45992_180061_nomenclatura iupac

NOMENCLATURA DE LOS COMPUESTOS ORGÁNICOS El objetivo fundamental de este cuadernillo es suministrar las herramientas imprescindibles para poder nombrar correctamente las estructuras de compuestos orgánicos no especialmente complicados, así como pa-ra la operación inversa, es decir, para formular los compuestos (representar sus estructuras) a partir de sus nombres. La mayor parte de él se dedica a la nomenclatura por sustitución (secciones 2 a 8), la más útil y versátil para principiantes. No obstante, se incluyen también una primera sección de presentación y dos breves secciones, al final, sobre nomenclaturas de reemplazo y radicofuncional. NCO.1.- Los diferentes tipos de nomenclatura IUPAC Las normas de nomenclatura de los compuestos químicos están redactadas por comisiones de exper-tos bajo los auspicios de la International Union of Pure and Applied Chemistry (IUPAC). Las normas vigentes de nomenclatura orgánica se encuentran en el llamado Libro Azul ("Nomenclature of Organic Chemistry. Sec-tions A, B, C, D, E, F and H". Pergamon Press. Oxford, 1979. Hay una adaptación española, editada por el Consejo Superior de Investigaciones Científicas en 1987), así como en otro texto IUPAC posterior (que no sus-tituye al citado, sino que lo complementa: "A Guide to IUPAC Nomenclature of Organic Compounds. Recom-mendations 1993". Blackwell Scientific Publications. Oxford, 1993). En la página web de la IUPAC no se en-cuentran estas publicaciones, pero hay muchos accesos a nomenclaturas especializadas:

http://www.chem.qmw.ac.uk/iupac Son muchos los que creen que sólo son IUPAC los nombres “completamente sistemáticos”; p. ej., eta-nol (pero no alcohol etílico) o ácido etanoico (pero no ácido acético). Esa falsa idea está lamentablemente ali-mentada por muchos buenos libros de texto que –salvo excepciones– son muy poco cuidadosos con la nomen-clatura o que, incluso, confunden continuamente los nombres de los tipos de nomenclatura. [Por cierto, que la Guía de 1993 da una vuelta de tuerca más al concepto de nombre sistemático, cuando indica en su preámbulo que nombres tales como metano o etanol son sólo "semisistemáticos"; el nombre sistemático de CH4 es carba-no. Pero estas notas no irán en esa dirección]. Por eso conviene conocer cuáles son los tipos de nomenclatura que la IUPAC reconoce como oficiales, que están mayoritariamente recogidos en la sección C del Libro Azul. La elección de un tipo u otro es cuestión de eficacia, necesidad o conveniencia, según los casos. La nomenclatura que la mayoría de los químicos identifican como sistemática es la denominada no-menclatura por sustitución. Se llama así porque, para cada tipo de función, se sustituye la o final de los nom-bres de los hidrocarburos por un sufijo característico: de propano, propanal; de benceno, bencenamina; de hex-1-ino, hex-1-in-3-ona. Es, sin duda, el tipo de nomenclatura que permite nombrar el mayor número de com-puestos no especialmente complicados y, por ello, la más usada en los cursos introductorios de Química Orgá-nica. La nomenclatura radicofuncional se caracteriza por unos nombres en que "se oyen" la función y lo que antiguamente se denominaba radical (ahora, sustituyente). P. ej., Pri-OH, alcohol isopropílico; Ph-CO-Me, ceto-na fenil metílica; Bu-Cl, cloruro de butilo; Et2O, éter dietílico. La nomenclatura de reemplazo se emplea especialmente (pero no exclusivamente) en el campo de los heterociclos. Cuando en un compuesto determinado se reemplaza un CH2 por O o por S, un CH por N, etc., se puede usar su nombre por sustitución con un prefijo "de reemplazo" que siempre termina en a: oxa para O, tia para S, aza para N, etc. [Por esta razón, este sistema se conoce también como “nomenclatura en -a”]. Oxaci-clopentano es el nombre de reemplazo del tetrahidrofurano (THF).

O O

OH

OH OH

O

HOOH

OH

O

HO

Tetrahidrofurano(THF)

Oxaciclopentano Furano D-!-Ribosa D-!-2-Desoxirribosa

Los tres anteriores tipos de nomenclatura sistemática son los más empleados, pero hay otros que res-ponden a necesidades más concretas. Así, el propio tetrahidrofurano es un buen ejemplo de nomenclatura adi-tiva. Viendo su fórmula y la del furano (el nombre común de un heterociclo insaturado), la cosa está clara: el paso del segundo al primero requiere la adición formal de cuatro hidrógenos. Para operaciones de nomenclatura inversas existe la llamada nomenclatura sustractiva. Un ejemplo clásico es la 2-desoxirribosa (presente en el DNA), que procede de la ribosa (componente del RNA) por pérdida formal de un átomo de oxígeno. ¿Cómo llamar con lógica compuestos como Ph-Ph? La nomenclatura por sustitución conduce a "fenil-benceno", pero no es demasiado coherente tratar de distinta manera a dos grupos iguales. En situaciones de

Nomenclatura orgánica

2

esta índole (y en otras más complicadas, desde luego) es especialmente útil la nomenclatura de acoplamiento de unidades idénticas; bifenilo es el nombre de esta clase para el ejemplo que se discute. A efectos de confección de índices es muy útil la nomenclatura conjuntiva, que por ello es muy em-pleada por el Chemical Abstracts Service de la American Chemical Society (p. ej., en SciFinder Scholar, acce-sible desde la biblioteca de la Facultad de Química). Según esa nomenclatura, un compuesto como Cy-CH2OH (Cy es el símbolo abreviado del sustituyente ciclohexilo) se denomina ciclohexanometanol (mediante unión o conjunción simple de los nombres de los dos componentes), en vez de ciclohexilmetanol, como propugna la nomenclatura por sustitución. Hasta aquí se han considerado siete tipos distintos de nomenclaturas sistemáticas. Pero la IUPAC también reconoce como válidos (y por tanto, oficiales; además, los recomienda en muchos casos) nombres comunes o vulgares asistemáticos como ácido acético, anilina, glucosa, pirrol, piridina… Estamos, pues, ante la nomenclatura común, que también es nomenclatura IUPAC. La relación de tipos de nomenclaturas IUPAC más importantes debe completarse con dos: − La extensión del sistema de Von Baeyer para hidrocarburos con puentes (recogida en la sección A del Libro

Azul), que conduce a nombres como biciclo[3.2.1]oct-6-eno para el hidrocarburo bicíclico representado abajo. La numeración empieza en una cabeza de puente, sigue por el puente más largo, luego por el mediano y termina con el más corto; si hay opción, se hace corresponder el menor número (localizador) posible al “acci-dente” principal de la molécula (el doble enlace en el ejemplo). Entre corchetes, sin espacios y separados por puntos, se indican el número de carbonos de cada puente, de mayor a menor. Finalmente, el nombre del hi-drocarburo de cadena abierta que tuviese el mismo número total de carbonos, con los localizadores necesa-rios para enlaces múltiples (o sustituyentes y grupos funcionales si los hubiere).

− El sistema de Hantzsch-Widman para heterociclos se describe en la sección B del Libro Azul y en una publi-cación posterior. Consiste en un conjunto de prefijos para los heteroátomos (los mismos de la nomenclatura de reemplazo) y otro de sufijos que encierran una doble información: tamaño del anillo y si contiene o no en-laces dobles. Según esta nomenclatura, el THF se denomina oxolano y el furano, oxol. Se indican otros ejemplos a continuación, pero no debe hacerse ningún esfuerzo por memorizarlos; en las asignaturas de in-troducción a la Química Orgánica no se necesitan más que los nombres comunes (¡también oficiales!) de los heterociclos más importantes: piridina, pirrol, furano, tiofeno y muy pocos más.

Biciclo[3.2.1]oct-6-eno

12

34

56

7

8

O

N

N

Oxirano 1,3-Diazina(Pirimidina)

O

O

2,3-Dihidro-1,4-dioxina

HN

Aziridina

S

S

1,5-Ditiocano

NH

1H-Azol(Pirrol)

Nomenclatura por sustitución

NCO.2.- Alcanos1 y radicales (sustituyentes) alquilo. Ya se ha mencionado en la sección anterior que la nomenclatura por sustitución se basa en los hidro-carburos. Los nombres de los alcanos incluidos en la tabla 1 permiten conocer la mecánica de su formación. Todos terminan en …ano.

