clasificacion y nomenclatura de los compuestos capitulo 2
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CAPÍTULO 2
CLASIFICACIÓN Y NOMENCLATURA DE
LOS COMPUESTOS ORGÁNICOS
O
OH OH
OOH
OH
O OH
OHOH
OH
72CAPÍTULO 2
CLASIFICACIÓN Y NOMENCLATURA DE LOS
COMPUESTOS ORGÁNICOS OBJETIVO TERMINAL Representar la estructura de compuestos orgánicos, de acuerdo con su composición, la Nomenclatura IUPAC, Nomenclatura de Nombres Comunes y sus Fórmulas estructurales. OBJETIVOS ESPECÍFICOS
• Diferenciar los tipos de compuestos orgánicos de acuerdo con su grupo funcional.
• Formular los compuestos orgánicos, utilizando los diferentes grupos alquilo.
• Reconocer los tipos de carbono e hidrógeno en una cadena carbonada,
• Representar las estructuras de los hidrocarburos, que comprenden hidrocarburos alifáticos (saturados, insaturados, aromáticos), y compuestos orgánicos halogenados, por el sistema de nombres comunes y reglas IUPAC.
• Representar las estructuras de todos los isómeros posibles de un compuesto, a partir de fórmulas moleculares dadas.
• Identificar los compuestos orgánicos nitrogenados y oxigenados, de acuerdo a su grupo funcional.
• Representar los compuestos orgánicos, empleando varios tipos de fórmulas estructurales que muestran cómo están enlazados los átomos.
73CLASIFICACIÓN Y NOMENCLATURA DE LOS
COMPUESTOS ORGÁNICOS 1. EL ENLACE COVALENTE C – C
La capacidad casi ilimitada del carbono para formar enlaces covalentes fuertes consigo mismo y con otros átomos para formar cadenas, es una propiedad única de este átomo. Esta versatilidad de combinación hace que existan compuestos tan sencillos como el metano, así como tan complejos, como las macromoléculas (polímeros).
Todos los compuestos orgánicos contienen carbono; casi todos, hidrógeno;
muchos, oxígeno; algunos, nitrógeno y unos pocos, contienen halógenos, azufre, fósforo y ocasionalmente metales.
Al combinarse consigo mismo, puede formar enlaces sencillos, dobles o triples;
con el hidrógeno o con halógenos, el átomo de carbono forma solamente enlaces simples; con el oxígeno puede hacerlo mediante dobles enlaces y con el nitrógeno mediante dobles y triple enlaces.
Esta capacidad de combinación explica que el carbono sea el elemento en
torno al cual se construyen la mayoría de las moléculas de los seres vivos. 2. CLASIFICACIÓN DE LOS COMPUESTOS ORGANICOS
Con el fin de clasificar el estudio de los compuestos del carbono y su
identificación, éstos se han dividido de acuerdo con su grupo funcional. Esto se muestra en la Tabla 2.1.
2.1. GRUPO FUNCIONAL Se define como grupo funcional a la combinación de átomos o grupo de
átomos con ciertos ordenamientos especiales, que le comunican a la molécula una serie de propiedades físicas y químicas características, los cuales generalmente representan el centro reactivo de la molécula.
Los grupos funcionales están formados generalmente por átomos distintos al
carbono, y permiten clasificar los compuestos orgánicos en familias. En una misma molécula puede existir más de un grupo funcional, si son iguales se llaman polifuncionales, si son diferentes son heterofuncionales. Los compuestos reaccionarán de acuerdo a el o los grupos funcionales que posean, mientras que las propiedades aunque dependen de los grupos funcionales, pueden ser modificadas por los esqueletos carbonados que posean.
Clasificación de los Compuestos Orgánicos
74
Alcanos Saturados
Cicloalcanos
Alifáticos
Hidrocarburos (C e H) Alquenos
Insaturados Dienos Ciclo alquenos Alquinos Cicloalquinos
Monocíclicos
Aromáticos Poli cíclicos
Halogenuros Compuestos de Alquilo Orgánicos Halogenados Halogenuros
de Arilo
Alcoholes Éteres Aldehídos y Cetonas
Compuestos Ácidos Carboxílicos Orgánicos Ésteres Oxigenados Anhídridos
Derivados de Ácidos Carboxílicos Amidas Halogenuros de ácido
Compuestos Aminas Orgánicos Amidas Nitrogenados Nitrilos
En la Tabla 2.1, se muestran los grupos funcionales más utilizados, las familias de compuestos que los poseen y ejemplos de ellos.
