la que asigna la combinación de localizadores más baja a los grupos -OH.

Ejemplo

ALCOHOLES, FENOLES Y ÉTERES 131

Con las normas anteriores podrá resolver la mayoría de los casos que se presenten; para situaciones más complicadas necesitará criterios adicionales que puede encontrar en publicaciones especializadas. 2. Numere la cadena principal comenzando por un extremo y buscando la combinación de localizadores más baja posible para los grupos -OH. Observe la aplicación de esta norma en el ejemplo siguiente y compruebe, a modo de ejercicio, la numeración de los ejemplos anteriores.

Ejemplo

3. A la hora de formar el nombre pueden presentarse dos situaciones: a) que todos los grupos -OH estén situados sobre la cadena principal o b) que algunos grupos -OH estén sobre cadenas laterales. Las veremos por ese orden. a) Si todos los grupos -OH están situados sobre la cadena principal, el nombre se construye en el siguiente orden: 1º) sustituyentes no hidroxílicos por orden alfabético y con sus localizadores, 2º) nombre del alcano que forma la cadena principal, 3º) localizadores de los grupos -OH entre guiones y 4º) sufijos -ol, -diol, -triol, etc. Fíjese en los siguientes nombres:

Ejemplos

b) Si unos grupos -OH están en las cadenas laterales y otros sobre la cadena principal, estos últimos son considerados los grupos principales y a los primeros se les da el carácter de sustituyentes, aplicándoles el prefijo hidroxi-. La construcción del nombre es la habitual.

132 NOMENCLATURA Y REPRESENTACIÓN DE LOS COMPUESTOS ORGÁNICOS

Ejemplo

Esta misma situación se da en los compuestos que poseen varios grupos funcionales distintos y en los que uno de ellos tiene prioridad sobre el -OH. En dichos casos, el -OH se considera como un sustituyente que se identifica con el prefijo hidroxi- (véase el Capítulo 11 de este libro). Alcoholes con otra estructura fundamental El grupo funcional -OH puede también estar situado sobre una “estructura fundamental” distinta de la de un alcano. Le mostramos a continuación algunos casos. a) Alcoholes en los que la “estructura fundamental” es un cicloalcano: a los grupos -OH les asignaremos los localizadores –o combinación de localizadores– más bajos posibles.

Ejemplos

En caso de que el sistema cíclico tenga una numeración sistemática propia, asignaremos a los grupos -OH los localizadores más bajos posibles que respeten ese sistema de numeración.

Ejemplos

b) Alcoholes en los que la “estructura fundamental” es un alqueno o un alquino: el nombre se forma igual que en los demás alcanoles saturados, es decir, añadiendo la terminación -ol al nombre –sin la -o final– del correspondiente

ALCOHOLES, FENOLES Y ÉTERES 133

alqueno, alquino o alquenino, que constituya la cadena principal. Para la numeración, al grupo hidroxilo (-OH) se le da prioridad –localizador más bajo– sobre los dobles o triples enlaces.

Ejemplos

En el caso de los alquenoles y alquinoles con esqueleto ramificado, se hace preciso localizar la cadena principal, para lo que se aplican de modo sucesivo los siguientes criterios: 1. La cadena principal es la que tiene mayor número de grupos -OH.

Ejemplo

2. Si más de una cadena cumple el criterio anterior, se elige la que tiene mayor número de dobles o triples enlaces.

Ejemplo

134 NOMENCLATURA Y REPRESENTACIÓN DE LOS COMPUESTOS ORGÁNICOS

3. Si no fuera posible la elección por el criterio anterior, se toma la de mayor longitud.

Ejemplo

Para resolver situaciones más complejas, como por ejemplo la presencia simultánea de dobles y triples enlaces en cadenas diferentes, debe aplicar otros criterios adicionales que están accesibles en publicaciones especializadas. Tenga en cuenta que las normas que acaba de ver para la selección de la cadena principal de los alcoholes, su numeración, etc., son comunes a otros grupos funcionales, y habrá de utilizarlas en capítulos posteriores. NOMENCLATURA POR GRUPO FUNCIONAL Este sistema de nomenclatura se aplica especialmente a alcoholes muy sencillos y por ello es menos utilizado que el anterior. De modo general, un alcohol se nombra por este sistema como alcohol alquílico, es decir, tras la palabra alcohol se añade el nombre del sustituyente R, sin la -o final y adjetivando mediante el sufijo -ico.

Ejemplo

Le mostramos a continuación algunos de los ejemplos más corrientes:

Ejemplos

ALCOHOLES, FENOLES Y ÉTERES 135

Ejercicios 7.1.

Represente los siguientes alcoholes de forma simplificada: A: 3-Etilpentan-3-ol

B: 2-Hidroximetilbutano-1,4-diol

C: trans-3-Isopropilciclopentan-1-ol

D: 5,6-Dimetilhepta-2,5-dien-1-ol

E: Hex-1-en-5-ino-3,4-diol

F: 4-(1,2-Dihidroxietil)ciclohexano-1,2-diol

G: Alcohol ciclopentílico

H: Alcohol sec-butílico

136 NOMENCLATURA Y REPRESENTACIÓN DE LOS COMPUESTOS ORGÁNICOS

7.2.

Nombre los siguientes alcoholes utilizando nomenclatura por sustitución:

7.2.

FENOLES

Los alcoholes en los que el grupo hidroxilo está directamente unido a un anillo aromático se denominan de modo genérico como fenoles. Se representan por Ar-OH, donde Ar- puede ser cualquier sistema aromático. Comenzaremos por los derivados de benceno o bencenoles, que son los más sencillos. A continuación se muestran algunos de los más conocidos y sus nombres comunes.

ALCOHOLES, FENOLES Y ÉTERES 137

Para nombrar los fenoles se usa el mismo procedimiento que con los alcoholes propiamente dichos, es decir, se añade la terminación -ol, -diol, triol, etc., al nombre del hidrocarburo aromático, en este caso benceno –sin la -o final. Los fenoles derivados de benceno se nombran, pues, como bencenoles, bencenodioles, etc., aunque también pueden nombrarse como derivados de fenol. Al numerar el anillo bencénico, a los grupos -OH les debe corresponder el localizador o combinación de localizadores más bajo posible. De esta manera, la numeración de los -OH determina la de los demás sustituyentes, a los que se darán, a su vez, los localizadores más bajos posibles.

Ejemplos

Este mismo procedimiento se aplica a los fenoles que poseen varios grupos -OH. Observa que la letra -a final del prefijo numérico hexa- (y de cualquier otro prefijo numérico que acabe en -a) se suprime al añadirle un sufijo que empiece por a- o por o-. Por ejemplo, hexol y no “hexaol”.

Ejemplos

138 NOMENCLATURA Y REPRESENTACIÓN DE LOS COMPUESTOS ORGÁNICOS

OTROS FENOLES Si el grupo Ar- es distinto de benceno, el nombre se forma de la misma manera que antes y los localizadores –de los grupos -OH en primer lugar, y de los otros sustituyentes en segundo lugar– han de ser lo más bajos posibles, pero respetando la numeración propia de cada sistema aromático (Capítulo 5).

Ejemplos

En el caso de los monofenoles derivados de naftaleno, antraceno y fenantreno se utiliza por costumbre la contracción del nombre (naftol, antrol y fenantrol), en lugar del nombre sistemático completo y se ponen los localizadores delante. Por ejemplo: 2-naftol y no naft-2-ol; 2-naftilo y no naft-2-ilo, etc.

Ejercicios 7.3.

Represente los siguientes alcoholes de forma simplificada: A: m-Isopropilfenol B: 2,5-Dimetilbenceno-1,4-diol C: 8-Metil-1-naftol D: Antraceno-2,3,6-triol

ALCOHOLES, FENOLES Y ÉTERES 139

7.4.

Nombre los siguientes alcoholes:

ANIONES Y SALES DE ALCOHOLES Y FENOLES Los aniones derivados de alcoholes y fenoles por pérdida del hidrógeno ácido, se nombran cambiando la terminación -ol por -olato. Si el nombre del grupo RO- está abreviado –véase siguiente apartado– el nombre del anión se forma cambiando la terminación -oxi por -óxido.

140 NOMENCLATURA Y REPRESENTACIÓN DE LOS COMPUESTOS ORGÁNICOS

Ejemplos

7.3

ÉTERES

Los compuestos de estructura general R-O-R’, R-O-Ar, o Ar-O-Ar’ se llaman éteres y se pueden nombrar por los dos sistemas generales de nomenclatura –por sustitución y por grupo funcional– que se describen a continuación; si bien, dependiendo del tipo de éter, unos métodos son más útiles que otros. El ejemplo siguiente se conoce por su nombre común.

NOMENCLATURA POR SUSTITUCIÓN Por este procedimiento, para nombrar un éter (R-O-R’), se considera a uno de los grupos unidos al oxígeno (R-, generalmente el más complejo), como la “estructura fundamental”, mientras que el grupo R’O- restante se considera como un sustituyente. Los nombres se forman con los nombres de los grupos R’O- como prefijos de los nombres de los hidrocarburos “fundamentales” R-. Es decir, si R y R’ son grupos alquilo, los éteres se nombran como alcoxialcanos.

Ejemplo

El mismo procedimiento se aplica para otras combinaciones tales como Ar-O-R, etc. Si es necesario, se indicará con localizadores la posición del sustituyente R’O- en el hidrocarburo principal R.

Ejemplos

Los sustituyentes (radicales) RO- o ArO- más corrientes se muestran a continuación. Sus nombres se forman añadiendo el sufijo oxi al nombre del radical R o Ar ( sin la o- final).

ALCOHOLES, FENOLES Y ÉTERES 141

Ejemplos

Para los siguientes se recomienda el uso de contracciones.

NOMENCLATURA POR GRUPO FUNCIONAL Este sistema es especialmente adecuado para nombrar los casos más sencillos. Los nombres se forman citando los nombres de los grupos R y R’ en orden alfabético seguidos de la palabra éter.

Ejemplo

Observe los ejemplos siguientes y compare sus nombres con los que se les asignaron anteriormente utilizando la nomenclatura “por sustitución”.

Ejemplos

Los éteres simétricos se nombran fácilmente por este sistema.

142 NOMENCLATURA Y REPRESENTACIÓN DE LOS COMPUESTOS ORGÁNICOS

Ejemplos

Ejercicios 7.5.

Represente las siguientes sales y éteres: A: terc-Butóxido de potasio C: 2-Metoxiantraceno E: Bencil fenil éter

B: 2-Isopropoxioctano D: 4-Etoxi-2-metoxiheptano F: Diciclohexil éter

ALCOHOLES, FENOLES Y ÉTERES 143

7.6.

Nombre las siguientes sales y éteres:

ÉTERES CÍCLICOS En el caso más simple de un compuesto que posea un átomo de oxígeno unido a dos carbonos de un anillo o a dos carbonos de una cadena, puede nombrarse utilizando el prefijo epoxi- precedido por sus localizadores. Al formar el nombre, dicho prefijo se tiene en cuenta en el orden alfabético.

Ejemplos

En el caso particular de los epóxidos, se utiliza frecuentemente el término óxido de seguido del nombre del alqueno del que formalmente procede.