Tabla 1. Nombres de alcanos lineales (no ramificados); [n = número de átomos de C de la cadena]. n Nombre n Nombre n Nombre n Nombre 1 Metano (CH4) 9 Nonano 21 Henicosano 50 Pentacontano 2 Etano (CH3-CH3) 10 Decano 22 Docosano 60 Hexacontano 3 Propano (CH3-CH2-CH3) 11 Undecano 23 Tricosano 70 Heptacontano 4 Butano 12 Dodecano 30 Triacontano 80 Octacontano 5 Pentano 13 Tridecano 31 Hentriacontano 90 Nonacontano 6 Hexano 14 Tetradecano 32 Dotriacontano 100 Hectano 7 Heptano 19 Nonadecano 33 Tritriacontano 132 Dotriacontahectano 8 Octano 20 Icosano 40 Tetracontano 189 Nonaoctacontahectano

1 Los alcanos constan sólo de C e H unidos por enlaces simples; si hay ciclos, se llaman cicloalcanos. Los hidrocarburos con enlaces

C=C se llaman alquenos; con enlaces C≡C, alquinos.


3

Las cadenas pueden presentar ramificaciones. Para poderlas nombrar, si las hay, es necesario esta-blecer los nombres de unas entidades procedentes de los alcanos por pérdida formal de un átomo de hidróge-no (H·). Lo que resulta es una especie con un electrón desapareado, denominada radical o sustituyente alqui-lo.2 Si la pérdida de H· sucede en un extremo de la cadena, los nombres de los sustituyentes son:

·CH3, metilo (Me); ·CH2-CH3, etilo (Et); ·CH2-CH2-CH3, propilo (Pr); ·CH2-CH2-CH2-CH3, butilo (Bu); etc. Todos los nombres se forman así: alcano → alquilo. Los símbolos de dos letras encerrados entre paréntesis son abreviaturas de uso general que permiten ahorrar tiempo y espacio.3 De ese modo se pueden nombrar alcanos como 1 - 3:

CH3-CH-CH2-CH2-CH3

CH3

=

1 2 3 4

12

34

1. 2-Metilpentano

5

12

34

5 56

2. 4-Etil-2-metilhexano

12

34

5

3. 2,4-Dimetilpentano Obsérvese que la “o” final de “alquilo” se pierde cuando el sustituyente se acopla al nombre general:

2-metil(o)pentano. Como adelanto de las normas generales para la formación de los nombres por sustitución, cabe señalar ahora que los nombres de los alcanos constan de dos partes: (a) la “base” del nombre (que la IU-PAC llama “hidrocarburo progenitor”; pentano y hexano en los ejemplos 1 y 2), que corresponde a la cadena carbonada más larga; (b) el conjunto de prefijos que anteceden a la base por orden alfabético (en el caso de alcanos sólo pueden ser radicales alquilo: “2-metil” y “4-etil-2-metil” en los ejemplos 1 y 2).4

La elección de cadena principal y su numeración se discutirán más tarde (sec. NCO-5). Por el momen-to, basta con decir dos cosas: se escoge la más larga y se empieza a numerar por el extremo que esté más próximo a un sustituyente. Los números que indican la posición de los sustituyentes (en general, de los “acci-dentes” de la cadena lineal) se llaman localizadores; se separan de la parte literal mediante guiones. Los locali-zadores se separan entre sí con comas (3: 2,4-dimetilpentano). Las partículas como di, tri, tetra, etc., que se emplean −como en 3− para indicar la presencia de varios elementos iguales se llaman prefijos de cantidad. Obsérvese que, como es norma en la nomenclatura por sustitución, no hay espacios en blanco dentro de los nombres.5 Cuando la pérdida de H· tiene lugar en el interior de la cadena, en otros casos como Me2CH-CH2-, etc., resultan sustituyentes complejos, cuyos nombres se pueden obtener de dos formas: − Forma clásica (antes de 1993). Se otorga el localizador 1 al C portador de la valencia libre y se prosigue la

numeración en el sentido de la mayor longitud; la parte corta se nombra como “alquilo interno”:

12

3CH3-CH-CH2-CH3 =

1-Metilpropilo

Y por tanto:

4

1'

4. 4-(1-Metilpropil)decano

[Los nombres que van surgiendo ya informan de algunas peculiaridades. (i) Los paréntesis se emplean (sin dejar espacios en blanco) para indicar operaciones internas dentro del nombre: el sustituyente “1-metilpropilo” de 4 está unido a la cadena principal (decano) en la posición 4 de ésta; el empleo del paréntesis evita ambi-güedades. (ii) Se suelen escribir localizadores primados, para mayor claridad, en las cadenas laterales, pero esas “primas” no se trasladan al nombre].

− Forma nueva (desde 1993). Se nombra el hidrocarburo del que procede el radical (butano, en el ejemplo an-terior) y se numera desde un extremo de modo que al C portador de la valencia libre le corresponda el menor localizador posible (2 en el caso anterior). El nuevo nombre es: butan-2-ilo. (¡Atención!: no 2-butilo ni 2-butanilo). De este modo, el nuevo nombre de 4 es: 4-(butan-2-il)decano.

Aunque las dos formas anteriores son válidas, la forma nueva es más simple y se recomienda aquí.6 Sin embargo, para los sustituyentes complejos más simples, el uso ha impuesto y la IUPAC acepta unos nombres tradicionales que serán usados siempre en nuestra asignatura:

CH3-CH-CH3 =

Isopropilo (Pri)

CH3-CH-CH2 =

CH3

Isobutilo (Bui)

CH3-CH-CH2-CH3 =

sec-Butilo (Bus)

CH3-C-CH3

CH3

=

tert-Butilo (But)

2 Radical es el nombre que indica sus propiedades químicas; sustituyente es la palabra usada en un contexto de nomenclatura. 3 Sin embargo, aunque sorprenda, no están recogidos en ningún documento de la IUPAC. 4 Como se verá más tarde, los nombres por sustitución constan, en general, sólo de tres partes: las dos citadas y un sufijo que describe a

la llamada función principal (inexistente en hidrocarburos): …ol (alcoholes), …ona (cetonas), …amida (amidas), etc. 5 Las excepciones a esta norma son de pura lógica gramatical (ej.: ácido butanoico), pero no existen en los nombres de hidrocarburos. 6 El origen de la norma nueva reside en que “metilo”, “etilo”, etc. no responden a la lógica de la nomenclatura por sustitución (quitar la

“o” final y sustituirla por otra terminación): en efecto, esa lógica lleva a “metanilo”, “etanilo”, etc., que no se emplean salvo en la for-mación de los nombres de los sustituyentes complejos (como pentan-3-ilo).


4

[No hay acuerdo general para la ubicación de los superíndices de los símbolos de dos letras. Se ven grafías del tipo: iPr, Bui, s-Bu, t-Bu, etc., pero todas se entienden. No debe cambiarse de notación en un mismo escrito]. Los latinismos sec- (secundario) y tert- (terciario)7 se escriben siempre en letra cursiva,8 y no son alfa-betizables: p. ej., tert-butilo se ordena alfabéticamente por la letra “b”. Por el contrario, isopropilo e isobutilo son nombres compactos y se alfabetizan por la letra “i”. Los sustituyentes complejos (como “1-metilpropilo” en el al-cano 4) se alfabetizan siempre por su primera letra; esta norma se aplica incluso si el sustituyente empieza por un prefijo de cantidad (véase “dimetilpropilo” en 5). Sin embargo, los prefijos de cantidad no se alfabetizan si indican la unión a la cadena principal de varios sustituyentes iguales (“dimetilo” en 6).

5 3 14 2

14 8

1' 2' 3'

3

5. 4-(1,2-Dimetilpropil)-3-etiloctano 6. 3-Etil-2,2-dimetilpentano Un error frecuente en algunos alumnos es unir al resto de la molécula dos sustituyentes iguales con un

solo guión (o enlace; véase la figura siguiente). Tampoco es lícito emplear los símbolos de dos letras con signi-ficado distinto del preestablecido. P. ej., Ph-CH2-CH2-CH2-Ph se puede abreviar Ph-[CH2]3-Ph, pero NUNCA Ph-Pr-Ph, ya que Pr es -CH2-CH2-CH3, pero no -CH2-CH2-CH2-.9

Me2 CH-CH3

MAL

Me2CH-CH3

BIEN

CH CH3

H3C

H3C

BIEN

Una forma incorrecta y dos correctasde representar el metilpropano

Podrían darse en este momento las normas para elegir y numerar la cadena principal en los alcanos. Sin embargo, puesto que son casos particulares de las normas generales que se aplican a todo tipo de molécu-las orgánicas, es preferible aprender éstas (sec. NCO-5) y, desde ellas, descender al caso particular. NCO.3.- Otros hidrocarburos Los cicloalcanos se nombran como los alcanos, pero anteponiendo el término “ciclo…”: ciclopropano (el menor), ciclobutano, ciclopentano, etc. Pueden tener cadenas laterales: etilciclopentano, 1-etil-3-propilciclohe-xano, sec-butilciclobutano (o 2-ciclobutilbutano), etc. [Formúlense].