Tabla 2.1. Grupos Funcionales
75
Familia
Estructura General
Grupo Funcional
Ejemplo
Alcanos
R – H
No posee
CH3-CH2-CH3 Propano
n – propano
Alquenos
R – CH = CH – R′
Doble enlace C-C
– C = C –
CH3-CH = CH2 1 – propeno
Propeno
Alquinos
R – C ≡ C – R′
Triple enlace C-C
-– C ≡ C –
CH3 – C ≡ CH Propino
1 – propino
Compuestos Aromáticos
Anillo De
Benceno
Benceno
Halogenuros
de alquilo
R – X
Halógeno
X = F, Cl, Br, I
CH3 – CH2 – CH2Cl
1-cloropropano
Alcoholes
R – OH
Grupo hidroxilo
-OH
CH3 - CH2 - CH2OH
propanol
Éteres
(Ar)R – O – R′(Ar)
Oxígeno entre
dos grupos alquilo o arilo
R - O – R
CH3 - CH2 – O - CH3
Etil-metil éter CH3 - CH2 – O - Ph
Fenil-etil éter
Aldehídos
O ||
(Ar)R – C – H
Grupo carbonilo
O ||
R – C – H
O ||
CH3 - CH2 - C – H Propionaldehído
Propanal
Cetonas
O ||
(Ar)R – C – R
Grupo carbonilo
O ||
R – C – R
O ||
CH 3- C - CH3 Propanona
Acetona
Tabla 2.1. Grupos Funcionales (Continuación)
(Familia)
Estructura General
Grupo Funcional
Ejemplos
O
Grupo carboxilo
O
76Ácidos
Carboxílicos ||
(Ar)R – C – OH O ||
R – C – OH
|| CH3-CH2 – C – OH
Ácido Propanoico
Ésteres
O ||
(Ar)R – C – O – R(Ar)
Grupo carboalcoxi
O ||
R – C – O – R
O ||
CH3 – C – O – CH3 Etanoato de metilo Acetato de metilo
Anhídridos
O O || || (Ar)R – C– O –C - R(Ar)
O O || ||
R – C – O – C – R
O O || || CH3 - C - O - C- CH3 Anhídrido etanoico Anhídrido acético
Amidas
O ||
(Ar)R – C – NH2
Grupo carboxamida
O ||
R – C – NH2
O ||
CH3-CH2– C – NH2 Propanamida
Halogenuros
de Ácido
O ||
(Ar)R – C – X
O ||
R – C – X
O ||
CH3-CH2– C – Cl Cloruro de propionilo
Aminas
(Ar)R – NH2
Grupo amina R – NH2
CH3 -CH2 – NH - CH3
Etilmetilamina
Nitrilos
(Ar)R – C ≡ N –
Grupo ciano R – C ≡ N –
CH3-CH2- C≡N
Propanonitrilo Cianuro de etilo
Fuente Propia
Nota: El Símbolo R es empleado para designar estructuras generales de moléculas orgánicas, se utiliza como símbolo general para representar cualquier grupo alquilo. 3. HIDROCARBUROS
Son compuestos orgánicos cuyas moléculas contienen sólo átomos de carbono
e hidrógeno. Los hidrocarburos a su vez se clasifican en hidrocarburos alifáticos y
aromáticos.
3.1. HIDROCARBUROS ALIFÁTICOS
77Son todos aquellos compuestos orgánicos que sólo contienen carbono e
hidrógeno, ordenados en cadenas abiertas o cerradas. Se clasifican en saturados, son compuestos cuyos átomos de carbono se unen entre sí a través de enlaces sencillos, en cadena abierta lineal o ramificada (alcanos), como también en cadenas cerradas (cicloalcanos), y los insaturados, los cuales son hidrocarburos que presentan en su cadena carbonada enlaces dobles (alquenos, dienos, cicloalquenos) o enlaces triples (alquinos, cicloalquinos). 3.1.1. HIDROCARBUROS ALIFÁTICOS SATURADOS 3.1.1.1. ALCANOS Y CICLOALCANOS: Son hidrocarburos que sólo contienen enlaces sencillos. Los nombres de los alcanos tienen el sufijo “ano”, mientras que la primera parte del nombre expresa el número de átomos de carbono. Los cicloalcanos caracterizados por su estructura poligonal o cíclica, la cual posee el mismo número de vértices que átomos de carbono del compuesto y donde los lados del polígono representan los enlaces entre los átomos de carbono, se nombran anteponiendo la palabra “ciclo” al nombre del alcano del mismo número de átomos de carbono.
• FÓRMULA GENERAL: La fórmula general para los alcanos es CnH2n+2. Si se examina la fórmula general se observa que sus miembros difieren en un valor constante igual a CH2, una serie de compuestos con esta característica se denomina serie homóloga y sus miembros son homólogos. Para los cicloalcanos su fórmula es CnH2n, lo que significa que poseen dos hidrógenos menos que el alcano correspondiente.
En la Tabla 2.2, que se encuentra a continuación, se muestra un resumen de la correspondencia entre prefijos y números de átomos de carbono. Sin embargo, se observa que los cuatro primeros miembros de esta familia conservan una nomenclatura no sistemática o nomenclatura de nombres comunes, como se estudiará más adelante.
Tabla 2.2.
Correspondencia de Prefijos y Números de Átomos de Carbono para los Alcanos
_________________________________________________________________Nombre del alcano Número de átomos Nombre del alcano Número de átomos de carbono de carbono metano 1 nonano 9 etano 2 decano 10 propano 3 undecano 11 butano 4 dodecano 12
78pentano 5 tetradecano 14 hexano 6 hexadecano 16 heptano 7 octadecano 18 octano 8 eicosano 20 Ejemplos de alcanos: CH3 | CH4 CH3-CH3 CH3-CH2-CH3 CH3-CH2-CH2-CH3 CH3-CH-CH3 metano etano propano butano isobutano Ejemplos de cicloalcanos:
HH
HHH
H
CH 2
CH 2CH 2
H
HHH
H H H
H
CH 2
CH 2
CH 2
CH 2 Ciclopropano Ciclobutano
H
HHH
HH
H H
HH
CH 2
CH 2
CH 2CH 2
CH 2
H
H HH
HHH
H
HH
HHCH 2
CH 2
CH 2
CH 2
CH 2
CH 2
Ciclopentano Ciclohexano
Los cicloalcanos se representan por figuras geométricas: triángulos, cuadrados, pentágonos, hexágonos, etc., omitiéndose los carbonos e hidrógenos como se observa en su representación final. Se sobreentiende que en cada vértice de la figura hay un “CH2”, un “CH” ó un “C” dependiendo si el carbono tiene o no sustituyentes.
Ejemplo:
Un sustituyente: Dos sustituyentes:
CH
CH 2CH 2
CH3
CH 2CH 2
C
CH3
H C3
79
• CLASIFICACIÓN DE ÁTOMOS DE CARBONO E HIDRÓGENO La clasificación de átomos de carbono se basa en el número de carbonos adicionales que tiene unidos: un átomo de carbono primario (C - 1º) está unido a un solo carbono adicional; uno secundario (C - 2º), a otros dos; uno terciario (C - 3º) a tres y uno cuaternario (C - 4º) a cuatro átomos de carbonos.
Ejemplo:
CH CH
CH CH CH C CH
CH
3
3 3
3
2 3
1º
1º1º
1º
1º
3º 2º4º
CH
CH
CH
CH2
C
CHCH
CH
CH 3
2
23
3
1º
1º
1º
2º2º
2º
22º
3º
4º
Cada átomo de hidrógeno se clasifica de forma similar, recibiendo la misma clasificación de H - 1º, H - 2º, H - 3º, según el tipo de carbono al cual se encuentre unido.