144 NOMENCLATURA Y REPRESENTACIÓN DE LOS COMPUESTOS ORGÁNICOS

Para nombrar éteres monocíclicos, se puede recurrir también al sistema de nomenclatura de Hantzsch y Widman, que es específico para heterociclos y que puede encontrar en el Capítulo 12. En este procedimiento, el nombre se forma combinando el prefijo oxa-, característico de oxígeno, con una serie de terminaciones que indican el tamaño del anillo y su grado de insaturación. Para su información le ofrecemos una selección de éteres cíclicos acompañados de sus nombres sistemáticos (según Hantzsch y Widman) o comunes según los casos.

Los tres siguientes éteres cíclicos fusionados con anillos bencénicos se conocen por sus nombres comunes.

POLIÉTERES Estos compuestos se nombran más fácilmente por el sistema de nomenclatura de reemplazamiento, que considera al poliéter como un derivado del hidrocarburo –lineal o cíclico, de cadena larga– de la misma longitud y en el que se han sustituido algunos grupos -CH2- por átomos de oxígeno, que se señalan con el prefijo oxa-. La cadena se numera incluyendo los oxígenos, de modo que a éstos les correspondan los localizadores más bajos posibles. No se suprime la letra -a final de los prefijos numéricos (por ejemplo, se dice tetraoxa y no tetroxa).

ALCOHOLES, FENOLES Y ÉTERES 145

Ejemplo

ÉTERES CORONA Los poliéteres cíclicos derivados del etano-1,2-diol se denominan éteres corona. Para nombrarlos, se puede usar la nomenclatura por reemplazamiento, pero se prefiere un sistema de nomenclatura específico que presenta una gran simplicidad. Consiste en un número, que indica el número total de átomos del anillo, seguido de la palabra corona entre guiones, finalizando con otro número que indica el número de átomos de oxígeno.

Ejemplos

Ejercicios 7.7.

Represente los siguientes éteres cíclicos: A: 1-Butil-1,2-epoxiciclohexano C: 1,4,8,11-Tetraoxaciclotetradecano

B: 2,6-Dimetil-4H-pirano D: 9-Corona-3

146 NOMENCLATURA Y REPRESENTACIÓN DE LOS COMPUESTOS ORGÁNICOS

7.8.

Nombre los siguientes éteres cíclicos:

Soluciones 7.1.

ALCOHOLES, FENOLES Y ÉTERES 147

7.2.

148 NOMENCLATURA Y REPRESENTACIÓN DE LOS COMPUESTOS ORGÁNICOS

7.3.

7.4.

ALCOHOLES, FENOLES Y ÉTERES 149

7.5.

7.6.

150 NOMENCLATURA Y REPRESENTACIÓN DE LOS COMPUESTOS ORGÁNICOS

7.7.

7.8.

AMINAS

8

El nombre genérico amina se aplica a compuestos que pueden considerarse formalmente como derivados de amoníaco (NH3), en donde la sustitución, por grupos alquilo o arilo, de uno, dos o tres hidrógenos da lugar a aminas primarias, secundarias y terciarias respectivamente. La nomenclatura de las aminas es muy similar a la de los alcoholes, por lo que nos referiremos a ellos constantemente a lo largo de este capítulo.

8.1.

AMINAS PRIMARIAS CON UN SOLO GRUPO AMINO (-NH2)

Las monoaminas primarias (NH2R y NH2Ar) se pueden nombrar como los alcoholes, por sustitución (A), o por grupo funcional (B). A) En el primer caso, el compuesto se nombra como una alcanamina (o arenamina), añadiendo el sufijo -amina al nombre del hidrocarburo que constituye la estructura “fundamental” RH, sin la vocal final. B) Por el segundo método, se considera que el grupo -NH2 es la estructura “fundamental” y R- es su sustituyente. Los compuestos se nombran como una alquil- o arilamina, y el nombre se forma añadiendo el sufijo -amina al nombre de R- tomado como sustituyente (radical). Se utiliza uno u otro sistema de nomenclatura a voluntad, dependiendo de la mayor o menor dificultad que presenten en cada caso. Compárelos en el siguiente ejemplo.

Ejemplo

151

152 NOMENCLATURA Y REPRESENTACIÓN DE LOS COMPUESTOS ORGÁNICOS

Observe la utilización de los localizadores en los siguientes ejemplos:

Ejemplo

Cuando utilicemos la nomenclatura por sustitución (A), y necesitemos seleccionar la cadena principal y numerarla, recurriremos a los criterios que con este mismo fin se han detallado para alcoholes en el capítulo anterior. Se trata, pues, de aplicar esas mismas normas a compuestos en las que el grupo principal es -NH2 en lugar de -OH. Compruébelo en la siguiente amina ramificada.

Ejemplo

8.2.

AMINAS PRIMARIAS CON DOS O MÁS GRUPOS AMINO (-NH2)

En general, para nombrar compuestos con dos o más grupos -NH2 se pueden aplicar los dos sistemas anteriores A) y B), pero puesto que el sistema B) exige nombres de radicales multivalentes, le aconsejamos que utilice el A) por ser mucho más simple. Al igual que con los alcoholes, pueden presentarse dos situaciones: a) que todos los grupos -NH2 estén situados sobre la cadena principal, o b) que algunos grupos -NH2 estén sobre cadenas laterales. a) Si todos los grupos -NH2 están situados sobre la cadena principal, tanto para localizar la cadena principal y numerarla como para nombrarla, se siguen los criterios vistos para alcoholes con varios grupos -OH. En vez de -ol, -diol, triol, etc., se utilizan los sufijos -amina, -diamina, -triamina, etc.

AMINAS 153

Ejemplos

b) Si algunos grupos -NH2 están en las cadenas laterales y otros sobre la cadena principal, estos últimos son considerados los grupos principales y a los primeros se les da el carácter de sustituyentes, aplicándoles el prefijo amino-. De nuevo se trata del mismo procedimiento que en alcoholes. La construcción del nombre es análoga.

Ejemplo

Esta misma situación se da en los compuestos que poseen, además del -NH2 , otro grupo funcional prioritario, de modo que el -NH2 se considera como un sustituyente identificado por el prefijo amino- (véase el Capítulo 11).

8.3.

AMINAS PRIMARIAS CON OTRA ESTRUCTURA FUNDAMENTAL

El grupo funcional -NH2 puede también estar situado sobre una “estructura fundamental” distinta de la de un alcano –cicloalcanos, alquenos, etc. Puede nombrarlas de las dos formas anteriores. Utilizando el sistema por sustitución (A), el nombre se construye igual que para alcoholes, pero utilizando los sufijos -amina, -diamina, etc. Por el procedimiento de grupo funcional (B), utilice el nombre del radical cicloalquilo, alquenilo, etc., del modo habitual. Observe cómo se emplean ambos sistemas de nomenclatura en las siguientes aminas:

154 NOMENCLATURA Y REPRESENTACIÓN DE LOS COMPUESTOS ORGÁNICOS

Ejemplos

En los casos más complejos de aminas con esqueleto insaturado ramificado, se aplican los criterios expuestos para las mismas situaciones en alcoholes.

Ejercicios 8.1.

Represente las siguientes aminas de forma simplificada: A: (3-Metiloctil)amina B: Hexano-2,5-diamina C: Vinilamina D: Biciclo[2.2.1]heptan-7-amina

8.2.

Nombre los siguientes alcoholes utilizando nomenclatura por sustitución:

AMINAS 155

8.4.

ARILAMINAS (ARENAMINAS)

Los aminas en las que el grupo -NH2 está directamente unido a un anillo aromático se denominan de modo genérico como arilaminas y se representan por Ar-NH2 , donde Ar puede ser cualquier sistema aromático. La más simple es la derivada de benceno, que por los dos sistemas anteriores, se denomina bencenamina (A) o fenilamina (B), aunque siempre se conoce por su nombre común anilina. Bencidina y toluidina son también conocidas por sus nombres comunes.

La normas para la nomenclatura de arilaminas son iguales en todo a las de fenoles. Observe cómo se nombran los siguientes derivados de anilina.

Ejemplos

Si el grupo Ar es distinto al benceno, se aplican los mismos criterios para fijar los localizadores y construir el nombre que en los fenoles derivados del mismo sistema aromático.

Ejemplos

156 NOMENCLATURA Y REPRESENTACIÓN DE LOS COMPUESTOS ORGÁNICOS

Ejercicios 8.3.

Represente las siguientes aminas: A: p-Isopropilanilina B: Benceno-1,2,4-triamina C: o-Toluidina D: Naftaleno-1,3,6,7-tetramina

8.4.

Nombre las siguientes aminas:

AMINAS 157

8.5.

AMINAS SECUNDARIAS Y TERCIARIAS

Para facilitar el estudio de la nomenclatura de estas aminas vamos a clasificarlas según que tengan a) sustituyentes iguales y b) sustituyentes distintos. a) Las aminas secundarias y terciarias con sustituyente iguales (NHR 2 y NR 3 respectivamente) se nombran citando el nombre de R como sustituyente (radical), precedido de di- o tri-, y seguido por el sufijo -amina.

Ejemplos

b) Las aminas secundarias y terciarias con sustituyentes distintos (NHRR’, NR 2R’ y NRR’R’’) se pueden nombrar de dos formas: i) Como derivados N-sustituidos de una amina primaria RNH2 o de una amina secundaria R 2NH. En el primer caso, la amina RNH2 que se considera “fundamental” es aquella cuyo radical R tiene mayor prioridad aplicándole los criterios de elección de cadena principal que ya conoce. ii) Citando los nombres de todos los sustituyentes R, R’, o R’’, precedidos de los prefijos numéricos apropiados, seguidos del sufijo -amina. En este caso, para formar el nombre los sustituyentes se ordenan por orden alfabético. Observe el uso de los paréntesis para delimitar claramente cuáles son los sustituyentes del nitrógeno.

Ejemplo

Fíjate ahora en las siguientes aminas terciarias:

158 NOMENCLATURA Y REPRESENTACIÓN DE LOS COMPUESTOS ORGÁNICOS

Ejemplos

En el primer sistema (i), la letra N cumple las funciones de un localizador y por eso se repite con cada sustituyente. Si uno de los sustituyentes de una amina secundaria o terciaria es un grupo fenilo, se puede también nombrar como derivada de anilina.

Ejemplos

Si un compuesto presenta más de un grupo amino sustituido en su estructura, se utilizan primas para diferenciar los nitrógenos: N, N’, etc. Fíjese en los ejemplos siguientes:

Ejemplos

8.6.

SUSTITUYENTES AMINO

Al igual que en el caso del grupo amino (-NH2) visto antes, en ocasiones, el grupo funcional amina secundaria o terciaria es considerado como un sustituyente. Esto ocurre cuando en la molécula existe otro grupo funcional de mayor prioridad, o cuando reside en una cadena lateral o está unido a un sistema cíclico complejo considerado como fundamental.

AMINAS 159

Los radicales del tipo -NHR, -NR 2 y -NRR’ se nombran como grupos amino sustituidos, cambiando la terminación -ina de las aminas correspondientes (NH2R, NHR 2 y NHRR’) por la terminación -ino.

Ejemplo

Los siguientes se conocen por sus nombres comunes:

Ejemplo

Ejercicios 8.5.

Represente las siguientes aminas: A: Diisobutilamina B: Bencil(metil)propilamina C: N-Fenil-1-naftilamina D: N,N,N’,N’-Tetraetilbutano-1,4-diamina

160 NOMENCLATURA Y REPRESENTACIÓN DE LOS COMPUESTOS ORGÁNICOS

8.6.