Me

Et

1

3

7. 1-Etil-3-metilciclopentano

132

8. 3-Metilhex-1-eno 9. 4-Metilciclohexeno

MAL:

3-Metilciclohexeno

1

2

3

4

1

2

3

6

La presencia de enlaces dobles (en alquenos) y triples (en alquinos) se denota con las terminaciones

…eno e …ino, respectivamente; no se consideran sufijos, sino que están incorporadas a la base del nombre [8: 3-metilhex-1-eno (prefijo: 3-metil; base: hex-1-eno)]. Este último nombre puede sorprender a algunos, que hubieran esperado “3-metil-1-hexeno”. Si existe un solo localizador y no puede haber ambigüedad, es lícito po-nerlo al principio (correcto: 1-hexeno);10 pero con dos o más localizadores, cada uno debe preceder inmediata-mente a la partícula que localiza.

Un doble enlace C=C (y lo mismo un triple C≡C) une dos átomos de C, pero la posición del enlace múl-tiple se indica sólo con el menor de los dos localizadores, como se ha hecho en los nombres de 8 y 9. Estos dos ejemplos muestran también que la numeración de la cadena o el ciclo principal se hace de modo que al (de momento, único) enlace múltiple le corresponda el menor localizador posible. De ahí que 9 no se llame “4-metil-ciclohex-1-eno”, ya que el enlace doble ha de hallarse en el C-1, lo que hace innecesario el localizador 1. Por otra parte, se ha incluido un error relativamente frecuente en principiantes, el mal nombre de 9: el error provie-ne de pretender dar el localizador más bajo a la cadena lateral (Me), pero violando la norma básica de que am-bos carbonos del enlace múltiple reciban los menores localizadores posibles (es decir, 1 y 2, no 1 y 6).

Los nombres de los radicales que contienen dobles y triples enlaces se pueden otorgar según las dos formas expuestas en la sección precedente, pero se hará especial hincapié en la forma nueva (de 1993):

Me-CH=CH-CH2-

But-2-en-1-ilo

421

Pent-2-en-4-ilo(1-Metilbut-2-enilo)

CH3 C C

Prop-1-in-1-ilo

H2C=CH-

Vinilo Alilo

HC C CH2

Propargilo

H2C=CH-CH2-

7 El latinismo tert no debe castellanizarse. Incorrectos: terc, ter. 8 En textos manuscritos, es costumbre subrayar las partes que requieren letra cursiva. 9 Ph es el símbolo de dos letras para el radical fenilo, -C6H5, derivado del benceno (C6H6). 10 Las recomendaciones de 1993 anulan esta “concesión” (en inglés); pero, por fonética, parece prudente mantenerla en español.


5

En el segundo de los radicales anteriores se han incluido, en este orden, los nombres nuevo y clásico. Tres nombres comunes son usados con gran frecuencia: vinilo (etenilo), alilo (nombre clásico: prop-2-enilo; nuevo: prop-1-en-3-ilo) y propargilo (nombre clásico: prop-2-inilo; nuevo: prop-1-in-3-ilo). Cuando un sustituyente se enlaza a la cadena (o al ciclo) principal con un doble enlace su nombre ter-mina en …ilideno: =CH2, metilideno; =CH-CH3, etilideno, etc.11 El radical divalente -CH2- (unido mediante dos enlaces simples) se llama metileno. Otros radicales divalentes son: -CH2-CH2-, etileno; -CH2-CH2-CH2-, propile-no; -[CH2]n-, polimetileno (poli = tetra, penta, etc.) Por ese motivo, la IUPAC desaconseja emplear etileno y pro-pileno como nombres de los alquenos H2C=CH2 y H3C-CH=CH2, respectivamente; no obstante, se siguen usando en la industria petroquímica como nombres comunes. El primer alquino (HC≡CH, etino) tiene un nombre común muy usado (acetileno), que se suele emplear para formar derivados: Ph-C≡CH, etinilbenceno, feniletino (nombres por sustitución), fenilacetileno (nombre común).

1-Metil-3-propili-denociclohexano

BencenoC6H6

NaftalenoC10H8

1

2

3456

7

8

o-Dimetil-benceno

m-Dimetil-benceno

1

2

1 3 1

4

p-Dimetil-benceno

-C6H5Ph-

Fenilo 2-Naftilo-C10H7

Ph-CH2-Bencilo

Los más importantes hidrocarburos aromáticos derivan del benceno o de sus policiclos condensados: naftaleno, antraceno (tres anillos bencénicos condensados linealmente), fenantreno (tres anillos bencénicos condensados en ángulo), etc. Los bencenos disustituidos pueden nombrarse con los localizadores numéricos habituales (p. ej., 1,2-dimetilbenceno) o mediante los localizadores literales orto, meta, para, que siempre se escriben en letra cursiva, normalmente abreviadas como o, m, p (véanse los ejemplos de los tres dimetilbence-nos). El radical que deriva del benceno por pérdida formal de un H· se llama fenilo. El naftaleno da lugar a dos radicales, 1- y 2-naftilo. Muchos hidrocarburos aromáticos tienen nombres comunes; el más importante de ellos es el metilbenceno o tolueno (Ph-CH3), del que deriva el frecuente radical bencilo (Ph-CH2- o Bn-). NCO.4.- Compuestos orgánicos en general: sufijos y prefijos de los grupos funcionales

Pasemos ya a los compuestos orgánicos en general. La tabla 1.1 reúne los más importantes grupos funcionales que, a efectos de nomenclatura por sustitución, pueden actuar como función principal. Cuando en una molécula hay dos o más tipos de grupos funcionales, sólo uno de ellos se escoge como principal: el que se encuentra más alto en la tabla 1.1. Esa función principal se denota mediante un sufijo, que sigue inmediata-mente a la base, y con el cual termina el nombre. Las restantes funciones se nombran como prefijos −igual que las cadenas laterales−, y por eso se indican para cada función tanto su(s) sufijo(s) como su(s) prefijo(s). [Re-cuérdese que las terminaciones …ano, …eno e …ino no son sufijos, sino que pertenecen a la base del nombre correspondiente].

El orden de prioridad de las funciones que pueden actuar como principales es relativamente fácil de re-cordar. Con excepción de las funciones encerradas entre corchetes (de interés relativamente secundario), la prioridad es mayor (tabla 1.1): (1) cuanto mayor es el grado de oxidación (g.o.) de la función (1ª columna);12 (2) para un mismo g.o., antes funciones sin N que con N (2ª columna); (3) dentro de cada uno de estos subgrupos, según el orden alfabético.

Para varias funciones se ofrecen dos opciones de nomenclatura, (a) y (b). − Opción (a). El átomo de C del grupo funcional queda fuera del sufijo: CH3-CO-NH2, etanamida (“etan” descri-

be CH3-C; “amida” se refiere a =O, -NH2). − Opción (b). El átomo de C del grupo funcional está englobado en el sufijo o prefijo correspondiente: el com-

puesto anterior se llamaría (pero no se hace así, véase a continuación) metanocarboxamida (“metano” des-cribiría CH3 y “carboxamida”, CO-NH2). Obsérvese que los prefijos de los grupos funcionales de g.o. = 3 están construidos según la opción (b).

Cuando hay elección, se prefiere la opción (a), salvo cuando un grupo con opción (b) está directamente unido a un ciclo (véanse tres ejemplos a continuación). Una norma importante de nomenclatura establece que en el nombre de un compuesto orgánico “deben oírse” tantos carbonos como posea, ni más, ni menos; así, dos nombres incorrectos de la amida anterior serían “metanamida” (“se oye” un C menos) y “etanocarboxamida” (“se oye” un C más).

11 Estos radicales también pueden nombrarse según la nueva forma: =CH-CH3, etanilideno; =CMe2, isopropilideno (forma común),

1-metiletilideno (forma clásica), propan-2-ilideno (forma nueva). 12 Acerca del concepto de grado de oxidación, puede consultarse un apéndice al final de estas notas.