Ejemplo:
H H H H
H C C C C H
H H H
H C H
H1º
1º1º
1º
1º
1º
1º
1º
1º
3º 2º
2º
• LOS GRUPOS ALQUILO. NOMENCLATURA
Los Grupos Alquilo: Son grupos de átomos formados con el objeto de dar nombre a los compuestos. Se obtienen hipotéticamente al eliminar un átomo de hidrógeno de un alcano, por lo tanto su fórmula general es CnH2n+1. Se nombran, cambiando la terminación ano del alcano correspondiente por “ilo”. Sus nombres dependen del alcano que se deriva y el tipo de hidrógeno eliminado.
Para diferenciar los grupos alquilo, de acuerdo al tipo de hidrógeno
sustituido se utilizan los prefijos: n-, iso-, sec-, ter-, neo-. Esto aplica generalmente para los alcanos con más de dos átomos de carbono, a partir de los cuales se forman varios grupos alquilo.
80En la Tabla 2.3, se muestra un resumen de los grupos alquilo, las reglas
para su aplicación y ejemplos. En la parte de ejemplo se indica el alcano del cual se origina, el grupo alquilo formado y como nombrar el compuesto cuando existe un sustituyente en el punto de conexión.
Tabla 2.3. Grupos Alquilo
Prefijo Aplicación Ejemplo
n-: normal
Para nombrar un grupo alquilo lineal (no ramificado), resulta de sustituir un “H” de un “C-1°” (Hidrógeno terminal).
CH3 - CH2 - CH3
Propano
CH3 - CH2 - CH2 - Grupo n - propilo (C-1°)
CH3 - CH2 - CH2I
Yoduro de n - propilo
Iso (i)-: iso
Para nombrar un grupo alquilo de tres (3) a seis (6) átomos de carbono, que posea un grupo metilo (-CH3) en el penúltimo carbono de la cadena, opuesto al carbono terminal sustituido.
CH3
| CH3 - CH - CH2 - CH3
Isopentano
CH3 |
CH3 - CH - CH2 - CH2- Grupo isopentilo (C-1°)
CH3 |
CH3 - CH - CH2 - CH2Cl Cloruro de isopentilo
Tabla 2.3. Grupos Alquilo (Continuación)
Prefijo Aplicación Ejemplo
sec-: secundario
Se utiliza para nombrar un grupo alquilo proveniente de la sustitución de un H de cualquiera de los C - 2° del n - butano.
CH3 - CH2 - CH2 - CH3
Butano
CH3 - CH2 – CH - CH3 |
Grupo sec-butilo (C-2°)
CH3 - CH2 – CH - CH3 | Br
Bromuro de sec-butilo
CH3 |
81
ter-
Se utiliza para nombrar un grupo alquilo que se origina al sustituir un H de un C - 3° en un alcano con cuatro (4) o cinco (5) átomos de carbono.
CH3 – CH - CH3 Isobutano
CH3
| CH3 – C - CH3
| Grupo terbutilo (C-3°)
CH3
| CH3 - C - CH3
| Cl
Cloruro de terbutilo
neo-
Se emplea para nombrar los grupos alquilo provenientes de alcanos con cinco(5) o seis (6) átomos de carbono, uno de los cuales es un carbono cuaternario. Se forma cuando se sustituye un H de uno de los C-1°.
CH3
| CH3 - C - CH3
| CH3
Neopentano
CH3 |
CH3 - C - CH2 - | CH3
Grupo Neopentilo (C-1°)
CH3 |
CH3 - C - CH2Cl | CH3
Cloruro de neopentilo En los Cicloalcanos, los grupos alquilo se denominan cicloalquilos y se obtienen sustituyendo un “H” cualquiera del ciclo por otro átomo o grupo de átomos. (Carroz, 1997). Ejemplos: Grupo Alquilo Compuesto Ciclopropilo Bromuro de ciclopropilo Br Ciclobutilo Fluoruro de ciclobutilo F
82 CH2CH3 Ciclopentilo Ciclobutiletano I Ciclohexilo Yoduro de ciclohexilo
NOMENCLATURA DE GRUPOS ALQUILO: Para complementar la idea acerca de la formación de los grupos alquilo, la siguiente tabla muestra cómo se procede para los distintos tipos de alcanos. La aplicación de esta nomenclatura es recomendable para alcanos que contengan un máximo de seis átomos de carbono, para aquellos que contengan una cantidad mayor la aplicación de esta nomenclatura es no es práctica, debido a que se formaría un gran número de grupos alquilo.
En la Tabla 2.4 se encuentra la nomenclatura para alcanos que contienen hasta cuatro átomos de carbono. Se puede observar que el número de grupos alquilo obtenidos depende del número de átomos de carbono del alcano del cual se derivan. En la cuarta columna se indica la manera de abreviar esta nomenclatura, cuyo uso es muy práctico.
Tabla 2.4.
Nomenclatura de Grupos Alquilo
Carbonos Alcano Grupos Alquilo Abreviatura
1 CH4
Metano CH3 - Metilo
Me
2
CH3 - CH3 Etano
CH3 - CH2 - Etilo
Et
3
CH3 - CH2 - CH3 Propano
CH3 - CH2 - CH2 -
n-propilo
CH3 |
CH3 - CH -
Pr (n-Pr)
i - Pr
83Isopropilo
4
CH3- CH2 - CH2 - CH3
Butano
CH3 |
CH3 - CH - CH3 Isobutano
CH3 - CH2 - CH2 - CH2 -
n-butilo
CH3 - CH2 - CH - CH3 |
sec-butilo
CH3 |
CH3 – CH - CH2 - Isobutilo
CH3 |
CH3 – C – |
CH3 Terbutilo
n - Bu
s - Bu
i - Bu
t - Bu
• NOMENCLATURA DE ALCANOS Y CICLOALCANOS
NOMENCLATURA DE ALCANOS: Los alcanos pueden ser nombrados utilizando nombres comunes o mediante el sistema IUPAC. Del pentano en adelante, los nombres de los alcanos se componen de un prefijo que indica el número de átomos de carbono, más el sufijo ano.