Nombre las siguientes aminas:

8.7.

AMINAS CÍCLICAS

Para nombrar aminas monocíclicas, se usa frecuentemente el sistema de nomenclatura de Hantzsch-Widman, mencionado en éteres cíclicos. En este procedimiento, el nombre se forma combinando el prefijo aza-, característico de nitrógeno, con una serie de terminaciones que indican el tamaño del anillo y su grado de insaturación. La aplicación de este sistema de nomenclatura a los heterociclos puede encontrarla en el Capítulo 12. Muchas aminas cíclicas son conocidas por sus nombres comunes. Le ofrecemos una selección de las aminas monocíclicas más corrientes para su información.

AMINAS 161

Las siguientes aminas, con sus nombres comunes, son ejemplos ilustrativos de heterociclos condensados.

Las que figuran a continuación son heterociclos con dos heteroátomos distintos.

8.8.

POLIAMINAS

Las poliaminas de cadena larga complejas pueden nombrarse por nomenclatura de reemplazamiento, exactamente del mismo modo que los poliéteres. En este caso se utiliza el prefijo aza-.

Ejemplo

8.9.

SALES DE AMONIO

Las sales que contienen átomos de nitrógeno con cuatro enlaces (R4N+X–, donde los R pueden, en este caso, ser alquil, aril o H), se nombran como sales de amonio sustituidas. Para formar el nombre, los nombres de los sustituyentes (radicales alquilo o arilo), ordenados por orden alfabético, preceden a la palabra amonio. Si se nombran como derivados de una amina cuyo nombre común no finaliza en -amina, el nombre de sus sales se forma suprimiendo la vocal final del nombre y añadiéndole -io. Por ejemplo, las sales de anilina se denominan sales de anilinio; las de piridina como piridinio, etcétera.

162 NOMENCLATURA Y REPRESENTACIÓN DE LOS COMPUESTOS ORGÁNICOS

Ejemplos

Ejercicios 8.7.

Represente las siguientes aminas: A: N-Metilpirrolidina

B: 1,2-Dihidropiridina

C: 6,9-Dimetil-2,6,9,13-tetraazatetradecano

D: Bromuro de dimetilanilinio

AMINAS 163

8.8.

Nombre las siguientes aminas y sales de amonio:

Soluciones 8.1.

164 NOMENCLATURA Y REPRESENTACIÓN DE LOS COMPUESTOS ORGÁNICOS

8.2.

8.3.

8.4.

AMINAS 165

8.5.

8.6.

166 NOMENCLATURA Y REPRESENTACIÓN DE LOS COMPUESTOS ORGÁNICOS

8.7.

8.8.

ALDEHÍDOS Y CETONAS

9

Los aldehídos y las cetonas constituyen lo que conjuntamente llamamos compuestos carbonílicos por poseer el grupo carbonilo (C=O). En los aldehídos, el grupo C=O está enlazado a un carbono y a un átomo de hidrógeno formando el grupo formilo (-CHO), y se representan por tanto por R-CHO o Ar-CHO. En las cetonas, los dos sustituyentes del grupo carbonilo (C=O) son grupos alquilo (R-) o arilo (Ar-) y por tanto se representan, por ejemplo, por R-COR’. No olvide que el grupo funcional aldehído está siempre al final de una cadena, mientras que el de una cetona está siempre flanqueado por dos carbonos.

9.1.

ALDEHÍDOS

Los aldehídos (R-CHO) correspondientes a ácidos carboxílicos (R-CO2H) con nombres comunes aceptados –véase el siguiente Capítulo– se nombran cambiando los términos ácido ...-ico o ácido ...-oico por la terminación -aldehído.

Ejemplos

El dialdehído más simple se conoce por su nombre común glioxal.

167

168 NOMENCLATURA Y REPRESENTACIÓN DE LOS COMPUESTOS ORGÁNICOS

9.2.

MONO Y DIALDEHÍDOS LINEALES

Los mono- y dialdehídos acíclicos se nombran por sustitución, del mismo modo que los alcoholes. Es decir, se añaden los sufijos -al (un -CHO) o -dial (dos -CHO) al nombre del hidrocarburo acíclico del mismo número de átomos de carbono –sin la -o final cuando el sufijo es -al. En el caso de que R sea un alcano, los compuestos se conocen como alcanales y alcanodiales respectivamente. Observe algunos ejemplos y fíjese en que, al estar el grupo -CHO necesariamente en el extremo de una cadena, no es preciso informar de su posición mediante localizadores (le corresponde el localizador 1). Por ejemplo, sólo existe un “propanal” y sólo un “pentanodial”.

Si el hidrocarburo R es un alqueno o un alquino, el nombre se forma de un modo análogo. El grupo principal es el aldehído (-CHO), al que debemos dar el localizador más bajo y que, por tanto, determina la numeración del resto de la cadena. En el caso de los dialdehídos, se empezará a numerar por el extremo que proporcione los localizadores más bajos posibles a las insaturaciones.

9.3.

MONO Y DIALDEHÍDOS ACÍCLICOS RAMIFICADOS

Para mono- y dialdehídos ramificados, las normas de selección y numeración de la cadena principal son de nuevo las que ya ha aplicado en alcoholes. Le recordamos brevemente algunas de las que se aplican más frecuentemente. 1. Si un monoaldehído está ramificado con cadenas alifáticas, la cadena principal es la más larga que contiene al grupo -CHO. 2. Si hay un doble o triple enlace en alguna ramificación, la cadena principal es la que contiene al grupo -CHO y al doble o triple enlace, aunque dicha cadena no sea la más larga. 3. En un dialdehído, la cadena principal es la que contiene a los dos grupos -CHO en sus extremos, aunque dicha cadena no sea la más larga.

ALDEHÍDOS Y CETONAS 169

Una vez seleccionada la cadena principal, numérela comenzando por el grupo -CHO. En los dialdehídos, a las insaturaciones y/o sustituyentes les debe corresponder la combinación de localizadores más baja posible. Para formar el nombre, aplique el procedimiento habitual: 1) sustituyentes (con sus localizadores) por orden alfabético, 2) nombre del hidrocarburo y 3) terminación -al o -dial.

Ejemplos

Si existen anillos unidos a una cadena que contenga al grupo aldehído, se nombra habitualmente como derivado del hidrocarburo acíclico.

Ejemplo

Ejercicios 9.1.

Se muestran cuatro ácidos carboxílicos y sus nombres comunes. Represente y nombre los aldehídos correspondientes.

170 NOMENCLATURA Y REPRESENTACIÓN DE LOS COMPUESTOS ORGÁNICOS

9.2.

Represente los siguientes aldehídos: A: Octanal B: trans-Hex-3-enodial C: 3-Ciclopropilhept-6-enal D: 2-Isopropilbut-3-inal

ALDEHÍDOS Y CETONAS 171

9.3.

Nombre los siguientes aldehídos:

9.4.

POLIALDEHÍDOS ACÍCLICOS

Si existen más de dos grupos formilo, -CHO, en una estructura acíclica, pueden presentarse dos situaciones según estén sobre la misma cadena (a), o sobre distinta cadena (b). a) Si todos los grupos formilo están sobre la misma cadena, la cadena principal se define como la cadena más larga que posee el número máximo de grupos -CHO. El nombre se forma añadiendo los sufijos -tricarbaldehído (3 grupos -CHO), -tetracarbaldehído (4 grupos -CHO), etc., que corresponde al número total de grupos formilo, al nombre del hidrocarburo correspondiente a la cadena principal (descontando los formilos). Fíjese en que la cadena principal ha de numerarse de forma que a los carbonos portadores de los grupos formilo les corresponda la combinación de localizadores más baja posible. Si existieran insaturaciones y/u otros sustituyentes, se aplican los criterios para elección de cadena lateral y asignación de localizadores que ha visto en el capítulo de alcoholes.

Ejemplo

b) Si los grupos -CHO están sobre cadenas distintas, la cadena principal es, como antes, la más larga con el mayor número de grupos -CHO. A los formilos situados sobre la cadena principal, se les considera grupos principales y se nombran con los sufijos -dial, -tricarbaldehído, -tetracarbaldehído, etc., pero a los -CHO situados sobre cadenas laterales se les considera sustituyentes de la principal y se citan mediante el prefijo formil-. Por tanto, la cadena lateral es del tipo formilalquil-. La forma de construir el nombre es la habitual.

172 NOMENCLATURA Y REPRESENTACIÓN DE LOS COMPUESTOS ORGÁNICOS

Ejemplo

Recuerde que si hay más de dos grupos formilo sobre la cadena principal, el sistema de numeración se modifica porque ahora no se contabilizan los carbonos de los grupos formilo.

Ejemplo

Esta misma situación se da en los compuestos que poseen, además del formilo, otros grupos funcionales distintos y con prioridad sobre el -CHO. En esos casos, el -CHO se considera como un sustituyente que se identifica con el prefijo formil- (véase el capítulo 11).

9.5.

ALDEHÍDOS CÍCLICOS

Si los grupos aldehído están directamente unidos a un sistema cíclico, el nombre se forma añadiendo los sufijos -carbaldehído (1 grupo -CHO), -dicarbaldehído (2 grupos -CHO), etc., al nombre del ciclo. Esto es válido tanto para sistemas saturados como insaturados y aromáticos. Recuerde que algunos compuestos aromáticos tienen un sistema de numeración propio que se ha de respetar.

Ejemplos

ALDEHÍDOS Y CETONAS 173

Ejercicios 9.4.

9.5.

Represente los siguientes aldehídos: A: Heptano-1,3,6-tricarbaldehído C: Ciclopentano-1,2-dicarbaldehído

Nombre los siguientes aldehídos:

B: 4-Formilmetilheptanodial D: 5-Metilbenceno-1,2,4-tricarbaldehído

174 NOMENCLATURA Y REPRESENTACIÓN DE LOS COMPUESTOS ORGÁNICOS

9.6.

CETONAS

Los compuestos que poseen un grupo carbonilo (-CO-) unido a dos átomos de carbono reciben el nombre de cetonas y para nombrarlas se puede utilizar la nomenclatura por sustitución o por grupo funcional. Le mostramos a continuación una selección de cetonas para las que se emplea su nombre común. Acetona se puede utilizar para nombrar derivados.

9.7.

NOMENCLATURA POR SUSTITUCIÓN

CETONAS ACÍCLICAS El nombre de una cetona acíclica se forma añadiendo los sufijos -ona (1 grupo -CO-), -diona (2 grupos -CO-), etc., al nombre del hidrocarburo correspondiente a la estructura principal. Si este nombre acaba en -o, se elimina al añadir -ona. Por tanto estos compuestos se nombran como alcanonas, alquenonas, alcanodionas, etc. El grupo -CO- es el grupo principal, y por tanto para la selección de cadena principal, numeración y formación del nombre, rigen las normas que se presentaron por vez primera en el tema de alcoholes y que ha aplicado en los capítulos precedentes. Observe cómo se nombra de modo sistemático la cetona más simple (acetona).

Normalmente es necesario precisar la posición del carbonilo, para lo que se utilizan localizadores del modo habitual.