6

En la tabla 1.2 se incluyen algunas funciones que nunca se consideran principales (a efectos de no-menclatura por sustitución), y se citan en los nombres de los compuestos sólo mediante prefijos (nunca con su-


7

fijos). Después de la tabla se indican varios ejemplos. Algunas dudas que puedan surgir (p. ej., por qué el se-gundo compuesto no se llama “2-bromopent-4-eno”) se aclaran en la sección siguiente. Tabla 1.2. Grupos funcionales que nunca pueden ser función principal. Nombre genérico Estructura Prefijo Derivados halogenados R-X Fluoro… (F-), cloro… (Cl-), bromo… (Br-), yodo… (I-)

Éteres R-O-R’ Alcoxi…a (RO-), ariloxi…b (ArO-)c

Sulfuros (tioéteres) R-S-R’ Alquiltio… (RS-), ariltio… (ArS-)

Nitrocompuestos R-NO2 Nitro… (-NO2) a Metoxi (CH3O-), etoxi, propoxi, butoxi y sus similares (p. ej., tert-butoxi); los demás, “alquiloxi” (p. ej., pentiloxi). b El radical del benceno (C6H5-) se llama fenilo; pero se denomina fenoxi... (no feniloxi...) a C6H5O-. c “R” representa restos de cualquier tipo, pero especialmente alquilo, alquenilo o alquinilo. “Ar” se reserva para restos aro-

máticos, como C6H5-, a condición de que la “valencia libre” esté en un átomo de C del anillo aromático. Por ejemplo, C6H5-CH2- (radical bencilo) se representaría genéricamente como R-.

NCO.5.- Elección de cadena (o ciclo) principal y su numeración Las dos primeras operaciones que han de efectuarse para dar el nombre correcto a un compuesto or-gánico de fórmula conocida son, en este orden: (1) elegir su cadena (o ciclo) principal; (2) asignar un localizador a cada átomo de carbono de la cadena o del ciclo principal (es decir, numerarla/o). A tal fin existen unas reglas que se resumen a continuación como “normas C” (C = cadena o ciclo) y “normas N” (N = numeración). Como es obvio, antes de aplicar las “normas C” debe identificarse la función principal, si es que la hay. Para favorecer la memorización de las normas, se han puesto en la misma horizontal las normas C1/N1, C2/N2 y C4/N3, en las que se aplican criterios similares. Las normas, dentro de ambos conjuntos, se van aplicando sucesivamente; en el momento que una decida, dejan de tener validez las restantes. Sólo es ne-cesario recordar las cinco primeras “normas C”. Normas C. Se elige como principal la cadena (o el ci- Normas N. La cadena (o el ciclo) principal se numera

clo) que tenga el máximo número de: dando los localizadores menores a: C1. Grupos principales. � N1.a Grupos principales. C2. C=C y C≡C (suma global). � N2. C=C y C≡C (considerados globalmente). C3. Átomos de C (= la de mayor longitud). C4. C=C. � N3. C=C La que tenga localizadores menores para: N4. Sustituyentes (prefijos), globalmente considerados. C5. Grupos principales. N5. Sustituyentes (prefijos), en orden alfabético. C6. C=C y C≡C (conjuntamente). a[En heterociclos y otras estructuras cíclicas, una norma N de máxima prioridad

C7. C=C.13 obliga a dar los localizadores menores a los llamados “hidrógenos indicados”].

13 El Libro Azul indica otras cuatro “normas C”. Se escoge la cadena (el ciclo) que posea: (C8) mayor número de sustituyentes que se

nombren como prefijos; (C9) mayor número de sustituyentes de la clase que se cite en primer lugar; (C10) localizadores más bajos para los sustituyentes que se nombren como prefijos (globalmente considerados); (C11) localizadores más bajos para los sustituyentes que se nombren como prefijos (ordenados alfabéticamente).


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La expresión “localizadores menores” requiere una aclaración. Si una opción lleva al conjunto de locali-zadores “1, 2, 4”, mientras que otra posibilidad conduce a “1, 3, 5”, se toma la primera porque, en el punto de la primera discrepancia, 2 < 3. (No se trata, pues, de sumarlos).

El caso particular de los alcanos. Es ahora el momento de detallar cómo se escoge y numera la cadena principal de un alcano. La ausencia en estos compuestos de función principal y de enlaces múltiples hace que muy pocas de las normas anteriores les sean aplicables. Así, en cuanto a “normas C”, sólo funcionan C3, C8 y C10, que se enuncian como sigue. Se escoge como cadena principal del alcano la que posea: - C3. Mayor número de átomos de C (mayor longitud). - C8. Mayor número de cadenas laterales.14 - C10. Localizadores menores para las cadenas laterales (sin consideraciones alfabéticas).15

En cuanto a la numeración de la cadena principal de un alcano, sólo son útiles las normas N4 y N5 (donde el término “sustituyentes” sólo puede significar “cadenas laterales”).

Se incluyen a continuación tres ejemplos: M, P, y Q. En cada una de ellos, la cadena (el ciclo) principal es la (el) que está numerada(o). Compruébese que las normas aplicadas en cada caso han sido: M, C3 y N4; P, C10 y N4; Q, C3 y N5. [Malas interpretaciones de las normas podrían conducir a nombres incorrec-tos como, p. ej.: 2-etilpentano (para M); 3-isopropilheptano (para P); 1-etil-3-ciclobutilciclohexano o (3-etil-ciclohexil)ciclobutano (para Q)].

NCO.6.- Las partes de un nombre por sustitución: un primer ejemplo Al final de esta sección se incluyen, como ejercicio resuelto, los procesos completos para dar los nom-bres de algunas moléculas orgánicas. Ahora, adelantándonos un tanto, nos proponemos hacer la “disección” de un nombre otorgado según la nomenclatura sustitutiva. Se incluye a continuación el nombre de un alcohol-aldehído insaturado (genéricamente, un hidroxialquenal), cuyas fórmulas de líneas y semidesarrollada se dibu-jan al lado. La cadena principal (elegida según la norma C3) se ha numerado 1 – 6. (Y ya extraemos una prime-ra conclusión: la cadena principal no tiene por qué estar escrita “en horizontal”).

Como ya sabemos, un “nombre por sustitución” consta de tres partes, como máximo: la “base” (o “hi-

drocarburo progenitor”), un sufijo y el/los prefijo/s. El sufijo (¡sólo uno!) es la partícula que indica, al final del nombre, la existencia de una función que se escoge como principal. En nuestro caso, hay dos funciones, alcohol y aldehído; pero, según la tabla 1.1, la principal es el aldehído, por lo que el sufijo es …al. La “base” es el nombre de la cadena principal como hidrocarburo (sin función principal ni sustituyentes “prefijos”). Si eliminásemos mentalmente en el ejemplo las funciones aldehído y alcohol y las “cadenas latera-les” (los dos grupos CH3), nos quedaría “hex-2-eno” (donde el localizador 2 se asigna de modo que a la función principal le corresponda el localizador menor; en este caso, 1). Se insiste en que “eno” es parte de la base.

Los prefijos constituyen el resto del nombre, situándose delante de la base. Entre ellos se incluyen las cadenas laterales (metil, etil, ..., o más complejas; en nuestro caso, dos cadenas laterales de metilo) y las fun-ciones distintas de la principal (alcohol, en el ejemplo, que debe nombrarse como hidroxi). Unas y otras se or-denan indiscriminadamente de manera alfabética, siendo el ejemplo anterior suficientemente claro: – Hidroxi va delante de metil, sin que los localizadores (5 para hidroxi; 3,4 para dimetil) decidan nada en este

aspecto. – Como ya sabemos, los prefijos de cantidad (en este ejemplo, la partícula “di” que señala la presencia de dos

metilos) no intervienen en la alfabetización (salvo en el caso de sustituyentes complejos; ver a continuación). Recordemos que los prefijos complejos (compuestos de varios) se alfabetizan siempre por su primera letra, aunque ésta corresponda a un prefijo de cantidad, como queda patente en los ejemplos A y B siguientes.

14 No hay error: es “mayor” (y no “menor”) porque, de ese modo, las cadenas laterales son más simples, más fáciles de nombrar. 15 El Libro Azul recoge otras dos: (10a) la que tenga mayor número de átomos de C en las cadenas laterales más pequeñas; (C10b) la que

tenga cadenas laterales menos ramificadas (es decir, más sencillas).


9

Los sustituyentes complejos son “hidroximetil” (HO-CH2-) en A y “1,2-dibromoetil” [BrCH2-CH(Br)-] en B. Es muy importante entender que se nombran en el sentido de aproximación a la cadena principal, desde el exterior de la molécula (“hidroximetil” y no “metilhidroxi”). No obstante, la numeración auxiliar (con localizadores prima-dos) del sustituyente se hace de dentro hacia fuera, como se comprueba en B.

Si en un mismo carbono hay dos o más elementos iguales (ya sean sustituyentes, enlaces múltiples o funciones principales), deben localizarse y nombrarse todos:

Para ilustrar la aplicación de todas estas normas de nomenclatura, se incluye a continuación el ejercicio resuelto ER1. Opcionalmente, puede usarse como ejercicio de autoevaluación si se intenta dar los nombres pe-didos antes de leer las respuestas. ER1. Nombrar los compuestos 1 - 8 según la nomenclatura orgánica por sustitución.