• NOMENCLATURA NOMBRES COMUNES: Son nombres triviales o comunes que surgen de su uso común, no tienen relación con el número de átomos de carbono presente en el compuesto. Se usa para nombrar los primeros miembros de la serie de los alcanos: metano, etano, propano, butano.
Se ha visto que los prefijos n - , iso - , sec - , ter - , neo - , son adecuados para diferenciar los diversos alcanos (principalmente butanos y pentanos), pero más allá de ellos se necesitará un número muy grande de prefijos. No se pueden utilizar nombres comunes para describir moléculas complejas, con un gran número de átomos de carbono.
84
• NOMENCLATURA IUPAC: El sistema formal de nomenclatura que se utiliza en la actualidad es el propuesto por la Unión Internacional de Química Pura y Aplicada (IUPAC). Es un sistema detallado de nomenclatura, compuesto por una serie de reglas, las cuales generan los nombres de los compuestos orgánicos, se basa en el principio de que cada compuesto diferente debe tener un nombre diferente. Los nombres que se generan se llaman nombres IUPAC o nombres sistemáticos.
Cada una de las familias orgánicas posee su reglamentación al respecto, propias de sus características y estructuras. Sin embargo, estas funcionan de modo semejante para nombrar diversas familias de compuestos. Las reglas que constituyen la nomenclatura IUPAC para los alcanos y cicloalcanos se exponen a continuación:
• NOMENCLATURA IUPAC DE ALCANOS
FÓRMULA GENERAL: CnH2n+2
REGLAS REGLA N° 1: Encontrar la cadena continua más larga de átomos de carbono y con el mayor número de sustituyentes (cadena principal). Emplear el nombre de esta cadena como el nombre básico del compuesto. Sustituyentes: Son las cadenas laterales, en el caso de los alcanos es un grupo alquilo. Se les denomina de esta manera, porque son el producto de la sustitución de un hidrógeno de la cadena carbonada principal, por una cadena lateral Localizadores: Son los números que se le asignan a las posiciones relativas de los átomos de carbono, dentro de la cadena carbonada. Ejemplo: 2 1
CH2 – CH3 Cadena Principal |
Sustituyente CH3 – CH – CH2 – CH2 – CH2 – CH3 3 4 5 6 7 Localizadores
85Número de átomos de carbono: 7 Nombre básico: Heptano
REGLA N° 2: Enumerar la cadena más larga, comenzando en el extremo de la cadena que esté más cerca de un sustituyente (ramificación).
* Si existiesen dos sustituyentes a igual distancia de los extremos, decidir por el segundo sustituyente más cercano al extremo y así sucesivamente.
REGLA N° 3: Nombrar los grupos sustituyentes unidos a la cadena más larga como grupo alquilo. Especificar la localización de cada grupo alquilo mediante el número del átomo de carbono en la cadena principal al cual esté unido, separados entre sí por un guión. REGLA N° 4: Cuando estén presentes dos o más sustituyentes, listar en orden alfabético. Cuando estén presentes dos o más sustituyentes del mismo grupo alquilo, usar los prefijos di-, tri- tetra-, etc. (ignorando el orden alfabético) antes del nombre del sustituyente y precedido del número del átomo de carbono de la cadena principal al cual se encuentre unido. Para separar los números uno de otro, utilizar comas.
* Los prefijos di-, tri-, n-, sec-, ter-, no se toman en cuenta para el orden alfabético, pero sí los prefijos iso-, neo- y ciclo.
REGLA N° 5: Cuando un sustituyente de la cadena principal es muy complejo, nombrar dicho sustituyente como un grupo alquilo sustituido. Enumerar sus átomos de carbono, a partir del punto de unión con la cadena principal. Numerar también los sustituyentes del grupo alquilo básico con sus números apropiados, empleando paréntesis para aislar el nombre del grupo alquilo complejo. Ejemplos Nomenclatura de Alcanos: 1. Dar los nombres IUPAC (sistemáticos) de las siguientes estructuras:
a) CH3 – CH2 – CH2 – CH – CH2 – CH3 | CH2 | CH2 |
CH3 - CH - CH2 - CH3
Solución:
Aplicación de las reglas 1, 2, 3
9 8 7 6 Regla 1, 2: a) CH3 – CH2 – CH2 – CH – CH2 – CH3 Número de Carbonos de la
| Cadena Principal (C.P.) = 9 5 CH2 Nombre: Nonano
| Regla 3, 4: 4 CH2 Localizador_ Sustituyentes
| (ubicación, CP) CH3 - CH - CH2 - CH3 3 metilo (2)
3 2 1 6 etilo (1) (Nº) orden alfabético
Nombre IUPAC: 6 – etil – 3- metilnonano ( Regla 4, orden alfabético ).