ALDEHÍDOS Y CETONAS 175

Ejemplos

Si el compuesto posee anillos en la cadena que contiene al grupo carbonilo, se nombra como derivado del hidrocarburo acíclico y se considera al anillo como un sustituyente.

Ejemplos

En ocasiones, los grupos -CO- han de considerarse como sustituyentes, bien por estar situados sobre una cadena lateral, o bien por existir en la molécula otro grupo funcional de mayor prioridad. En esos casos, se utilizan los prefijos oxo-, dioxo-, etc., –con sus localizadores para indicar su posición.

Ejemplo

176 NOMENCLATURA Y REPRESENTACIÓN DE LOS COMPUESTOS ORGÁNICOS

Los grupos siguientes se citan por sus nombres comunes.

Sustituyentes acilo Los sustituyentes (radicales) que están unidos a la estructura fundamental por un carbono carbonílico se denominan sustituyente o radical acilo (R-CO-). Sus nombres se deducen a partir del de los ácidos carboxílicos (R-CO2H) correspondientes. Le mostramos una selección de los más frecuentes.

Los radicales acilo (R-CO-) son muy útiles para nombrar ciertos compuestos carbonílicos o para describir la parte carbonílica como sustituyente de una estructura fundamental. Observe su aplicación en los dos ejemplos que siguen.

Ejemplos

9.8.

CETONAS CÍCLICAS

Se nombran añadiendo los sufijos -ona, -diona, etc., al nombre del sistema cíclico –si el sufijo es -ona, se elimina la -o final–. El uso de los localizadores y la construcción del nombre siguen las normas habituales.

ALDEHÍDOS Y CETONAS 177

Ejemplos

Si existen sustituyentes, se numera el anillo de forma que, primero a los grupos carbonilo y después los sustituyentes, les correspondan la combinación de localizadores más baja posible. Si además existen insaturaciones, éstas a su vez tienen prioridad sobre los sustituyentes.

Ejemplos

Si existe en esa estructura otro grupo funcional con mayor prioridad, el carbonilo, que actúa de sustituyente, se identifica por el prefijo -oxo.

Ejemplo

9.9.

QUINONAS

Son las dionas, tetronas, etc., cíclicas que poseen el número máximo de dobles enlaces no acumulados. Para nombrarlas se utilizan los sufijos -quinona, -diquinona, etc., después del nombre –a veces modificado– del hidrocarburo aromático que constituye el sistema cíclico. Así, la ciclohexano-3,5-dieno-1,2-diona se denomina

178 NOMENCLATURA Y REPRESENTACIÓN DE LOS COMPUESTOS ORGÁNICOS

o-benzoquinona, etc. Observe que se utilizan términos propios de la nomenclatura de hidrocarburos aromáticos (orto, para) y que no hay meta quinonas. Le mostramos una selección de las quinonas más corrientes, incluyendo los isómeros 1,4- y 9,10- de naftoquinona y antraquinona, respectivamente.

Ejercicios 9.6.

Represente las siguientes cetonas: A: 5-Metilheptanona C: 3-trans-Hexano-3,5-dien-2-ona E: 2-(3-Oxopentil)ciclooctano-1,5-diona

B: Octano-2,5,6-triona D: 4-(2-Naftil)butan-2-ona F: 2,6-Dietil-3-metil-p-benzoquinona

ALDEHÍDOS Y CETONAS 179

9.7. Nombre las siguientes cetonas:

9.10. NOMENCLATURA POR GRUPO FUNCIONAL Las monocetonas (R-CO-R’), dicetonas vecinales (R-CO-CO-R’), etc., pueden también nombrarse por nomenclatura por grupo funcional. En este caso, los grupos R- y R’- se consideran sustituyentes del carbonilo y por tanto se citan por los nombres de los radicales correspondientes, como prefijos y en orden alfabético. Para formar el nombre completo se añade la palabra cetona, dicetona, etc.

Ejemplo

180 NOMENCLATURA Y REPRESENTACIÓN DE LOS COMPUESTOS ORGÁNICOS

Observe cómo se nombra la siguiente dicetona, que antes nombró por sustitución.

Ejemplo

Este sistema de nomenclatura es el más sencillo para cetonas simétricas y dicetonas, tricetonas, etc., en las que los sustituyentes directamente unidos a los carbonilos son anillos (alifáticos o aromáticos). Fíjese en los ejemplos, que también nombramos por sustitución.

Ejemplos

Este método es particularmente útil para nombrar cetonas en las que los dos sustituyentes del carbonilo son anillos (alifáticos o aromáticos) y que difícilmente se pueden nombrar por sustitución.

Ejemplos

Ejercicios 9.8.

Represente las siguientes cetonas: A: Diisopropil cetona

B: Butil vinil dicetona

C: 2-Naftil etil cetona

D: Ciclohex-1-enil ciclopentil tricetona

ALDEHÍDOS Y CETONAS 181

9.9.

Nombre las siguientes cetonas mediante nomenclatura por grupo funcional:

Soluciones 9.1.

182 NOMENCLATURA Y REPRESENTACIÓN DE LOS COMPUESTOS ORGÁNICOS

9.2.

9.3.

ALDEHÍDOS Y CETONAS 183

9.4.

9.5.

184 NOMENCLATURA Y REPRESENTACIÓN DE LOS COMPUESTOS ORGÁNICOS

9.6.

9.7.

ALDEHÍDOS Y CETONAS 185

9.8.

186 NOMENCLATURA Y REPRESENTACIÓN DE LOS COMPUESTOS ORGÁNICOS

9.9.

ÁCIDOS CARBOXÍLICOS Y DERIVADOS

10

Los ácidos carboxílicos son compuestos que poseen el grupo carboxilo (COOH) y se representan de forma general como R-COOH o Ar-COOH, donde R- y Ar- representan H o cualquier grupo alquilo o arilo. Este grupo funcional está formado por un carbonilo (C=O) unido a un átomo de carbono (o H-), y un hidroxilo (-OH). Existen otros compuestos relacionados y que estudiaremos también en este capítulo, en los que ese hidroxilo ha sido sustituido por otras agrupaciones de átomos: los ésteres (R-COOR´); los haluros de ácido (R-CO-X, donde X representa un halógeno: F-, Cl-, Br-, I-); los anhídridos de ácido (R-CO-O-CO-R´), las amidas (R-CO-NR´R´) y los nitrilos (R-CN).

Por sus características, el grupo carboxilo se encuentra siempre situado en una posición terminal de una cadena, igual que los aldehídos (R-COOH y R-COH respectivamente), y comparte con ellos el modo de nombrarse. Comprobará en este capítulo que las normas para nombrar ácidos son las mismas que para los aldehídos, sin más que cambiar el término aldehído por ácido, las terminaciones -al, -dial, etc., por los términos ácido ...-oico, ácido ...-dioico, etc.

10.1. ÁCIDOS CARBOXíLICOS Son numerosos los ácidos monocarboxílicos que se conocen por sus nombres comunes, no sistemáticos. Le mostramos una selección. No olvide que para nombrarlos se antepone la palabra ácido.

187

188 NOMENCLATURA Y REPRESENTACIÓN DE LOS COMPUESTOS ORGÁNICOS

Existen también muchos ácidos dicarboxílicos conocidos por sus nombres comunes. Observe los siguientes:

ÁCIDOS MONO Y DICARBOXÍLICOS LINEALES Los ácidos mono- y dicarboxílicos acíclicos se nombran por sustitución, del mismo modo que los aldehídos: se añaden los sufijos -oico (1 grupo -COOH) o -dioico (2 grupos -COOH) al nombre del hidrocarburo acíclico del mismo número de átomos de carbono –sin la -o final cuando el sufijo es -oico– y se antepone la palabra ácido (es decir, ácido ...-oico o ácido ...-dioico). En el caso de que R sea un alcano, los compuestos se conocen como ácidos alcanoicos y ácidos alcanodioicos respectivamente. Observe que al igual que en los aldehídos, al estar el grupo -COOH necesariamente en el extremo de una cadena, no es preciso informar de su posición mediante localizadores (le corresponde el localizador 1). Por ejemplo, sólo existe un “ácido propanoico” (de nombre común ácido propiónico) y sólo un “ácido pentanodioico”.

Ejemplos

Si R representa un alqueno o un alquino, el nombre se forma teniendo en cuenta que el grupo principal es el carboxilo (-COOH), que determina la numeración del resto de la cadena y al que debemos dar el localizador más bajo. En el caso de los ácidos dicarboxílicos, se empezará a numerar por el extremo que proporcione los localizadores más bajos posibles a las insaturaciones.

ÁCIDOS CARBOXÍLICOS Y DERIVADOS 189

ÁCIDOS MONO Y DICARBOXÍLICOS ACÍCLICOS RAMIFICADOS Para estos casos, las normas de selección y numeración de la cadena principal son de nuevo las mismas que ya ha aplicado en aldehídos (y alcoholes). Le recordamos las que han de aplicarse más frecuentemente. 1. Si un ácido monocarboxílico está ramificado con cadenas saturadas, la cadena principal es la más larga que contiene al grupo -COOH. 2. Si hay un doble o triple enlace en alguna ramificación, la cadena principal es la que contiene al grupo -COOH y al doble o triple enlace, aunque dicha cadena no sea la más larga. 3. En un ácido dicarboxílico, la cadena principal es la que contiene a los dos grupos -COOH en sus extremos, aunque no sea la más larga. Para numerar la cadena se comienza por el grupo -COOH. En los ácidos dicarboxílicos, a las insaturaciones y/o sustituyentes les deben corresponder los localizadores, o la combinación de localizadores, más baja posible. Para formar el nombre, se sigue el mismo procedimiento que con aldehídos. En resumen: la palabra ácido precede al nombre formado por: 1º) los sustituyentes (con sus localizadores), por orden alfabético, 2º) el nombre del hidrocarburo y 3º) la terminación -oico o -dioico. Observe los siguientes ejemplos:

Ejemplos

Ejemplos

190 NOMENCLATURA Y REPRESENTACIÓN DE LOS COMPUESTOS ORGÁNICOS

Si el compuesto tiene anillos unidos a una cadena que contenga al grupo carboxilo, se nombra habitualmente como un derivado del hidrocarburo acíclico.

Ejemplo

Ejercicios 10.1. Represente los siguientes ácidos carboxílicos: A: Ácido dodecanoico B: Ácido trans-oct-2-en-6-inoico C: Ácido dec-4-inodioico D: Ácido 2,3,5-trimetilhexanodioico

10.2. Nombre los siguientes ácidos carboxílicos:

ÁCIDOS CARBOXÍLICOS Y DERIVADOS 191

ÁCIDOS CARBOXÍLICOS ACÍCLICOS CON VARIOS GRUPOS CARBOXILO Si existen más de dos grupos carboxilo (-COOH) en una estructura acíclica, la situación es idéntica a la descrita para aldehídos. Pueden presentarse dos situaciones según que estén: a) sobre la misma cadena, o b) sobre cadenas distintas. a) Si todos los grupos carboxilo están sobre la misma cadena, la cadena principal se define como la cadena más larga que posee el número máximo de grupos -COOH. El nombre se forma añadiendo los términos ácido ...tricarboxílico (3 grupos -COOH), ácido ...-tetracarboxílico (4 grupos -COOH), etc. –que corresponde al número total de grupos carboxilo– al nombre del hidrocarburo correspondiente a la cadena principal (descontando los grupos carboxilo). Fíjese en que la cadena principal ha de numerarse de forma que a los carbonos portadores de los grupos carboxilo les corresponda la combinación de localizadores más baja posible. Si existieran insaturaciones y/u otros sustituyentes, se aplican los criterios para la elección de cadena principal y la asignación de localizadores que ha visto en los capítulos de aldehídos y alcoholes.