Solución Ejemplo 1. Hay dos grupos alcohol (hidroxilo, OH) que se encuentran en la tabla 1.1, es decir, actúan como función princi-pal. Por tanto, la cadena principal, decidida por la norma C1, contiene sólo cuatro carbonos, aunque haya otra (la “hori-zontal”) que tiene cinco. Al numerar, no decide N1 (empezando a numerar por la derecha o por arriba aparece la misma se-cuencia de localizadores, 1,4), y no son operativas N2, ni N3 (porque no hay enlaces múltiples). Por lo tanto, decide N4: se numera desde arriba para que al sustituyente que se nombra como prefijo (etilo) le corresponda el menor localizador (2). Nombre: 2-Etilbutano-1,4-diol. Ejemplo 2. Sólo hay un grupo principal, el grupo carbonilo de la cetona, que pertenece a dos cadenas: la horizontal de 6 carbonos y la doblada de siete. Sin embargo, la norma C2 exige que la cadena principal sea la de seis carbonos. La nume-ración se hace según la norma N1, de modo que al carbono carbonílico se le otorgue el menor localizador (2). Nombre: 5-Etilhex-5-en-3-in-2-ona.


10

Ejemplo 3. El error típico “de principiante” al nombrar este compuesto es pensar que hay dos grupos principales. No es así: hay dos grupos que podrían ser principales (ya que ambos están en la tabla 1.1), pero, de ellos, sólo lo es el de mayor prio-ridad, es decir, el grupo carboxilo del ácido carboxílico. Hay dos cadenas que lo contienen: la “horizontal” y la que “se do-bla hacia abajo”. De ellas, y puesto que no hay enlaces múltiples (norma C2 inoperante), se escoge como principal la más larga (cuatro carbonos frente a tres; norma C3). Se numera desde la derecha (norma N1) para que al ácido carboxílico le corresponda el localizador más bajo (1). En consecuencia, el sustituyente que ha de nombrarse como prefijo es complejo: hidroximetil; se escribe entre paréntesis en el nombre para evitar ambigüedades. Nombre: Ácido 2-(hidroximetil)butanoico. Ejemplo 4. El compuesto carece de función principal, por lo que no puede aplicarse la norma C1. Sin embargo, hay que in-terpretar correctamente la norma C2: “dobles y triples enlaces entre carbonos, suma global” implica considerar los dos ti-pos de enlaces (si los hay), o sólo los dobles (si no hay triples, como es el caso de 4), o sólo los triples (si no hay dobles). En definitiva, la cadena principal es la que contiene los dos enlaces dobles, pese a que la “horizontal” tiene un carbono más (y sería la principal si la norma C2 no fuera aplicable). Para la numeración, obsérvese que N1 no es aplicable, mientras que N2 y N3 conducen a “empates”; por eso se numera desde arriba, para que, aplicando N4, le corresponda al sustituyente propilo el menor localizador (3). Nombre: 3-Propilhexa-2,4-dieno. Ejemplo 5. (Caso avanzado). Hay tres posibles cadenas principales, todas con igual número (dos) de funciones cetona prin-cipales y con idéntico número (nueve) de carbonos. No habiendo enlaces múltiples entre carbonos, debe considerarse la norma C5. La pareja de localizadores para los grupos cetona en cada cadena sería: “horizontal”, 2,6; “derecha-arriba”, 2,7; “arriba-izquierda”, 3,6. Por lo tanto, se escoge como principal la primera de ellas, que se numera desde la derecha, según prescribe N1. A la cadena lateral se le asignan localizadores primados, para facilitar la comprensión del nombre. Nombre: 5-(2-Oxobutil)nonano-2,6-diona. Ejemplo 6. La molécula 6 ilustra la aplicación, no considerada hasta ahora, de la norma N5. Se empieza a numerar desde la derecha, porque cloro se alfabetiza antes que metil (y, por supuesto, no decide ninguna de las normas N1 a N4 anteriores). La cadena principal no puede ser otra que la numerada. Nombre: 2-Cloro-4-metilpentan-3-ol.

Ejemplo 7. Hay dos funciones, aldehído y amida, siendo principal la segunda. Ambas pueden nombrarse según las “opcio-nes (a) y (b)”, pero debe recordarse que, en moléculas no cíclicas, ha de usarse la (a) siempre que sea posible. Así se hace aquí, empleando el sufijo amida y el prefijo oxo (O=). Sólo hay una cadena y es obvio que la numeración viene decidida por N1. Nombre: 4-Oxobutanamida. Ejemplo 8. También hay dos funciones, ambas de g.o. 3, por lo que la no nitrogenada (un cloruro de ácido) es la principal. La única cadena se numera, pues, desde la derecha (norma N1). Lo lógico sería designar ambas funciones según la “opción (a)”, pero nos encontramos con que ello no es posible para el nitrilo; en efecto, el único prefijo para éste es de “tipo (b)” (ciano, -CN), sin que exista otro “tipo (a)” para “N≡”, análogo al oxo para O= (ejemplo 7). Lo correcto en estos casos es lo que se va a hacer aquí: emplear la opción (a) donde sea posible, y la (b) donde carezcamos de opción (a). Por eso la cadena principal es sólo de tres átomos de C, ya que el cuarto va a “oírse” en el prefijo ciano. Nombre: Cloruro de 3-cianopropanoílo. NCO.7.- Algunos nombres comunes de uso frecuente Aunque estrictamente hablando sea incorrecto, es habitual mezclar en un mismo nombre una nomen-clatura sistemática (p. ej., la nomenclatura por sustitución) y la común. Conviene estar preparados para esta práctica, que no repugna a nadie, conociendo los nombres comunes más habituales en Química Orgánica. Una primera “fuente” de nombres comunes está en las raíces clásicas de los primeros ácidos alcanoi-cos, que se trasladan también a los alcanales (aldehídos saturados) y a los sustituyentes R-CO-, derivados


11

formalmente de los ácidos por pérdida de OH. Todo ello está recogido en la tabla 1.3, en la que se incluye tam-bién el ácido benzoico. Tabla 1.3. Nombres comunes de algunos ácidos carboxílicos, aldehídos y sustituyentes derivados. Nº de C R R-CO-OH Etimología R-CO-H R-CO- (sustituyente) 1 H Ácido fórmico Formica (latín, hormiga) Formaldehído Formilo 2 Me Ácido acético Acetum (latín, vinagre) Acetaldehído Acetilo (Ac-) 3 Et Ácido propiónico Protos pion (griego, grasa principal) Propionaldehído Propionilo 4 Pr Ácido butírico Butyrum (latín, mantequilla) Butiraldehído Butirilo 5 Bu Ácido valeriánico Valere (latín, tener fuerza) Valeraldehído Valerilo 7 (Ar) Ph Ácido benzoico De benzoe = benjuí, y éste de laban Benzaldehído Benzoílo (Bz- ≠ bencilo, yawi (árabe, incienso de Java) Ph-CH2- = Bn-) De los sustituyentes R-CO-, los más importantes son, por este orden: acetilo (Me-CO-, Ac-), benzoílo (Ph-CO-, Bz-) y formilo, H-CO-. Como prueba fehaciente de lo habitual la “mezcla de nomenclaturas”, el prefijo formilo está incluido, como semisistemático, en la tabla 1.1. Esa tabla indica que los nombres sistemáticos de estos sustituyentes se pueden construir de dos modos: − Como alcanoílo: metanoílo, etanoílo, propanoílo, butanoílo, pentanoílo (y hexanoílo, heptanoílo, etc.) − Como 1-oxoalquilo: oxometilo, 1-oxoetilo, 1-oxopropilo, 1-oxobutilo, 1-oxopentilo (y 1-oxohexilo, etc.) El nombre sistemático de benzoílo es bencenocarbonilo. Los nombres comunes de los sustituyentes R-CO- se trasladan también a: − Las cetonas alquil fenílicas,16 Ph-CO-R: Ph-CO-Me, acetofenona; Ph-CO-Et, propiofenona; Ph-CO-Pr, butiro-

fenona; Ph-CO-Bu, valerofenona; Ph-CO-Ph, benzofenona.17 − Los derivados de los ácidos carboxílicos (anhídridos, ésteres, halogenuros de ácido, amidas y nitrilos), lo que

se ejemplifica sólo con los derivados del ácido acético: anhídrido acético, Ac-O-Ac; acetato de etilo, AcOEt; cloruro de acetilo, AcCl; acetamida, Ac-NH2; acetonitrilo, Me-C≡N. [Ac = MeCO].