86
b) CH3 – CH2 – CH – CH – CH – CH – CH3 | | | |
CH3 CH2 CH3 CH3 |
CH2 | CH3
Solución:
Aplicación de las reglas 1, 2, 3 7 6 5 4 3 2 1 Reglas 1, 2:
b) CH3 – CH2 – CH – CH – CH – CH – CH3 Número de Carbonos, C.P. = 7 | | | | Nombre: Heptano CH3 CH2 CH3 CH3 | Reglas 3, 4:
CH2 Localizadores Sustituyentes | 2, 3, 5 metilo (1) CH3 4 n - propil (2)
Nombre IUPAC: 2,3,5 – trimetil – 4 – n – propilheptano ( Regla 4, orden alfabético ). Nota: Incorrecto, segunda opción: 4 – secbutil – 2,3 – dimetilheptano, tiene sólo tres sustituyentes (Regla 1). c)
CH2 – CH3 CH2 – CH3 | |
CH3 – CH2 – CH – CH2 – CH – C – CH – CH3 | | |
CH3 – CH2 – CH CH3 CH3 |
– CH | CH2 – CH – CH2 – CH – CH2 – CH3 | | CH – CH3 CH3 | CH3
Solución:
CH2 – CH3 CH2 – CH3 1 2 3 | 4 5 1| 2 3
CH3 – CH2 – CH – CH2 – CH – C – CH – CH3 Sustituyente 6 | | | Complejo
CH3 – CH2 – CH CH3 CH3 7 |
– CH 8 | 9 10 11 12 13 CH2 – CH – CH2 – CH – CH2 – CH3
87 | | CH – CH3 CH3 | CH3
Análisis: Aplicando las Reglas 1 y 2, por ambos extremos, el primer sustituyente está ubicado en el C – 3, el segundo sustituyente en el C – 5, pero el tercer sustituyente se encuentra en el C – 6 comenzando el conteo por el lado izquierdo ( 6 – etil), por lo tanto se comienza a contar por ese extremo (6<7). Reglas: 1, 2: Número de Carbonos, Cadena Principal = 13. Nombre: tridecano. Reglas: 3, 4 Localizadores Sustituyentes (orden alfabético) Hay que hacer notar que cuando 3, 6 dietil (2) se escriben los sustituyentes, si 9 iso - propil (3) se nombran como grupos alquilo, 11 metil (11) su terminación es “ilo”, pero, 7 ciclopentil (1) al formar el nombre IUPAC, la 5 (complejo) (1 – etil – 1,2 – dimetilpropil) (4) terminación debe ser “il”. Nombre IUPAC: 7 – ciclopentil – 3,6 – dietil – 9 – isopropil – 5(1 – etil – 1,2 – dimetilpropil) – 11 – metiltridecano ( Regla 4, orden alfabético ). Nota: En el caso de los sustituyentes complejos, se deberá seleccionar el orden
alfabético más adecuado, en vista de que dentro del complejo puedan existir nombres que tengan prioridad menor. En cualquier caso, se suele colocar el nombre del complejo al final de los nombres de los sustituyentes y antes del nombre de la cadena principal, la cual da el nombre básico al compuesto.
2. Escriba las fórmulas estructurales, nombres IUPAC y comunes, éste último
en caso de aplicar, para el C6H14 (5). El número entre paréntesis indica el número de isómeros que presenta el compuesto.
Solución: Analizando su fórmula molecular C6H14, está compuesto solamente por C e H, por lo tanto es un hidrocarburo. También se verifica que es un alcano al aplicar su ecuación general: CnH2n + 2, donde n = 6; 2(6) + 2 = 14; por lo tanto se trata del hexano.
Compuesto
Nombre IUPAC
Nombre Común
CH3– CH2– CH2– CH2– CH2– CH3
Hexano
n- hexano
CH3– CH2–CH2–CH – CH3
| CH3
2 – metilpentano
Isohexano
88CH3– CH2–CH–CH2 – CH3
| CH3
3 – metilpentano No aplica
CH3 |
CH3– C – CH2 – CH3 | CH3
2, 2 – dimetilbutano
Neohexano
CH3 |
CH3– CH – CH – CH3 | CH3
2, 3 – dimetilbutano
No aplica
• NOMENCLATURA IUPAC DE CICLOALCANOS
FÓRMULA GENERAL: CnH2n
REGLAS REGLA N° 1: Los cicloalcanos se nombran colocando el prefijo CICLO al nombre del hidrocarburo de cadena abierta correspondiente, de igual número de carbonos que el anillo. REGLA N° 2: Los cicloalcanos sustituídos emplean al cicloalcano como nombre básico, y los grupos alquilo se nombran como sustituyentes. REGLA N° 3: Se da nombre a los sustituyentes del anillo (grupos alquilo, halógenos) y sus posiciones se señalan con números. Se le asigna la posición 1 a un carbono en particular y, luego, se numera alrededor del anillo, en el sentido de las agujas del reloj o en el contrario, tomando en cuenta la dirección que resulte en la combinación de números más baja posible de los demás sustituyentes. * Si existiesen dos o más sustituyentes en el anillo, se comienza a numerar el
átomo de éste que se encuentre más sustituído. En el nombre los sustituyentes van en orden alfabético.
* Si sólo hay un sustituyente no se necesita numerar.
89 REGLA N° 4: Por conveniencia, los anillos alifáticos a menudo se representan por medio de figuras geométricas simples: un triángulo para el ciclopropano, un cuadrado para el ciclobutano, un pentágono para el ciclopentano, un hexágono para el ciclohexano, y así sucesivamente. Se sobreentiende que en cada vértice de la figura hay dos hidrógenos, a menos que esté presente otro grupo. REGLA N° 5: Cuando la parte acíclica de la molécula contiene más átomos de carbono que la parte cíclica ( o cuando contiene un grupo funcional importante), a la parte cíclica a veces se le da el nombre de sustituto cicloalquilo en la cadena acíclica. Ejemplos Nomenclatura de Cicloalcanos: 1. Dar los nombres IUPAC (sistemáticos) de las siguientes estructuras:
a) b) 3 CH3 4 2
5 1 CH3
6 CH3
N.I: Metilciclopentano 2 – ciclopropil - 1,1 – dimetil ciclohexano c) d) CH3 CH3 H CH3 3 1 CH2 - CH3 CH3 HC 2 CH2 - CH3
CH3 N.I.= 1,1,3 – trimetilciclobutano 1,1 – dietil – 3 - isopropilciclohehano
90 e) CH3 | CH3 – CH2 – CH2 – CH2– CH – CH – CH2 – CH3 | N.I. = 4 – ciclopropil – 3 – metiloctano (Regla 5)
3.1.2. HIDROCARBUROS ALIFÁTICOS INSATURADOS Se les describe como insaturados debido a que poseen menos hidrógeno
que el máximo posible.
3.1.2.1. ALQUENOS, CICLOALQUENOS Y DIENOS Son hidrocarburos alifáticos insaturados que contienen dobles enlaces
carbono – carbono. El doble enlace es la parte más reactiva, constituyendo su grupo funcional. ( - C = C - ).