Ejemplo

b) Si los grupos -COOH están sobre cadenas distintas, la cadena principal es, como antes, la más larga con el mayor número de grupos -COOH. A los grupos carboxilo situados sobre la cadena principal, se les considera grupos principales y se nombran con los términos ácido ...-tricarboxílico (3 grupos -COOH), ácido ...-tetracarboxílico (4 grupos -COOH), etc., pero a los -COOH situados sobre cadenas laterales se les considera sustituyentes de la principal y se citan mediante el prefijo carboxi-. Por tanto, la cadena lateral es del tipo carboxialquil-. La forma de construir el nombre es la habitual.

192 NOMENCLATURA Y REPRESENTACIÓN DE LOS COMPUESTOS ORGÁNICOS

Ejemplo

Recuerde que, si hay más de dos grupos carboxilo unidos directamente a la cadena principal, la numeración es diferente porque no se contabilizan los carbonos de los grupos carboxilo.

Ejemplo

ÁCIDOS CARBOXÍLICOS CÍCLICOS Si el grupo carboxilo está directamente unido a un anillo saturado o aromático, el nombre se forma añadiendo los términos ácido ...-carboxílico, ácido ...-dicarboxílico, etc., al nombre del ciclo. Recuerde que algunos compuestos aromáticos tienen un sistema de numeración propio que se ha de respetar.

Ejemplos

Ejercicios 10.3. Represente la estructura de los siguientes ácidos carboxílicos: A: Ácido hexano-1,2,6-tricarboxílico B: Ácido trans-5-(carboximetil)hept-2-enodicarboxílico C: Ácido ciclohexano-1,3,5-tricarboxílico D: Ácido naftaleno-2,6-dicarboxílico E: Ácido 3-fenilciclopentano-1-carboxílico F: Ácido m-isopropilbenzoico

ÁCIDOS CARBOXÍLICOS Y DERIVADOS 193

10.4. Nombre los siguientes ácidos carboxílicos:

194 NOMENCLATURA Y REPRESENTACIÓN DE LOS COMPUESTOS ORGÁNICOS

10.2. ANIONES Y SALES DE LOS ÁCIDOS CARBOXÍLICOS El anión generado por la pérdida del protón ácido de un grupo carboxilo (R-COO –) se nombra sencillamente cambiando la terminación -ico del ácido por -ato, y naturalmente suprimiendo la palabra ácido. Así, diremos: anión acetato, propionato, benzoato, etc. y, en general, alcanoato si R- es un grupo alquilo. El anión del ácido fórmico se denomina formiato. Las sales neutras de los ácidos orgánicos (R-COO – M+) se nombran citando en primer lugar el anión y luego el catión, precedido de la preposición de, o también suprimiendo la preposición de y adjetivando el nombre del catión. Por ejemplo, cuando R- sea un grupo alquilo y el catión sodio, podremos nombrar la sal como un alcanoato de sodio o como un alcanoato sódico, indistintamente. Si hubiera varios cationes, se citarán por orden alfabético.

Ejemplo

Observe ahora el uso de nombres comunes y de los prefijos numéricos.

Ejemplos

ÁCIDOS CARBOXÍLICOS Y DERIVADOS 195

En las estructuras más complejas de los ácidos policarboxílicos, puede haber uno o varios grupos carboxilato (-COO -) como sustituyentes. Para designarlos sin confusión con el grupo principal, se usa el prefijo carboxilato. Además, en esos casos podremos tener sales ácidas, que se nombran igual que las neutras, situando la palabra hidrógeno, dihidrógeno, etcétera, detrás del nombre de los restantes cationes. Obsérvelo en el siguiente ejemplo:

Ejemplo

10.3. ÉSTERES Para nombrar los ésteres de los ácidos monocarboxílicos (R-COOR´) se sigue idéntico procedimiento que con las sales R-COO – M+, sin más que sustituir el nombre del catión por el del grupo R´, tomado como sustituyente alquilo, arilo, etc.

Ejemplo

Si hubiera dos grupos éster sobre una misma estructura principal, los nombres de los sustituyentes R´y R´´ se citan en orden alfabético.

196 NOMENCLATURA Y REPRESENTACIÓN DE LOS COMPUESTOS ORGÁNICOS

Para nombrar los compuestos policarboxílicos en los que coexistan grupos ácido con sales y con ésteres se sigue el procedimiento normal, y al formar el nombre, sus componentes se citan en este orden: anión, catión, sustituyentes alquilo o arilo y, finalmente, hidrógeno. Si es necesario, se utilizan localizadores para fijar la posición de los sustituyentes sobre los distintos grupos carboxilo.

Ejemplos

En los compuestos policarboxílicos puede haber también uno o varios grupos éster, R-COOR´, como sustituyentes. Para designarlos sin confusión con el grupo principal, se utilizan prefijos que varían según que la estructura fundamental del compuesto sea la parte R- (unida al carbonilo), o la parte R´ (unida al oxígeno).

a) Cuando es R la estructura fundamental, la parte -COOR´ se considera un sustituyente y se cita mediante prefijos del tipo alcoxicarbonil- o ariloxicarbonil-, según R´ sea un grupo alquilo o arilo respectivamente. Observe la construcción del nombre en el siguiente esquema.

b) Cuando R´ representa la estructura fundamental del compuesto y R-CO-O- actúa como sustituyente, se describe como aciloxi (para una descripción de los grupos acilo, véase el apartado de los haluros de ácido).

ÁCIDOS CARBOXÍLICOS Y DERIVADOS 197

En los siguientes ejemplos puede ver ambas situaciones.

Ejemplo

Ejemplo

Estos criterios son también de aplicación a todos los compuestos en los que un grupo éster actúe como sustituyente por haber grupos funcionales de mayor prioridad (véase Capítulo 11).

Ejercicios 10.5. Represente las siguientes sales y ésteres: A: 5-Metilhexanoato potásico B: Pent-4-enoato de fenilo C: Acrilato de propilo D: Formiato de etilo

198 NOMENCLATURA Y REPRESENTACIÓN DE LOS COMPUESTOS ORGÁNICOS

10.6. Nombre las sales y ésteres:

10.4. ANHÍDRIDOS Son los derivados de los ácidos carboxílicos que se representan por la estructura general R-CO-O-CO-R´. Como se puede ver, un anhídrido procede de la condensación de dos ácidos carboxílicos, R-COOH y R´-COOH, con eliminación de una molécula de agua. Por comodidad, los clasificaremos en: a) simétricos, que son aquellos en los que R y R´ son iguales, es decir, proceden de un único ácido, y b) asimétricos o mixtos, que proceden de dos ácidos diferentes, y por tanto R y R´ son distintos. a) Los anhídricos simétricos de ácidos monocarboxílicos reciben el mismo nombre que el ácido del que proceden, cambiando la palabra ácido por anhídrido.

Ejemplos

ÁCIDOS CARBOXÍLICOS Y DERIVADOS 199

b) Los anhídricos mixtos se nombran con la palabra anhídrido seguida de los nombres de los dos ácidos que lo constituyen, en orden alfabético.

Ejemplos

ANHÍDRIDOS CÍCLICOS Los anhídridos cíclicos, formados por dos grupos carboxilo unidos a una misma estructura fundamental, se nombran del mismo modo que los anhídridos simétricos, es decir, utilizando el prefijo anhídrido y el nombre del ácido dicarboxílico. Si son necesarios, se utilizan localizadores.

Ejemplos

En casos más complejos se utiliza la expresión anhídrido del ácido ...-carboxílico, precedida de los localizadores que sean necesarios.

Ejemplo

Los anhídridos cíclicos también pueden considerarse como heterociclos y, por tanto, nombrarse por la nomenclatura específica para esos compuestos.

200 NOMENCLATURA Y REPRESENTACIÓN DE LOS COMPUESTOS ORGÁNICOS

10.5. SUSTITUYENTES ACILO Como ya sabe, los aldehídos, las cetonas, los ácidos carboxílicos, los ésteres, los anhídridos, etcétera, poseen la parte R-CO- del grupo funcional, común y se diferencian en el segundo sustituyente del grupo carbonilo (-H, -R, -OH, -OR´, -OCOR´, etc.). Esta parte R-CO- se denomina radical o sustituyente acilo, y resulta muy útil para nombrar algunas cetonas (ver el capítulo anterior), y sobre todo los haluros de ácido. Los radicales acilo, se consideran derivados del ácido carboxílico correspondiente, y se nombran cambiando los términos ácido ...-oico por el sufijo -oilo. Si el ácido original se conoce por su nombre común, el radical se nombra sustituyendo los términos ácido ...-ico por el sufijo -oilo, salvo en el caso de los ácidos acético, butírico, fórmico, glutárico, isobutírico, malónico, oxálico, propiónico y succínico, donde se emplea el sufijo -ilo. Observe algunos ejemplos:

Ejemplos

Cuando el ácido original se nombra como ácido ...-carboxílico, el nombre del radical se forma sustituyendo dichos términos por el sufijo -carbonilo.

Ejemplos

10.6. HALUROS DE ÁCIDO Los haluros de ácido, representados esquemáticamente por R-CO-X, son los derivados de los ácidos carboxílicos en los que el grupo acilo está unido a un halógeno X. Se nombran citando el nombre del anión haluro (X-), seguido de la preposición de y del nombre del sustituyente acilo (R-CO-). Así, si R es un grupo alquilo, los compuestos toman el nombre genérico de haluros de alcanoilo o haluros de alcanocarbonilo.

ÁCIDOS CARBOXÍLICOS Y DERIVADOS 201

Ejemplos

En el caso de existir varios haluros distintos sobre una misma estructura, se citan en orden alfabético, y si son iguales, se utilizan los prefijos numéricos habituales.

Ejemplos

En estructuras complejas formadas por varios haluros de acilo, o cuando un grupo acilo está en una cadena lateral, o cuando existen otros grupos funcionales de mayor prioridad, un grupo acilo puede tener el carácter de sustituyente. Para distinguirlo, se cita mediante los prefijos fluorocarbonil-, clorocarbonil-, bromocarbonil- o yodocarbonil-, según cuál sea el halógeno.

Ejemplo

202 NOMENCLATURA Y REPRESENTACIÓN DE LOS COMPUESTOS ORGÁNICOS

10.7. AMIDAS Nos referiremos a los compuestos de fórmula general R-CO-NR´R´´, en los que el grupo acilo está enlazado a un nitrógeno unido a R´ y R´´, que pueden ser grupos alquilo, arilo o hidrógenos. Así, veremos como nombrar los monoacilderivados del amoníaco R-CO-NH2, que son amidas sin sustituir en el nitrógeno; los monoacilderivados de aminas primarias, que son amidas N-monosustituidas (R-CO-NH-R´) y los acilderivados de aminas secundarias, que son amidas N,N-disustituidas (R-CO-NR´R´´). MONOACIL DERIVADOS DE AMONÍACO (R-CO-NH2) Se nombran fácilmente utilizando como base el nombre del ácido carboxílico correspondiente. Si para el ácido se utiliza su nombre común, se sustituyen los términos ácido ...-oico o ácido ...-ico por el sufijo -amida. En el caso particular de la diamida del ácido oxálico se utiliza la contracción oxamida. Si el ácido original se conoce por su nombre sistemático, se sustituyen los términos ácido ...-oico o ácido ...-carboxílico por los sufijos -amida o -carboxamida respectivamente. Es decir, si R es un grupo alquilo, los compuestos toman la forma de alcanamidas o alcanocarboxamidas según corresponda.