También se usan con relativa frecuencia los nombres comunes de otros muchos ácidos carboxílicos: − Ácidos grasos saturados, CH3-[CH2]n-CO2H: láurico (n = 10), mirístico (n = 12), palmítico (n = 14), esteárico (n = 16). − Ácidos dicarboxílicos, HO2C-[CH2]n-CO2H: oxálico (n = 0), malónico (n = 1), succínico (n = 2), glutárico (n = 3), adípico (n

= 4), de los que derivan los nombres de los correspondientes sustituyentes divalentes -OC-[CH2]n-CO-: oxalilo, malonilo, succinilo, glutarilo, adipoílo.

− Entre los ácidos insaturados destacan: acrílico, H2C=CH-COOH; propiólico, HC≡C-COOH; crotónico, Me-CH=CH-CO2H; fumárico, trans-HOOC-CH=CH-COOH; maleico, cis- HO2C-CH=CH-CO2H; oleico, cis-Me-[CH2]7-CH=CH-[CH2]7-CO2H.18

− Entre los ácidos con anillos aromáticos pueden citarse, además del benzoico: cinámico, Ph-CH=CH-CO2H; ftálico, orto- HO2C-C6H4-CO2H; salicílico, orto-HO-C6H4-CO2H; 1- y 2-naftoicos, C10H7-CO2H (derivados del naftaleno).

Los compuestos aromáticos son otra “fuente inagotable” de nombres comunes, pero limitaremos la re-lación a los estrictamente imprescindibles: tolueno, Ph-Me; fenol, Ph-OH;19 anilina, Ph-NH2; benzaldehído, Ph-CH=O; y los derivados del ácido benzoico: anhídrido benzoico (Bz2O), benzoatos de alquilo (ésteres, Ph-COOR), cloruro de benzoílo (BzCl), benzamida (Bz-NH2), benzonitrilo (Ph-C≡N).

Finalmente, conviene conocer los nombres de algunos heterociclos muy corrientes. Se han selecciona-do seis aromáticos y cuatro saturados, aunque, sin duda alguna, los dos más importantes son la piridina y el pirrol.

NH

O S NH

N

Pirrol Furano Tiofeno Imidazol

N N

N

NH

O

Piridina Pirimidina

NH

NH

O

Pirrolidina THF Piperidina Morfolina

Como aplicación de cuanto se ha venido exponiendo hasta aquí, se propone el siguiente ejercicio. 16 Este nombre genérico está construido según las normas de la nomenclatura radicofuncional. 17 Una demostración de que la nomenclatura común es a veces confusa lo constituye el popular nombre “acetona” para la cetona más

simple, propanona, de tres carbonos; proviene de su método clásico de obtención por calefacción de la sal cálcica del ácido acético. 18 Para las partículas cis y trans, véase la sec. NCO.8b. 19 El nombre por sustitución del fenol es bencenol, que sólo se usa cuando se requiere una gran sistematización (Chemical Abstracts,

SciFinder Scholar).


12

EP1. Proponer los nombres por sustitución para las siguientes moléculas A – Q.

NCO.8.- Partículas que se escriben con letra cursiva. Ya han aparecido algunas hasta aquí (sec, tert, orto, meta, para, cis, trans), y ya sabemos que, cuando se escriben a mano, deben subrayarse. Lo que se va a hacer ahora es completar el conjunto de las partículas más importantes de este tipo, clasificándolas en dos grupos:

a) Localizadores literales. En ocasiones, la ubicación de los “accidentes” de una molécula no se hace con números (localizadores

numéricos), sino con letras. Como tales localizadores literales se pueden considerar orto, meta, para (equiva-lentes a 1,2-, 1,3- y 1,4-, respectivamente, sólo en anillos bencénicos), e incluso sec, tert, que localizan la posi-ción de la valencia libre en algunos radicales o sustituyentes.

Además, hay ocasiones en que no es posible asignar un localizador numérico a un sustituyente. Por ejemplo, imaginemos la molécula CH3-CH2-CO-NH-Ph, que deriva de CH3-CH2-CO-NH2 (propanamida o pro-pionamida). Si el grupo fenilo estuviera en C-2 (CH3-CHPh-CO-NH2), no habría problema: 2-fenilpropionamida. Pero en el caso propuesto el fenilo no está sobre un carbono de la cadena principal, sino sobre un heteroátomo que no se numera. Para estos casos, se utilizan como localizadores literales los símbolos en letra cursiva de los átomos correspondientes. Por lo tanto, la solución es: N-fenilpropionamida (o N-fenilpropanamida). Otro ejemplo puede ser cualquier amina secundaria asimétrica, R-NH-R’: se toma la cadena más larga como princi-pal y se localiza la otra como N-alquilo (o equivalente): Bu-NH-Et, N-etilbutanamina; Ph-NH-Me, N-metilanilina.

El localizador literal N es el más habitual en compuestos orgánicos “corrientes”. Les siguen en impor-tancia O y S, que suelen aparecer con cierta frecuencia en moléculas de interés bioquímico. Así, un derivado del aminoácido serina [HO-CH2-CH(NH2)-COOH] es MeO-CH2-CH(NH2)-COOH, al que suele llamarse O-metil-serina.

Los localizadores literales se consideran como si fueran numéricos a efectos de signos de puntuación: se separan por comas de otros localizadores (10) y por guiones de las partes literales de los nombres (11 y nombres precedentes). El nombre de 11 ilustra cómo el uso de superíndices permite resolver ambigüedades.

O

NH

13

10. N,3-Dimetilbutanamida

HN

NHPh

12

11. N2-Bencil-N1-etilpro-

pano-1,2-diamina

3

O

O H

C l

!"

Ác ido "-c loro-butíric o

PhC

NO

"

" -Fenil -"- ox opropion itri lo(Benzoilaceton itri lo )

H O

O

OH#

Ácido #- hidrox iv a-lerián ic o

O

O

#-V aler olactona

!

" $ #-H2 O

!,%&Diaminopalm ita tode etilo

H2N-[CH2]14-CH-CO2E t

NH2


13

Aunque no se escriban en letra cursiva, deben citarse las letras griegas empleadas con frecuencia co-mo localizadores literales en nombres comunes, principalmente de ácidos carboxílicos y derivados. En cadenas largas, se emplea la letra ω para la posición más alejada del grupo funcional. Ver ejemplos encima.

b) Descriptores estereoquímicos Ya han aparecido cis y trans, que determinan la posición espacial de los sustituyentes de un doble en-

lace o de un ciclo, así como el tipo de fusión de ciclos saturados. Para el mismo fin se emplean, sólo en enla-ces dobles, los descriptores (Z) y (E), encerrados entre paréntesis; tienen la ventaja de que permiten asignar la estereoquímica en los casos en que cis y trans son inoperantes. Por otra parte, para expresar la configuración absoluta de los centros quirales se emplean, también entre paréntesis, (R) y (S). En este contexto, cuando existe más de un centro quiral, se usan asimismo otras partículas de menor importancia, como eritro y treo, en-tre otras. Se supone que las definiciones de todos estos descriptores son ya conocidas, por lo que no se darán aquí.