Estos hidrocarburos contienen enlaces adicionales pi ( π ), los cuales
disminuyen el número de átomos de hidrógeno en una fórmula molecular. Estas características estructurales se denominan elementos de instauración. Cada elemento de instauración implica dos átomos de “H” menos que la fórmula saturada.
• Alquenos: se les llama también olefinas o hidrocarburos etilénicos, pertenecen a la familia de hidrocarburos que contiene un solo doble enlace carbono – carbono. Los nombres de los alquenos terminan en “eno”. Contienen dos hidrógenos menos que los alcanos con el mismo número de átomos de carbono.
• Cicloalquenos: son alquenos cíclicos con dos hidrógenos menos que los alquenos.
• Dienos: son alquenos con dos dobles enlaces. Los hay de cadena abierta, los cuales contienen dos hidrógenos menos que los alquenos y los de cadena cerrada (cíclicos), tienen cuatro hidrógenos menos que los alquenos.
91
• Fórmulas Generales:
Alquenos: CnH2n
Cicloalquenos: CnH2n – 2
Dienos Cadena abierta (acíclicos): CnH2n – 2 Cadena cerrada (cíclicos): CnH2n – 4
• NOMENCLATURA IUPAC DE ALQUENOS, CICLOALQUENOS Y DIENOS
• NOMENCLATURA IUPAC DE ALQUENOS
FÓRMULA GENERAL: CnH2n
REGLAS REGLA N° 1: Los alquenos se denominan de modo semejante a los alcanos, empleando como raíz el nombre de la cadena más larga que contenga el doble enlace (cadena principal). REGLA N° 2: Se numeran los carbonos de la cadena principal, comenzando por el extremos más cerca del doble enlace y a éste se le asigna el número menor de los dos átomos de carbono que comparten el doble enlace.
Cuando la cadena principal contiene más de tres átomos de carbono, se usa un número para determinar la localización del doble enlace.
Siempre se tomará como cadena principal aquella que contenga el mayor
número de insaturaciones, aún cuando exista otra cadena carbonada con más átomos de carbono.
La numeración la determina el doble enlace, no los sustituyentes.
En el caso de isómeros geométricos, se le añade un prefijo: cis- o trans-,
o (Z)- o (E)-. REGLA N° 3:. Se nombra el alqueno como derivado del alcano correspondiente, cambiando la terminación “ano” por “eno”.
92 REGLA N° 4: Si hay grupos sustituyentes como grupos alquilo o halógenos (haloalquenos) fijos a la cadena principal, cada uno se cita con un número para indicar su ubicación. Sin embargo, para numerar se le sigue dando prioridad al doble enlace y conservando el orden alfabético. REGLA N° 5: Cuando son sustituyentes, los alquenos reciben el nombre de grupos alquenilo. A estos grupos se les asignan nombres ya sea sistemáticamente (etenilo, propenilo, etc.), o empleando nombres comunes (metileno, vinilo, alilo, fenilo, etc.).
• NOMENCLATURA IUPAC DE CICLOALQUENOS
FÓRMULA GENERAL: CnH2n – 2
REGLAS REGLA N° 1: Los cicloalquenos se nombran como los cicloalcanos, pero dándole al doble enlace, los números 1 y 2, continuándose a través del anillo, de tal manera que los sustituyentes tengan los números más pequeños. REGLA N° 2: Cuando el compuesto cíclico posee un doble enlace fuera del ciclo (exocíclico), se nombra como derivado del cicloalcano o cicloalqueno correspondiente (metilenciclopentano, vinilciclobutano, 1-(3-butenil)ciclohexeno, etc.).
• NOMENCLATURA IUPAC DE DIENOS
FÓRMULA GENERAL Cadena Abierta (acíclica): CnH2n - 2
Cadena Cerrada (cíclica): CnH2n - 4
REGLAS REGLA N° 1: Se nombran de la misma forma que los alquenos, pero usando la terminación “dieno”, indicando las posiciones de los dos dobles enlaces, a los cuales se les dará los números más pequeños, al numerar la cadena principal. Ejemplos Nomenclatura de Alquenos, Cicloalquenos y Dienos: Ejemplos Nomenclatura de Alquenos
93 1. Dar los nombres IUPAC (sistemáticos) y común si aplica, para cada una de las
siguientes estructuras: a) CH3 Solución: | Aplicando las reglas 1 a 4:
CH3 – C = CH3 Número de Carbonos, Cadena Principal= 3 3 2 1 Nombre: propeno Localizador Sustituyentes / Ubicación doble enlace (ubicación, CP) 2 metilo doble enlace carbono 1/carbono 2 (C1/C2) Nombre IUPAC: Metilpropeno (no es necesario indicar la ubicación del doble enlace). Nombre Común: Isobuteno o Isobutileno b) CH3 Solución: | Aplicando las reglas 1 a 4: CH3 – CH = CH – CH2 – C – CH3 Número de Carbonos, C.P.= 6 1 2 3 4 5 6 Nombre: hexeno | Localizador Sustituyentes / ubicación CH3 5,5 metil doble enlace C2 / C3 Nombre IUPAC: 5,5 – dimetil – 2 – hexeno. Nombre Común: No aplica
c) CH3 |
Br CH – CH3 | |
CH2 = C – CH – CH – CH – CH3 | |
CH3 CH – CH3 |
CH2 – CH – CH3 |
CH3 Solución: 3 CH3 Análisis: Aplicando la regla 1, se comienza | a contar por el extremo izquierdo, donde
Br 2 CH – CH3 se ubica el doble enlace.