Ejemplos

AMIDAS N-SUSTITUIDAS Las amidas con estructura general R-CO-NHR´ y R-CO-NR´R´´ se nombran como amidas N-sustituidas, es decir, se citan los sustituyentes R´ y R´´ como prefijos y la letra N como localizador.

Ejemplos

Las amidas N-sustituidas por grupos fenilo –recuerda la anilina– se llaman anilidas y pueden nombrarse mediante el sufijo -anilida (en lugar de -amida). Si existe otro sustituyente alquilo sobre el nitrógeno, se indica como prefijo precedido de N- como localizador. Si es necesario se utilizan localizadores con primas para indicar

ÁCIDOS CARBOXÍLICOS Y DERIVADOS 203

la posición de los sustituyentes en el anillo bencénico unido al nitrógeno. Observe estas características en los ejemplos siguientes.

Ejemplos

Cuando hay varios grupos amida en la misma molécula, o existe otro grupo funcional de mayor prioridad (ver el capítulo siguiente), debemos distinguir entre los que actúan como grupos principales (que se citan como sufijos), y como sustituyentes (que se citan como prefijos). A continuación indicamos algunas de las situaciones más frecuentes.

a) Si un grupo -CO-NH2 actúa como sustituyente, se cita con el prefijo carbamoil-.

Ejemplo

b) Cuando en una amida del tipo R-CO-NH-R´, el grupo R´ (unido al nitrógeno) es el sistema principal y el grupo R-CO-NH- es el sustituyente, éste se nombra cambiando los sufijos -amida o -carboxamida del nombre de la amida R-CO-NH2 por los prefijos amido- o carboxamido-. De un modo alternativo, se puede nombrar también con prefijos del tipo acilamino-.

204 NOMENCLATURA Y REPRESENTACIÓN DE LOS COMPUESTOS ORGÁNICOS

Ejemplo

En algunos casos más complejos, una amida puede nombrarse como si fuese una amina sustituida con un grupo acilo; es decir, como una amina N-acil sustituida.

Ejemplo

Ejercicios 10.7. Represente los siguientes compuestos: A: Anhídrido acrílico B: Anhídrido 4-metilpentanoico C: Cloruro de hexanoilo D: Dibromuro de tereftaloilo E: Decanamida F: Succinamida G: Hexananilida H: N,N-Dipropilpentanamida

ÁCIDOS CARBOXÍLICOS Y DERIVADOS 205

10.8. Nombre los siguientes compuestos:

10.8. NITRILOS Los compuestos que poseen una estructura general del tipo R-CN se denominan “nitrilos” o “cianuros”. Para nombrarlos se puede utilizar la nomenclatura por sustitución o por grupo funcional.

206 NOMENCLATURA Y REPRESENTACIÓN DE LOS COMPUESTOS ORGÁNICOS

NOMENCLATURA POR SUSTITUCIÓN El nombre de los compuestos del tipo RCN, en los que el N reemplaza a tres hidrógenos al final de la cadena principal de un hidrocarburo acíclico, se forma añadiendo los sufijos -nitrilo (1 grupo -CN) o -dinitrilo (2 grupos -CN) al nombre del hidrocarburo. La numeración de la cadena comienza en el átomo de carbono del grupo -CN.

Ejemplos

Si el compuesto RCN puede ser considerado como derivado de un ácido carboxílico cuyo nombre sistemático finaliza en -carboxílico, el nombre del nitrilo se forma cambiando dicha terminación por -carbonitrilo. En estos casos el carbono del grupo -CN se excluye de la numeración de la cadena.

Ejemplos

Si el ácido carboxílico se nombra por un nombre común, el del nitrilo correspondiente se forma cambiando la terminación -oico o -ico del ácido por -onitrilo.

ÁCIDOS CARBOXÍLICOS Y DERIVADOS 207

Ejemplos

NOMENCLATURA POR GRUPO FUNCIONAL Los nitrilos también pueden nombrarse por nomenclatura por grupo funcional. En este caso, a la palabra cianuro, que se refiere al grupo –CN– le sigue el nombre del sustituyente (radical) R.

Ejemplo

En ocasiones, los grupos -CN han de considerarse como sustituyentes, bien por estar situados sobre una cadena lateral, o bien por existir en la molécula otro grupo funcional de mayor prioridad. En esos casos, se utiliza el prefijo ciano-, con sus localizadores, para indicar su posición.

Ejemplo

208 NOMENCLATURA Y REPRESENTACIÓN DE LOS COMPUESTOS ORGÁNICOS

Ejercicios 10.9. Represente los siguientes nitrilos: A: Cianuro de benzoilo C: Ácido p-cianobenzoico

B: Cianuro de butilo D: Butanodinitrilo (Succinonitrilo)

10.10. Nombre los siguientes nitrilos:

Soluciones 10.1.

ÁCIDOS CARBOXÍLICOS Y DERIVADOS 209

10.2.

10.3.

210 NOMENCLATURA Y REPRESENTACIÓN DE LOS COMPUESTOS ORGÁNICOS

10.4.

ÁCIDOS CARBOXÍLICOS Y DERIVADOS 211

10.5.

10.6.

212 NOMENCLATURA Y REPRESENTACIÓN DE LOS COMPUESTOS ORGÁNICOS

10.7.

10.8.

ÁCIDOS CARBOXÍLICOS Y DERIVADOS 213

10.9.

214 NOMENCLATURA Y REPRESENTACIÓN DE LOS COMPUESTOS ORGÁNICOS

10.10.

LOS COMPUESTOS

HETEROFUNCIONALES

11

Las normas para nombrar los compuestos que poseen varios grupos funcionales distintos son esencialmente las mismas que las utilizadas para los compuestos que tienen grupos funcionales iguales. La única salvedad es que se hace necesario definir uno de ellos –que es el que determinará la cadena principal y el orden de numeración– como el grupo principal, considerándose los restantes grupos funcionales como sustituyentes. Naturalmente, un mismo grupo funcional puede actuar como principal o como sustituyente, dependiendo de cuáles sean los otros grupos funcionales presentes en la molécula.

11.1. GRUPO PRINCIPAL Para seleccionar el grupo principal de entre los que existan en un compuesto determinado, se hace uso del orden de preferencia que se indica en la Tabla 11.1, donde los grupos funcionales están ordenados por prioridad decreciente. Mostramos también los prefijos y sufijos que se han de usar cuando un grupo actúa como sustituyente o como grupo principal respectivamente. A efectos de utilizar la Tabla 11.1, le recordamos que R representa un grupo sustituyente y que (C) designa un átomo de carbono incluido en el nombre de la estructura fundamental y que no pertenece al grupo designado por el sufijo o prefijo correspondiente. Ciertos grupos funcionales se describen por su prefijo exclusivamente. Algunos otros con esa misma característica figuran en la Tabla 11.2. En ambas Tablas 11.1 y 11.2 figuran algunos grupos funcionales que no fueron citados en los capítulos precedentes. Su inclusión le permitirá nombrar, por sustitución, esos compuestos, siguiendo las mismas reglas que en los demás casos.

11.2. FORMACIÓN DEL NOMBRE El nombre de un compuesto que posea grupos funcionales distintos se construye sobre el del hidrocarburo correspondiente a la “estructura fundamental”, añadiéndole los localizadores, prefijos y sufijos correspondientes. Siga los siguientes pasos: 1. Seleccione el grupo funcional principal, que dará nombre al compuesto (nomenclatura por grupo funcional) o se utilizará como sufijo (nomenclatura por sustitución), e identifique a los sustituyentes que se citarán por sus prefijos. 2. Defina la “estructura fundamental” (cadena o anillo principal), utilizando los criterios generales que ha aplicado en capítulos anteriores. Resumidos de un modo breve, son los siguientes: a) En compuestos acíclicos, utilice los mismos criterios que para seleccionar la cadena principal de alcoholes, cambiando simplemente el/los -OH por el grupo principal que corresponda. b) Si el grupo principal está en una cadena alifática que contiene un sustituyente cíclico, el compuesto se nombra como compuesto alifático y el anillo como prefijo (radical). c) Si el grupo principal está en un sistema cíclico, el anillo es la estructura fundamental. d) Si el grupo principal está presente en dos o más cadenas o sistemas cíclicos, la “estructura fundamental” es la que lo contiene el mayor número de veces. De no poder seleccionar la cadena de este modo, aplique los criterios que figuran en el apartado a. *Una lista exhaustiva incluyendo otros grupos funcionales y especies químicas figura en las publicaciones especializadas de la IUPAC.

215

216 NOMENCLATURA Y REPRESENTACIÓN DE LOS COMPUESTOS ORGÁNICOS

Tabla 11.1

LOS COMPUESTOS HETEROFUNCIONALES 217

Tabla 11.2

3. Numere la “estructura fundamental” y asigne los localizadores. Recuerde que los localizadores más bajos deben corresponder a las siguientes características estructurales consideradas sucesivamente en el orden de mayor a menor preferencia. a) Numeración propia de algunos sistemas (sistemas aromáticos, policiclos, etc). b) Grupo funcional principal citado como sufijo. c) Insaturaciones (-eno/-ino). d) Sustituyentes citados como prefijos. 4. El nombre se forma empezando por los sustituyentes en orden alfabético, precedidos por sus localizadores y prefijos numéricos (di-, tri-, etc.). Recuerde que los localizadores se colocan –salvo cuando se utilizan contracciones– inmediatamente delante de la parte del nombre a la que se refieren. El localizador 1, cuando señala la posición del grupo principal (sufijo), no es necesario citarlo, aunque se suele poner si existen en el mismo nombre otros localizadores.

11.3. CÓMO REPRESENTAR UN COMPUESTO HETEROFUNCIONAL A PARTIR DE SU NOMBRE SISTEMÁTICO Se seguirán los siguientes pasos: 1º) Localice en el nombre los prefijos y sufijos, y sepárelos del mismo. Lo que queda es el nombre de la estructura fundamental. Dibújela y numérela: – Si tiene numeración sistemática propia –sistemas aromáticos, biciclos, etc.–, utilícela. – Si es un compuesto acíclico, numérelo a partir de un extremo. – Si es cíclico, el grupo principal fijará la posición 1. 2º) Sitúe las insaturaciones utilizando sus localizadores. 3º) El sufijo identifica el grupo principal. Sitúelo en la posición adecuada de la estructura fundamental. 4º) Los prefijos identifican los sustituyentes. Sitúelos en la estructura fundamental ayudándose de los localizadores.