H

H

12. trans-2-Buteno

Cl

H

13. (Z)-2-Cloro-pent-2-eno

a

ba

b2

4

14. (2E,4Z)-Hepta-2,4-dieno

H

H

15. trans-Decalina

OH

Br

16. (1R,2S)-2-Bro-mociclopentanol

Los ejemplos 12-16 ilustran algunas particularidades del uso de los descriptores estereoquímicos. El alqueno 12 admite la partícula trans, pero también puede nombrarse como (E)-2-buteno. El cloroalqueno 13 no es definible en términos cis-trans, por lo que el empleo de (Z) es obligatorio; como hay un solo doble enlace, no hace falta localizarlo como “2Z”. También es obligatoria la notación Z/E para polienos, como 14, si bien se ve que la estereoquímica de C(2)=C(3) es trans, mientras que la de C(4)=C(5) es cis; en este caso hay más de un doble enlace con estereoquímica variable, por lo que la localización “2E,4Z” es obligatoria (entre paréntesis). El biciclo 15 muestra el empleo de cis-trans para describir la estereoquímica de la fusión de anillos.20 Finalmente, 16 es uno de los dos enantiómeros que pueden nombrarse genéricamente como cis-2-bromociclopentanol, nombre éste que mostraría el empleo de cis-trans para ubicar espacialmente los sustituyentes en ciclos; como hay dos centros quirales, deben localizarse sus descriptores estereoquímicos, delante del nombre y entre pa-réntesis.21 Las partículas escritas en letra cursiva siempre se escriben igual [cis, orto, N, (R), etc.], con su primera letra minúscula o mayúscula, según sea el caso, y con independencia de si aparecen dentro de un párrafo o al comienzo de éste. Si un párrafo empieza “. cis-2-Buteno…”, la partícula cis se pone con minúscula inicial, y se reserva la mayúscula para la primera letra del nombre “normal”. (Véanse los nombres de 12 y 15). EP2. Este ejercicio es el inverso del EP1: ahora se pide formular los compuestos cuyos nombres se indican. Es sin duda un trabajo más fácil que el de EP1, pero también más próximo a la realidad cotidiana de una asignatu-ra orgánica, en cuyos textos, exámenes, etc. se suelen dar nombres en vez de estructuras, que son las que realmente deben visualizarse para la comprensión o explicación de sus propiedades. Como ayuda general, se recomienda identificar y dibujar la base, y acoplarle después la función principal (puede haber más de una, pe-ro de la misma clase: …triol, …dioico) y los sustituyentes definidos por los prefijos. A) 3,4-Dietil-5-metilheptano. B) 5-Etil-1-metil-2-propilciclohexano. C) m-sec-Butil(isobutil)benceno. D) Bui-But (dar nombre y estructura). E) 4-Etil-3-metilciclohexanol. F) 5-Isopropil-3-metilciclohex-2-enona. G) 3-Bromo-3-ciclopentilpropan-1-ol. H) 2-(4-Cloropentil)ciclobutanona. I) Ácido 2-acetil-3,3-dimetilhexanoico. J) Ácido 5-etil-3-(propan-2-il)hex-2-enodioico. K) Dietoxiacetato de bencilo. L) Bromuro de benzoílo. M) (R)-3-Hidroxipentanal. N) 3-Oxobutanoato de etilo. Ñ) cis-3-Fenilpropenonitrilo. O) (1R,2R)-2-(2-Oxopropil)ciclopentanocarboxamida. P) 5-Bromo-6-nitronaftaleno-2-carboxilato de etilo. Q) Cloruro de 3-benzoil-4-oxociclohexanocarbonilo. R) 2-Bromo-N-isobutil-3-metilpentanamida. S) 4-(Dimetilamino)piridina. T) p-Acetoxibenzoato de metilo.22 U) Yoduro de (carboxietil)amonio. V) Cianoacetato de 3-piridilo.23 W) o-Isopropoxibencenotiol. X) (Dietilamino)acetona. Y) (E)-3-(Etilimino)ciclopentanocarbonitrilo. Z) Ácido m-(benzoiloxicarbonil)benzoico.24 a) (2S,3R)-3-(Etiltio)-2-hidroxibutanal.

20 Decalina es un nombre común. Según en sistema de Von Baeyer sería el biciclo[4.4.0]decano. 21 Sin embargo, no se localiza el descriptor si sólo hay un centro quiral: (S)-2-butanol. 22 Acetoxi es la contracción de acetiloxi o etanoiloxi; “oxi” indica un átomo de O. Análogamente: formiloxi, propionilioxi, butiriloxi… 23 Piridilo = radical derivado de la piridina. La numeración de los heterociclos simples comienza en el heteroátomo.


14

Nomenclatura de reemplazo

NCO.9.- Nomenclatura de reemplazo para heterociclos

Esta nomenclatura resulta imprescindible para nombrar con sencillez heterociclos (especialmente, no aromáticos) sin necesidad de recurrir a la “nomenclatura de heterociclos” (la basada en el sistema de Hantzsch-Widman, que es bastante engorroso). Nos limitaremos a los tres heteroátomos indicados en la pre-sentación que se hizo en la sec. NCO.1, cuyos “prefijos de reemplazo” son oxa… (O), tia… (S) y aza… (N). Y conviene empezar por una cuestión de importancia fundamental: cuando se emplea esta nomenclatura, no hay que confundir “oxa” con “oxo” (el “prefijo de sustitución” para “=O” cuando el aldehído o la cetona no son la fun-ción principal).

Nos limitaremos también a sistemas monocíclicos: el propio anillo es, por tanto, el “ciclo principal”, por lo que no existen “normas C” para elegirlo. En cuanto a las normas para numerar el ciclo, el localizador 1 se otorga siempre al heteroátomo de mayor prioridad en la siguiente serie:

F > Cl > Br > I > O > S > Se > Te > N >P > As > Sb > Si > Ge > B25 (es decir, en el orden de los grupos del sistema periódico, pero empezando por la derecha). Como la molécula puede tener grupos funcionales que actúen como función principal, así como dobles enlaces (muy raramente triples) y sustituyentes, la numeración del anillo prosigue de modo que se den los menores localizadores posi-bles a:

1. Todos los heteroátomos, en conjunto. 2. Todos los heteroátomos, teniendo en cuenta la anterior serie de prioridades. 3. La(s) posición(es) de la función principal (que se nombra como sufijo; sólo una, pero puede repetirse). 4. Los enlaces C=C y C≡C del anillo, en conjunto. 5. Los enlaces C=C del anillo. 6. Los sustituyentes, en conjunto. (Oxa, tia, aza, etc. no entran aquí). 7. Los sustituyentes, en orden alfabético. (Ídem).

[Basta con aprender la “norma cero” (en negrita arriba) y las normas 1 y 2; las normas 3 – 7 son las N1 – N5 de la nomenclatura por sustitución. La expresión “menores localizadores posibles” tiene el significado habitual].

Al formar el nombre, los “prefijos de reemplazo” se consideran parte de la base. La secuencia en un nombre de reemplazo es, pues:

Prefijos “clásicos” – [Prefijos de reemplazo – Base “clásica” (cicloalcano o cicloalqueno)] – Sufijo. Lo contenido en el corchete constituye la base del nombre de reemplazo. Los prefijos clásicos se escriben, co-mo siempre, en orden alfabético. Los prefijos de reemplazo se insertan en el orden de la anterior serie de prio-ridades. En todo caso, un error en este último orden no sería grave, pues el nombre se entendería sin proble-mas. Los siguientes ejemplos aclaran suficientemente la breve exposición previa.

NH

17. 2-Metilaza-ciclobutano

OCl

OH

18. 5-Clorooxaci-clopentan-3-ol

O

OO

19. 1,3-Dioxaciclo-hex-5-en-4-ona

NH

NS

20. 8-Oxo-1-tia-4,6-diazaciclooct-3-enocarboxilato de etilo

CO2EtON

N

O

O

21

1

2

1

3

5

1

34

5

1

3

4

568 1

4

69

Como se ve en 17 y 18, no es necesario localizar el heteroátomo cuando sólo hay uno (el localizador 1 se sobreentiende). Malos nombres para 18 y 19 serían, respectivamente, 2-cloro-4-hidroxioxaciclopentano y 6-oxo-1,3-dioxaciclohex-4-eno, ya que, habiendo funciones principales, no se habrían nombrado con los pre-ceptivos sufijos, sino con prefijos.26 En este contexto, el nombre de 21 con este tipo de nomenclatura es conflic-tivo, porque la función principal está en la cadena lateral y no puede nombrarse con facilidad (como en 20). Lo más adecuado es acudir a otro tipo de nomenclatura,27 pero, siendo permisivos, podríamos llamarlo (4Z,6Z)- 9-acetil-1-oxa-4,6-diazanona-4,6-dieno, un nombre que permitiría escribir su estructura sin dificultad. El ejemplo 20 ha sido elegido con cuidado para “forzar” que su numeración se decida por la norma 4. Por supuesto, la nomenclatura de reemplazo puede usarse también para heterociclos aromáticos. Por ejemplo, piridina y pirimidina se pueden nombrar como azabenceno y 1,3-diazabenceno, respectivamente. 24 El prefijo de este nombre corresponde a un anhídrido de ácido carboxílico, tipo de compuesto que se incluiría en la tabla 1.1 justo de-

bajo de los ácidos sulfónicos. Sus tres partes están nombradas “de fuera hacia dentro”, según la norma general. 25 Aunque no es frecuente, también los halógenos (con carga +) pueden participar en ciclos; ej.: los cationes bromonio de las AE. 26 También se ha cambiado la numeración, de acuerdo con la falsa interpretación de ausencia de grupos principales. 27 En estos casos, SciFinder Scholar utiliza el sistema de Hantzsch-Widman.