94 | 1 |
CH2 = C – CH – CH – CH – CH3 Aplicando las reglas 1 a 4: 1 2 | 3 | 4 Número de Carbonos, C.P.= 8
CH3 CH – CH3 Nombre: octeno 5 | Localizador Sustituyentes / ubicación
6 CH2 – CH – CH3 2 Br 7 | 8 3, 5, 7 trimetil CH3 4 (complejo) (1, 2 – dimetilpropil)
doble enlace C1 / C2 Nombre IUPAC: 2 – bromo – 3, 5, 7 – trimetil – 4 ( 1, 2 – dimetilpropil) – 1 – octeno. Nombre Común: No aplica Ejemplos Nomenclatura de Cicloalquenos:
a) b) c)
3
CH3
1
212
3CH3 CH3
1
2
4
3
N.I.: 3 - metilciclopropeno 1- metilciclopropeno 1 - etilciclobuteno
d) e) f)
CH2CH3
1
32
4
CH3
CH2CH31
2 3
45
Br
1 2
3
4
5
N.I.: 3 - etilciclobuteno 3 - bromociclopenteno 3 - etil - 2 - metilciclopenteno En ninguno de los casos aplican nombres comunes. Ejemplos Nomenclatura de Dienos: CH3 | a) CH2 = C – CH = CH2 Solución: Aplicando las reglas:
95Número de Carbonos, C.P.= 4 Nombre: butadieno Localizador Sustituyentes / ubicación 2 metil dobles enlaces C1 / C2 y C3 / C4 Nombre IUPAC: 2 – metil – 1,3 – butadieno (dieno conjugado) Nombre Común: No aplica b) CH2 = C = CH2 Solución:
Aplicando las reglas: Número de Carbonos, C.P.= 3, No posee sustituyentes Nombre IUPAC: Propadieno (un aleno, dieno acumulado) Nombre Común: No aplica
• NOMENCLATURA NOMBRES COMUNES DE ALQUENOS Y CICLOALQUENOS. Son nombres triviales de uso común, para formarlos se utilizan los nombres
de los grupos alquenilo, los cuales similarmente como los grupos alquilo para los alcanos, estos se originan cuando se elimina un hidrógeno a un alqueno (CnH2n-1). En este caso los alquenos actúan como sustituyentes.
Se utilizan nombres comunes para los compuestos más sencillos, por ejemplo: Compuesto Nombre IUPAC Nombre Común
CH2 = CH2 eteno etileno CH2 = CH - CH3 propeno propileno CH3 | CH2 = CH - CH3 2 - metilpropeno isobutileno
Los diversos alquenos de un determinado número de carbonos suelen
designarse colectivamente como pentilenos (amilenos), hexilenos, heptadienos, etc. (Morrison, 1990).
96Los grupos alquenilo utilizados para formar nombres comunes de alquenos y
sus respectivos ejemplos, se muestran en la Tabla 2.5:
Tabla 2.5. Nomenclatura de Grupos Alquenilo CARBONOS ALQUENO GRUPOS ALQUENILO EJEMPLO
1
CH2 =
Metileno
2
CH2 = CH2
Eteno Etileno
CH2 = CH -
Etenilo Vinilo
CH2 = CH – Br Bromoeteno
Bromuro de Vinilo Bromoetileno
3
CH3 - CH = CH2 Propeno
3 2 1 CH3 - CH = CH -
1- Propenilo
3 2 1 CH2 = CH - CH2 -
2 - Propenilo Alilo
CH2 = C – CH3 |
Isopropenilo
CH3 - CH = CHBr 1 - Bromopropeno
Bromuro de propenilo
CH2 = CH - CH2Br 3 – Bromopropeno Bromuro de alilo
CH2 = C – CH3 |
Br 2 - Bromopropeno
Bromuro de isopropenilo
4
CH3 - CH2 - CH = CH2
1 - Buteno
CH2 = CH - CH2 - CH2 -
3-butenilo
CH3 CH3 - C = CH -
2 - Metil -1 – Propenilo
CH3 - CH = CH- CH2 -
97
CH3- CH = CH - CH3 2 - Buteno
2 - butenilo (Cis y Trans)
Fuente Propia Nota: los nombres en cursiva son nombres comunes.
Los siguientes grupos son utilizados también en la nomenclatura de nombres comunes de alquenos:
CH2 = CH3 - CH = CH3 - CH2 - CH = Metilen Etilen Propilen
Ejemplos Nomenclatura Nombres Comunes de Cicloalquenos: a) b)
CH2CH2CH=CH21
23
4
5 6
1 2
CH2CH=CHCH33
45
6
1 – ( 3 – butenil )ciclohexeno 3 – ( 2 – butenil )ciclohexeno
c) d) e)
CH2
CHCH3
CH=CH2
Metilenciclopentano Etilenciclobutano Etenilciclobutano Vinilciclobutano
• LA ROTACIÓN RESTRINGIDA DEL DOBLE ENLACE
El doble enlace C – C formado por un enlace sigma y otro pi, impide la libre rotación de los grupos unidos mediante este enlace.
La superposición máxima de los dos orbitales p que conforman el enlace pi,
se origina cuando éstos se encuentran en una posición paralela exacta (Figura 2.1.a) Si se hace girar 90º un carbono con doble enlace, su enlace se rompe, porque los ejes ya no estarían paralelos sino perpendiculares (Figura 2.1.b), perdiéndose la superposición.
98
Rotación de 90º C C C C
(a) Orbitales p, paralelos b) Se pierde la superposición de los orbitales p
Figura 2.1. Rotación restringida del doble enlace
Los resultados basados en cálculos termoquímicos indican que la fuerza del enlace pi es de 63 kcal / mol. Esta es la barrera energética contra la rotación del doble enlace, la cual es superior a la barrera contra la rotación de los enlaces sencillos C – C, la cual es solamente entre 3 – 6 kcal / mol, permitiéndoles rotar relativamente libres a temperatura ambiente.
• ISÓMEROS GEOMÉTRICOS: ISOMERÍA CIS - TRANS La rigidez y falta de rotación de los dobles enlaces C – C, da lugar a la
isomería geométrica cis – trans, que es una variedad de estereoisomería que se le llama isomería geométrica. Para nombrarlos se utiliza la Nomenclatura Cis – Trans y la Nomenclatura (E) – (Z).
• NOMENCLATURA DE LOS ISÓMEROS GEOMÉTRICOS
1. NOMENCLATURA CIS – TRANS
1. Si dos grupos semejantes enlazados a los carbonos del doble enlace están del mismo lado, en diferentes átomos, el alqueno es el isómero cis-.