Ejemplo

218 NOMENCLATURA Y REPRESENTACIÓN DE LOS COMPUESTOS ORGÁNICOS

Ejemplos En los ejemplos siguientes mostramos el proceso de formación del nombre aplicado a una selección de compuestos con grupos funcionales distintos. Puede utilizarlos como ejercicios de formación del nombre, y también a la inversa, como ejercicios de representación a partir del nombre, sin más que cubrir la parte derecha o la izquierda de la página, es decir, tapando los nombres o los dibujos respectivamente. Utilice las Tablas 11.1 y 11.2 para comprobar los prefijos y sufijos. En los dibujos, la estructura fundamental aparece numerada y con trazos más gruesos. Por simplicidad, se utilizan las abreviaturas siguientes: E.F. = Estructura fundamental G.P. = Grupo principal S. = Sustituyente

LOS COMPUESTOS HETEROFUNCIONALES 219

220 NOMENCLATURA Y REPRESENTACIÓN DE LOS COMPUESTOS ORGÁNICOS

Ejercicios 11.1. Represente la estructura de los siguientes compuestos: A: 2-Etoxietanol

B: Anhídrido acético bromoacético

C: 7-Hidroxi-4-metilheptan-2-ona

D: Ácido 4-formilciclohex-2-eno-1-carboxílico

LOS COMPUESTOS HETEROFUNCIONALES 221

11.2. Nombre los siguientes compuestos:

Soluciones 11.1.

222 NOMENCLATURA Y REPRESENTACIÓN DE LOS COMPUESTOS ORGÁNICOS

11.2.

COMPUESTOS

HETEROCÍCLICOS

12

Los heterociclos son compuestos cíclicos en los que, formando parte del anillo, se encuentran uno o más átomos de elementos distintos de carbono (los llamados “heteroátomos”). Aunque se conocen compuestos heterocíclicos que incorporan una gran variedad de distintos elementos (B, N, O, Al, Si, P, S, Sn, etc.), en este capítulo se describen fundamentalmente los que incorporan N, O y S. La nomenclatura de los compuestos heterocíclicos es, en general, más compleja que las de otras familias de compuestos orgánicos debido tanto a la existencia de dos sistemas alternativos admitidos por la Unión Internacional de Química Pura y Aplicada (IUPAC) como al mantenimiento de un gran número de nombres comunes aceptados. El lector podrá encontrar en las referencias que se citan en el Prólogo información sobre situaciones de mayor complejidad que las aquí se describen.

12.1. NOMBRES COMUNES A continuación y en una serie de tablas en las que los compuestos están ordenados alfabéticamente, se muestran los nombres comunes de una selección de los heterociclos más representativos. Estos nombres se utilizan también para formar los nombres de los derivados sustituidos y los de los sistemas condensados. La Tabla 12.1 muestra heterociclos con nitrógeno y sus nombres comunes, la Tabla 12.2 los de oxígeno y la Tabla 12.3 los de azufre junto con los heterociclos que contienen dos heteroátomos distintos. La Tabla 12.4 muestra los nombres comunes de los heterociclos hidrogenados y la Tabla 12.5 los que se asignan a aquellos compuestos en los que el heterociclo es un sustituyente de otra estructura principal. En todos ellos se indica su numeración sistemática, salvo en aquellos casos, señalados con un asterisco (*), en los que el orden de la numeración es excepcional. Tabla 12.1. Heterociclos con nitrógeno

p

223

224 NOMENCLATURA Y REPRESENTACIÓN DE LOS COMPUESTOS ORGÁNICOS

Tabla 12.1. Heterociclos con nitrógeno (cont.)

Tabla 12.2. Heterociclos con oxígeno

p

COMPUESTOS HETEROCÍCLICOS 225

Tabla 12.2. Heterociclos con oxígeno (cont.)

Tabla 12.3. Heterociclos con azufre y con dos heteroátomos distintos

Tabla 12.4. Heterociclos hidrogenados

226 NOMENCLATURA Y REPRESENTACIÓN DE LOS COMPUESTOS ORGÁNICOS

Tabla 12.5. Heterociclos como sustituyentes

En general, y salvo los casos mostrados en la Tabla 12.5, para nombrar a los heterociclos como sustituyentes se añade el sufijo -ilo al nombre de compuesto, eliminando la vocal final si existe. Los localizadores numéricos –que habitualmente se insertan inmediatamente delante de la parte del nombre a la que se refieren– se colocan delante de todo el nombre del sustituyente cuando éste se nombra mediante un nombre “contraído” de los mostrados en la Tabla 12.5.

Ejemplos

COMPUESTOS HETEROCÍCLICOS 227

Ejercicios 12.1. Nombre los siguientes heterociclos a partir de los nombres comunes de sus isómeros que figuran en las Tablas 12.1-12.4. Utilice prefijos del tipo “nH-”, donde n es el localizador numérico que indica el átomo que incorpora el átomo de hidrógeno “extra”.

12.2. Represente los siguientes heterociclos: A: 2H-Pirrol B: 4H-Pirazol C: 4H-Imidazol

D: 5H-Indazol

228 NOMENCLATURA Y REPRESENTACIÓN DE LOS COMPUESTOS ORGÁNICOS

12.2. NOMENCLATURA POR SUSTITUCIÓN La nomenclatura por sustitución es el procedimiento más sencillo para nombrar heterociclos. Consiste en anteponer un prefijo, propio de cada heteroátomo, al nombre del hidrocarburo correspondiente al heterociclo que queremos nombrar. El hidrocarburo de referencia se obtiene por sustitución de los heteroátomos del heterociclo por CH2 , CH o C según convenga. En la Tabla 12.6 se muestran los prefijos que identifican a los heteroátomos más comunes. Al formar los nombres, los prefijos se citan por el orden de mayor a menor prioridad indicado en la Tabla 12.6. La letra “a” final se suprime si le sigue otra vocal. En compuestos monocíclicos, el localizador 1 se asigna al heteroátomo de mayor prioridad procurando que si hay más heteroátomos, les corresponda la combinación de localizadores más baja posible. Tabla 12.6

Este sistema de nomenclatura suele utilizarse para heterociclos monocíclicos de más de 10 miembros, para sistemas con “puente” y para sistemas espiránicos. En estos últimos casos, al igual que con heterociclos condensados, los localizadores que se asignan son los propios del hidrocarburo, independientemente de la posición de los heteroátomos.

COMPUESTOS HETEROCÍCLICOS 229

A estos deben asignarse los localizadores más bajos posibles. En el caso de los heterociclos monocíclicos de menos de 10 miembros, este sistema de nomenclatura se ha aplicado generalmente sólo a los que contienen silicio.

Ejemplos

230 NOMENCLATURA Y REPRESENTACIÓN DE LOS COMPUESTOS ORGÁNICOS

Ejercicios 12.3. Nombre los siguientes heterociclos por nomenclatura de sustitución:

12.4. Represente los siguientes heterociclos: A: 1,4-Ditianaftaleno

B: Silaciclopentano

C: 1,6-Diazabiciclo[4.2.2]decano

D: 1,4,8-Triazaheptaleno

COMPUESTOS HETEROCÍCLICOS 231

12.3. NOMENCLATURA POR EL SISTEMA DE HANTZSCH-WIDMAN Este sistema se utiliza con heterociclos monocíclicos de tamaño no superior a 10 miembros y que contienen uno o más heteroátomos. El nombre se forma mediante el uso de los prefijos que figuran en la Tabla 12.6, para informar sobre los tipos de heteroátomos, seguido de una terminación (Tabla 12.7) que define el tamaño del anillo y el grado de saturación. Tabla 12.7

232 NOMENCLATURA Y REPRESENTACIÓN DE LOS COMPUESTOS ORGÁNICOS

Para formar los nombres siguiendo este procedimiento, se utilizan los siguientes criterios: – Los prefijos se citan por orden de mayor a menor prioridad de la Tabla 6. La letra “a” al final del prefijo se suprime si le sigue otra vocal. – Para indicar la multiplicidad de un mismo heteroátomo, se anteponen los terminos “di-”, “tri-”, etc., a su prefijo característico. – En heterociclos parcialmente hidrogenados, se utiliza el localizador numérico del átomo seguido de -H, para indicar la posicion hidrogenada. – Si en un compuesto monocíclico existe un solo heteroátomo, éste es el que determina la numeración del anillo y se le asigna el localizador 1. – Cuando un mismo heterátomo figura más de una vez en un anillo, se elige como numeración la combinación de localizadores más baja posible. – Si el heterociclo contiene heteroátomos de distinta clase, el localizador 1 se le asigna al de mayor prioridad (Tabla 12.6). Luego se numera el resto del anillo de modo que a los restantes heteoátomos les correspondan los localizadores más bajos posibles, independientemente de su clase. Si en estas condiciones, la numeración fuera aún ambigua, se le dará el localizador más bajo al heteroátomo que tenga la mayor prioridad según lo indicado en la Tabla 12.6. Observe la aplicación de estos criterios para nombrar los heterociclos siguientes:

COMPUESTOS HETEROCÍCLICOS 233

A continuación se muestran otros ejemplos representativos:

234 NOMENCLATURA Y REPRESENTACIÓN DE LOS COMPUESTOS ORGÁNICOS

Ejercicios 12.5.

Nombre los siguientes heterociclos por el sistema de Hantzsch-Widman:

COMPUESTOS HETEROCÍCLICOS 235

12.6. Represente los siguientes heterociclos: A: 1,3,5-Triazina B: 1,2-Oxatiolano C: 1,3-Tiazol

D: 1,3,5,7-Tetroxocano

E: Azocina

F: 1,2,4,3-Triazasilolidina

G: Oxaziridina (Oxazirano)

H: 1H-Azirina

I: 1,3,2,4-Diazafosfasiletidina

J: 1,2-Oxaselenolano

(1,3,2,4-Diazafosfasiletano) K: 4H-1,3,2,4,6-Dioxatriazina (1,3,2,4-Diazafosfasiletano)

L: Oxepano

236 NOMENCLATURA Y REPRESENTACIÓN DE LOS COMPUESTOS ORGÁNICOS

Soluciones 12.1.

COMPUESTOS HETEROCÍCLICOS 237

12.2.

12.3.

12.4.

238 NOMENCLATURA Y REPRESENTACIÓN DE LOS COMPUESTOS ORGÁNICOS

12.5.

COMPUESTOS HETEROCÍCLICOS 239

12.6.

240 NOMENCLATURA Y REPRESENTACIÓN DE LOS COMPUESTOS ORGÁNICOS

ESTEREOISÓMEROS

13

Se denominan isómeros a los compuestos que tienen idéntica fórmula molecular pero diferente estructura. Esto puede ser debido a que poseen distintos tipos de enlaces, a que sus átomos están unidos en distinto orden (conectividad) o a diferencias en la disposición de sus átomos en el espacio. Los estereoisómeros son un tipo de isómeros caracterizados porque los átomos presentan la misma conectividad en todos ellos pero su disposición espacial es distinta en cada isómero. Así, las estructuras de los estereoisómeros se diferencian solamente en la distinta posición en el espacio de algunos de sus átomos. En el esquema y estructuras siguientes se muestran distintos ejemplos de isómeros.

t 241

242 NOMENCLATURA Y REPRESENTACIÓN DE LOS COMPUESTOS ORGÁNICOS

Para nombrar adecuadamente a los estereoisómeros, se añade a sus nombres –construidos de acuerdo con la reglas de nomenclatura vistas en los capítulos precedentes –unos prefijos denominados “estereodescriptores” o “descriptores esteroquímicos”, (por ejemplo, R, S, cis, trans, Z, E), que informan de las características estereoquímicas. Por tanto, los nombres de dos compuestos que son estereoisómeros se diferencian únicamente en los descriptores esteroquímicos de cada uno. Naturalmente, cuando se utilizan nombres comunes, es frecuente no incorporar los descriptores porque dichos nombres ya llevan implícita la estereoquímica (por ejemplo, colesterol).