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Nomenclatura radicofuncional NCO.10.- Fundamentos de la nomenclatura radicofuncional Las moléculas que contienen determinados grupos funcionales pueden ser nombradas según los prin-cipios de esta nomenclatura, de uso muy generalizado. Los seis grupos más importantes de ese pequeño con-junto son, por orden de prioridad decreciente:

Nitrilo > Cetona > Alcohol > Éter > Sulfuro > Hidrocarburo halogenado El nombre correspondiente consta de, al menos, dos palabras separadas, lo que constituye la gran di-ferencia con la nomenclatura por sustitución, en la que los nombres no contenían “espacios en blanco” (salvo las excepciones impuestas por las necesidades gramaticales). Esas dos palabras son: (1) el nombre de la fun-ción principal; (2) el nombre del radical (sustituyente) unido a ese grupo funcional. Así, p. ej.: Et-OH, alcohol etí-lico. La función es “alcohol” (un sustantivo), mientras que el adjetivo que describe el radical es “etílico”. A causa de que una palabra desempeña el papel gramatical de nombre (sustantivo) y la otra el de adjetivo, el orden de ambas depende del idioma. En castellano, el nombre va por delante y el adjetivo, detrás (como en francés: al-cool éthylique). En inglés, al revés: ethyl alcohol. Y en alemán, en el mismo orden que en inglés, pero en una sola palabra: ethylalkohol. Como en el caso del alcohol (función -OH), las funciones nitrilo (-CN) y halógeno (-X) son monovalen-tes, y los nombres respectivos se forman de modo similar. Se incluyen algunos ejemplos a continuación (se da también el nombre por sustitución entre paréntesis). But-OH, alcohol tert-butílico (2-metilpropan-2-ol).28 Ph-CH2OH, alcohol bencílico (fenilmetanol). Ph-CN, cianuro de fenilo (bencenocarbonitrilo). Bu-CN, cianuro de butilo (pentanonitrilo). Ph-Br, bromuro de fenilo (bromobenceno). CH2Cl2, cloruro de metileno (diclorometano). El primero de estos seis nombres explica el porqué de la popularidad de esta nomenclatura. En el su-puesto de que se tenga clara la estructura del grupo tert-butilo, alcohol tert-butílico se interpreta mejor y más rápidamente que 2-metilpropan-2-ol. Las funciones cetona (-CO-), éter (-O-) y sulfuro (-S-), así como otras relacionadas con esta última (sul-fóxido, -SO-; sulfona, -SO2-), son divalentes. En estos casos, los nombres constan de tres palabras (la función y los dos radicales), en el mismo orden gramatical (impuesto por el idioma) que en los casos anteriores. Excep-cionalmente, siguen siendo dos palabras si los dos radicales son iguales: Ph-CO-Ph, cetona difenílica. Otros ejemplos de este último tipo (con el nombre por sustitución entre paréntesis y el radicofuncional inglés en cursi-va) son:

Et2O, éter dietílico (etoxietano, diethyl ether). Me-SO-Me (Me2SO), sulfóxido de dimetilo (metilsulfinilmetano, dimethyl sulfoxide). Pri

2S, sulfuro de diisopropilo [2-(isopropiltio)propano, diisopropyl sulfide]. Por lo tanto, deben evitarse en castellano nombres como “dietil éter”, “dimetil sulfóxido”, etc., que no se

ajustan a nuestra gramática. Se indican algunos ejemplos con dos radicales distintos, que se insertan en orden alfabético: Ph-CO-Me, cetona fenil metílica (1-feniletanona, methyl phenyl ketone). Ph-CH2-O-Bus, éter bencil sec-butílico [2-(benciloxi)butano, benzyl sec-butyl ether). Et-S-Bu, sulfuro de butilo y etilo [1-(etiltio)butano, butyl ethyl sulfide]. Es lícito emplear los nombres comunes de los radicales cuando son de uso frecuente, como ya se ha

hecho más arrriba con “bencil” (en vez del sistemático “fenilmetil”). Otro ejemplo: H2C=CH-CO-Me, cetona metil vinílica (but-3-en-2-ona, methyl vinyl ketone, MVK). Finalmente, un ejemplo en que se hace uso de la serie de prioridades indicada arriba:

HO-CH2-CH2-CO-CH3 Como la función principal es la cetona, el grupo OH ha de nombrarse con el sufijo “hidroxi”:

Cetona 2-hidroxietil metílica (4-hidroxibutan-2-ona, 2-hydroxyethyl methyl ketone). Este último nombre muestra que las normas de la nomenclatura por sustitución se aplican a la radico-funcional cuando es necesario. En este sentido, el nombre de la función en la nomenclatura radicofuncional desempeña el mismo papel que el sufijo en la nomenclatura por sustitución. 28 El nombre “tert-butanol” es completamente incorrecto, ya que no es radicofuncional ni por sustitución; es un mal nombre

por sustitución con una base falsa, “tert-butano”, que no existe. Por la misma razón no debe usarse “isopropanol” (no existe el “isopropano”).


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Apéndice. Las relaciones redox en Química Orgánica. Concepto de grado de oxidación (g.o.) En muchas reacciones en que intervienen especies orgánicas, éstas experimentan procesos de oxidación

o de reducción [en presencia, respectivamente, de oxidantes (que se reducen) o de reductores (que se oxidan)]. La mejor manera de saber si una especie orgánica se ha oxidado, se ha reducido, o bien mantiene su estado de oxidación, es determinar los números de oxidación de sus átomos antes y después del proceso. El método permi-te la formulación de semirreacciones de oxidación (pérdida de electrones) y de reducción (ganancia de electro-nes), así como el ajuste estequiométrico de la ecuación global (cosa que, como sabemos, casi nunca se hace en Química Orgánica). En definitiva, nada que no sepamos ya de cursos anteriores.

El método, aunque eficaz, suele ser engorroso debido al alto número de átomos de las moléculas orgáni-cas, y a que surgen con frecuencia números de oxidación fraccionarios. Pero es útil con moléculas pequeñas: por ejemplo, en la transformación H2C=O (formaldehído) → H-CO-OH (ácido fórmico), los números de oxidación del átomo de C en el formaldehído y en el ácido fórmico son, respectivamente, 0 y +2; por lo tanto, ha habido una oxidación (es decir, ha intervenido un oxidante).29

Para simplificar el problema en la inmensa mayoría de las reacciones, se parte de la base de que los cambios de número de oxidación suelen ocurrir en los átomos de C de los grupos funcionales, definiéndose para ellos el concepto de grado de oxidación (g.o.) del siguiente modo:

G.o. de un grupo funcional = número de valencias que su átomo de C utiliza para: – unirse a elementos más electronegativos que el propio C o el H (O, N, halógenos…); – formar enlaces π.

Hay que hacer una importante salvedad: si una misma valencia interviene en las dos tareas anteriores, se computa sólo una vez. Así, el g.o. del grupo funcional carbonilo de aldehídos y cetonas, R2C=O, es 2, y no 3, porque el enlace π también une el átomo de C al de O. Pero los g.o. de alquenos (R2C=CR2) y alquinos (RC≡CR) son 1 y 2, respectivamente. El de un éter vinílico (R2C=CH-OR) es 2. Para estos tres últimos sistemas se considera sólo uno de los dos átomos de C del enlace múltiple. Según esta definición elemental, el g.o. es un número sin signo.

Las relaciones redox en Química Orgánica son inmediatas con este concepto: incremento positivo (ne-gativo) del g.o. = oxidación (reducción). En el esquema siguiente, los procesos hacia la derecha (izquierda) se-rían de oxidación (reducción), y requerirían el concurso de un oxidante, Ox (reductor, Rd).

El concepto elemental de g.o. no contempla la posibilidad de enlace entre un átomo de C y otro menos

electronegativo que él (como el boro o cualquier metal). Sin embargo, puede extenderse sin problemas a estos casos, si se otorgan valores negativos a los g.o. de los átomos de C que posean este tipo de enlaces. Así, en el cloruro de etilmagnesio, CH3-CH2-Mg-Cl, el átomo de C resaltado en cursiva tendría g.o. –1. Y en el siguiente proceso de hidroboración-oxidación (en el que se omite por simplicidad la formación del trialquilborano), la etapa de hidroboración es de reducción, mientras que la segunda etapa es, en efecto, una oxidación:

En los compuestos del tipo Ar-MgX puede ser complicado asignar un g.o. al átomo de C unido al metal,

por pertenecer a un anillo aromático. En estos casos, si no varía el grupo Ar en el proceso, es lícito asignar for-malmente el g.o. –1 (o el que correspondiera en otro caso) a todo el grupo Ar, y de esa manera se elude el pro-blema. 29 Determinación del nº de oxn. del C del ácido fórmico. Conocemos los nos de oxn. referenciales de H (+1) y O (–2). Así,

en la molécula neutra H-CO-OH (CH2O2), los nos de oxn. de “H2O2” suman 2·(+1) + 2·(–2) = –2. Por lo tanto, no de oxn. del C = +2, para que la suma de todos ellos sea 0. [Compruébese análogamente que los nos de oxn. del C del metano (CH4), del metanol (CH3OH) y del formaldehído son –4 y –2 y 0, respectivamente]. En iones, Σ(nos de oxn.) = carga del ion.

45992_180061_nomenclatura iupac

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