Ejemplos

A continuación se muestra el uso de los descriptores estereoquímicos más utilizados.

13.1. ISOMERÍA CIS-TRANS Y CONVENCIÓN E/Z Los descriptores estereoquímicos cis/trans y E/Z se utilizan para diferenciar entre los estereoisómeros que poseen algunos de sus átomos o grupos de átomos en distinta posición con respecto a un plano determinado, (por ejemplo, alquenos y compuestos cíclicos). Si en el nombre fuera necesario incluir varias veces los términos cis- y trans-, estos pueden abreviarse a c- y t-. ISÓMEROS CIS/TRANS Se dice que un átomo, grupo de átomos o sustituyente está en posición cis con respecto a otro cuando ambos se encuentran al mismo lado de un plano de referencia. Si se encuentran a lados opuestos decimos que su relacion es trans. El plano de referencia en alquenos es el perpendicular al sistema sigma que contiene a los carbonos olefínicos y sus sustituyentes mientras que en compuestos cíclicos es el plano del anillo. Los isómeros que presentan este tipo de relación estereoquímica se denominan isómeros cis/trans.

ESTEREOISÓMEROS 243

La nomenclatura de los isómeros cis/trans en cicloalcanos y sistemas bicíclicos ha sido tratada en el Capítulo 3 mientras que la de alquenos figura en el Capítulo 4. CONVENCIÓN E/Z La diferenciación de los isómeros de los alquenos mediante los descriptores cis/trans no es de aplicación totalmente general por lo que para evitar ambigüedades, su uso se restringe a olefinas disustituidas en 1,2 –sobre carbonos vecinales– o a sistemas análogos. Existe un sistema de nomenclatura totalmente general que permite nombrar fácilmente los isómeros de los alquenos sustituidos, utilizando los estereodescriptores “E” y “Z” en lugar de los “cis” y “trans”. Para aplicar la “convención E/Z” a alquenos se sigue el siguiente procedimiento: 1º) Se aplican las reglas de secuencia de Cahn, Ingold y Prelog que se muestran en el apartado siguiente, a los dos sustituyentes de uno de los carbonos que forman el doble enlace y se selecciona el sustituyente de mayor prioridad. 2º) Se repite el proceso con los dos sustituyentes del otro carbono olefínico, seleccionando también el de mayor prioridad. 3º) Se compara la posición del sustituyente de mayor prioridad de uno de los dos carbonos olefínicos con la del sustituyente de mayor prioridad del otro carbono olefínico y: a) si ambos sustituyentes están del mismo lado del plano de referencia –el que, contiene a los dos carbonos olefínicos y es perpendicular al del sistema sigma– decimos que es el isómero Z (del alemán zusammen, juntos). b) si ambos sustituyentes están en lados opuestos del plano de referencia, decimos que es el isómero E (del alemán entgegen, opuesto). 4º) Para formar el nombre, se añade el descriptor, entre paréntesis y seguido de un guión, como prefijo. Si el compuesto tiene varios dobles enlaces, cada descriptor va inmediatamente precedido del localizador numérico (el más bajo), del doble enlace a que se refiere. La aplicación de esos pasos para asignar los descriptores y nombrar alquenos, se ilustran con los dos ejemplos siguientes:

Ejemplo 1

t

244 NOMENCLATURA Y REPRESENTACIÓN DE LOS COMPUESTOS ORGÁNICOS

Ejemplo 2

t

ESTEREOISÓMEROS 245

Estos descriptores E/Z se aplican también para distinguir los isómeros que se generan sobre otros tipos de dobles enlaces tales como oximas, iminas, etc.

Ejemplos

Ejercicios 13.1. Nombre los siguientes compuestos utilizando los descriptores estereoquímicos adecuados:

246 NOMENCLATURA Y REPRESENTACIÓN DE LOS COMPUESTOS ORGÁNICOS

13.2. Represente los siguientes compuestos:

13.2

A: Ácido (E)-pent-2-enodioico

B: (E)-5-Metilocta-1,4-dieno

C: (1Z,3E)-Ciclododeca-1,3-dieno

D: 1-((E)-2-ciclopentilvinil)-4-metilciclohexano

COMPUESTOS QUIRALES: ESPECIFICACIÓN DE LA CONFIGURACIÓN ABSOLUTA

CONVENCIÓN R/S En compuestos quirales, la configuración absoluta de sus centros estereogénicos (carbonos asimétricos) se especifica mediante el uso de los estereodescriptores R y S que se asignan a cada centro quiral aplicando las reglas de secuencia de Cahn, Ingold y Prelog (“reglas CIP”). Para asignar los descriptores R y S a un carbono asimétrico (u otro átomo) que está unido a cuatro sustituyentes distintos, se sigue el siguiente procedimiento: 1º) Se ordenan esos sustituyentes por su “orden de prioridad” decreciente, de acuerdo con las “reglas CIP”. Así, el sustituyente a tiene la máxima prioridad, el b la segunda, el c la tercera y el d la cuarta (menor): a > b > c > d. 2º) Ayudándonos de modelos moleculares, situamos la molécula en el espacio de modo que el sustituyente de menor prioridad (d) se sitúe lo más alejado posible de nosotros quedando los otros tres (a, b, c) frente al observador. Nótese que en estas condiciones, sólo son posibles dos ordenamientos espaciales distintos de estos tres sustituyentes, que coinciden con los de cada enantiómero, tal como se muestra en la figura. 3º) Se compara el ordenamiento espacial de a, b, c con el sentido de giro de las agujas del reloj de manera que: a) Si al recorrerlos yendo desde el de mayor al de menor prioridad (de a a b y a c) el giro coincide con el sentido del movimiento de las agujas de un reloj, a ese centro quiral se le asigna la configuración absoluta R (del latín Rectus) b) Si al recorrerlos en el orden de mayor a menor prioridad, se va en sentido contrario al movimiento de las agujas de un reloj, al centro quiral se le asigna la configuración absoluta S (del latín Sinister).

ESTEREOISÓMEROS 247

Para nombrar uno de estos enantiómeros, al nombre del compuesto se le añade el descriptor R / S que le corresponda, como prefijo, entre paréntesis y seguido de guión. Si la molécula contiene más de un centro quiral, el procedimiento se aplica a cada uno de ellos, y la configuración absoluta se expresa como un conjunto de descriptores R/S. En este caso, el nombre va precedido de un paréntesis donde se incluyen los descriptores con sus localizadores numéricos.

Ejemplos

REGLAS DE SECUENCIA A continuación se exponen las Reglas que permiten asignar las prioridades a los sustituyentes de un centro asimétrico. Regla 1. Se comparan los átomos directamente unidos al centro asimétrico. Los átomos con los números atómicos más altos tienen las prioridades más altas (a mayor número atómico, mayor prioridad). El sustituyente de menor prioridad es, por lo tanto, hidrógeno. Si hay isótopos de un mismo elemento, los más pesados tienen las prioridades más altas. La aplicación de esta regla a una serie de átomos directamente unidos al centro quiral da el siguiente resultado (ordenados de mayor a menor prioridad) I > Br > Cl > S > F > O > N > 13C > 12C > 3H > 2H > 1H

Ejemplo Véase la aplicación de esta norma para asignar el descriptor al enantiómero indicado del 1-fluoro-1-yodoetano.

248 NOMENCLATURA Y REPRESENTACIÓN DE LOS COMPUESTOS ORGÁNICOS

Regla 2. Si los átomos directamente unidos al centro quiral son iguales, (es decir si la regla 1 resulta inútil para diferenciar prioridades), se considera el número atómico de los átomos que les siguen en la cadena hasta alcanzar el primer punto de diferencia que permita asignar la prioridad.

Ejemplos

t

ESTEREOISÓMEROS 249

Ejercicios 13.3. Ordene los siguientes grupos por orden de prioridad decreciente:

Es importante resaltar que la decisión sobre el orden de prioridad se toma en cuanto se observa el primer punto de diferencia a lo largo de cadena. Es decir, una vez que se alcanza el átomo que presenta la primera diferencia, la constitución del resto de la cadena es irrelevante. Si al recorrer la cadena se alcanza un punto de ramificación, se continua por la subcadena de prioridad más alta.

Ejemplo

250 NOMENCLATURA Y REPRESENTACIÓN DE LOS COMPUESTOS ORGÁNICOS

Regla 3. Los dobles y triples enlaces se tratan como si esos átomos estuvieran enlazados entre sí por dos o tres enlaces sencillos. Así por ejemplo, un carbono olefínico se trata como si estuviera unido no a otro carbono y por un doble enlace sino a dos carbonos (uno de ellos imaginario), por un enlace sencillo con cada uno. En el caso de un alquino, el carbono se considera enlazado no a un carbono a través de tres enlaces sino a tres carbonos (dos de ellos imaginarios) por un enlace sencillo con cada uno.

Ejemplos

Si fuera necesario priorizar entre dos dobles enlaces de igual sustitución se asigna a los dobles enlaces Z mayor prioridad que a los E.

Ejemplo Véase la aplicación de las normas anteriores para nombrar y asignar el descriptor al centro asimétrico del enantiómero de carvona.

ESTEREOISÓMEROS 251

El lector debe tener en cuenta que el descriptor R/S que se asigna a un compuesto viene determinado por estas reglas de prioridad entre los sustituyentes y que a estructuras similares puede corresponderles descriptores distintos como resultado de cambios en el orden de prioridad de alguno de los sustituyentes. Por ejemplo, la distribución en el espacio de los sustituyentes del carbono asimétrico del ácido (S)-2-fenil-2-metoxiacético y del correspondiente cloruro de ácido son idénticas y a ambos les corresponde el mismo descriptor. Sin embargo, al ácido (S)-2-fenil-3,3,3trifluoro-2-metoxipropanoico y a su cloruro de ácido, les corresponden descriptores distintos (S y R respectivamente), aunque tienen la misma disposición espacial de los sustituyentes.

252 NOMENCLATURA Y REPRESENTACIÓN DE LOS COMPUESTOS ORGÁNICOS

Ejercicios 13.4. Nombre los siguientes compuestos utilizando los descriptores estereoquímicos R/S. Utilice modelos moleculares para estudiar la disposición espacial de las moléculas y revise en el Capítulo 1 los diversos modos de representación de estructuras en el espacio.

13.5. Represente los siguientes compuestos: A: (S)-2-Metilciclohex-3-enona C: Ác.(1S,3R)-3-metoxiciclopentanocarboxílico E: (1R,2S,4R)-1,2,4-Triclorociclohexano

B: (S)-But-3-en-2-ol D: (3S,4R,5R)-Oct-1-eno-3,4,5-triol F: (R)-4-Metilpent-1-in-3-amina

ESTEREOISÓMEROS 253

Soluciones 13.1.

13.2.

254 NOMENCLATURA Y REPRESENTACIÓN DE LOS COMPUESTOS ORGÁNICOS

13.3. D>C>B>E>A 13.4.

13.5.

ESTEREOISÓMEROS 255