2. Si dos grupos semejantes enlazados a los carbonos del doble enlace
están en los lados opuestos al doble enlace, en diferentes átomos, el alqueno es el isómero trans-.
3. Si cualesquiera de los carbonos del doble enlace tiene dos grupos
idénticos, la molécula no puede tener formas cis y trans, por lo tanto en este caso, no presenta isomería geométrica.
4. Los cicloalquenos trans son inestables a menos que el anillo sea lo
suficientemente grande (al menos ocho átomos de carbono) como para darle lugar al doble enlace trans. Por tanto, se supone que todos los cicloalquenos son cis, a menos que se especifique que son trans. El nombre cis raras veces se emplea con los cicloalquenos, a menos que se quiera diferenciar un cicloalqueno grande con respecto a su isómero trans.
Ejemplos
a) 1, 2 – dicloroeteno , FM = C2H2Cl2
99
C = C
H
Cl
H
Cl
C = C
H
ClH
Cl
Cis – 1, 2 – dicloroeteno Trans – 1, 2 – dicloroeteno
El cis – 1, 2 – dicloroeteno y el trans – 1, 2 – dicloroeteno no son isómeros de constitución, ya que la conectividad de los átomos es igual en ambos. Estos dos compuestos difieren únicamente en el acomodo de sus átomos en el espacio. Los isómeros de este género se clasifican como estereoisómeros, pero con frecuencia se les llama simplemente isómeros cis - trans.
b) 1 – buteno : CH3 – CH2 – CH = CH2
C = C
H
HH
CH 2 CH 3
No presenta isomería geométrica, por contener dos grupos idénticos (H) en un mismo carbono.
c) 2 – buteno: CH3 – CH = CH CH3
C = C
HH
CH 3H C3
C = C
H
H CH 3
H C3
Cis – 2 – buteno Trans – 2 – buteno
2. NOMENCLATURA (E) – (Z) – (CONVENCIÓN CAHN-INGOLD-PRELOG)
Los términos cis y trans son aplicables a alquenos disustituidos. Si el alqueno está tri o tetrasustituído se utiliza el método llamado Sistema E – Z, aplicable a cualquier tipo de diastereómero (estereoisómeros que no son imágenes especulares mutuas) de alquenos:
1. Se le asigna configuración única ya sea (E) o (Z) a cualquier doble
enlace que no presente isomería geométrica.
1002. Se emplea cuando tres o cuatro sustituyentes olefínicos son diferentes
entre sí.
3. Para emplear este sistema se le asignan prioridades a los sustituyentes de cada extremo del doble enlace, tomando en cuenta el número atómico del átomo unido directamente a tales carbonos.
a) Cuando los sustituyentes de mayor prioridad se encuentran del mismo lado, en diferentes átomos, el isómeros se llama Z- ( derivado de la palabra alemana zuzammem, que significa “juntos”), y si se encuentran en lados opuestos, el isómeros se llama E- ( derivado de la palabra alemana entgegen, que significa “opuesto” ).
b) Cuando los dos átomos unidos directamente a uno de los carbonos olefínicos, tienen el mismo número atómico, se comparan los números atómicos de los átomos siguientes y así sucesivamente hasta encontrar una diferencia.
Ejemplo: Asignar configuración (E) – ( Z) para los siguientes compuestos:
a) 1 – bromo – 1 cloropropeno: C(BrCl) = CH – CH3
Solución: Analizando una posible configuración:
Br CH3 Reglas 1 a 3: Átomo / Grupo Nº atómico Prioridad
C = C – Br 35 1 – Cl 17 2
Cl H – CH3 6 1 Representación – H 1 2
Tridimensional Introduciendo los resultados:
(1) Br CH3 (1) Los grupos de mayor prioridad están ubicados del mismo lado
C = C en diferentes carbonos (Regla 3a), Br > Cl y CH3 > H, entonces
Cl H tiene la configuración “Z”
(Z) – 1 – bromo – 1 cloropropeno
Por lo tanto, el otro isómero es: Cl CH3 (1)
C = C (E) – 1 – bromo – 1 cloropropeno
(1) Br H b) 3 – isopropil – 2 – hexeno: CH3 – CH2 – CH2 – C = CH – CH3
101 |
CH3 – CH | CH3
Realizando una de sus posibles representaciones, para establecer su configuración:
CH3 |
H CH – CH3
C = C
CH3 CH2 – CH2 – CH3
Solución: Reglas 1 a 3:
Átomo / Grupo Nº atómico Prioridad – CH3 6 1 – H 1 2 – CH – CH3
| (i – Pr) CH3
6 ?
– CH2 – CH2 – CH3 (n - Pr) 6 ? Los grupos (i – Pr) y (n - Pr) tienen igual prioridad, por lo tanto hay que
analizar los átomos siguientes para encontrar la diferencia (Regla 3b).
Análisis: – CH – CH3 C | C C de acuerdo con las CH3 H prioridades: (C, C, H) > (C, H, H )
C (1) (2) CH2 – CH2 – CH3 C H H
La representación es: CH3 Por lo tanto, esta disposición tiene la
| (1) configuración (E): H CH – CH3 (E) - 3 – isopropil – 2 – hexeno:
C = C ó (E) - 3 (1 – metil – etil) – 2 – hexeno
(1) CH3 CH3 – CH2 – CH2
102
En el otro caso, colocando los grupos de prioridad más alta a ambos lado de los carbonos que contienen el doble enlace se obtendrá la configuración “Z”.
Mediante este procedimiento se obtienen las prioridades, este análisis se
realiza una sola vez, el paso siguiente es dibujar las configuraciones con estos resultados.
3.1.2.2. ALQUINOS. GRUPO FUNCIONAL. FÓRMULA GENERAL Son hidrocarburos que contienen un triple enlace carbono – carbono en
su estructura. Este triple enlace (– C ≡ C –) constituye su grupo funcional. Los nombres de los alquino tienen el sufijo “ino”, aunque algunos nombres comunes, por ejemplo el acetileno (H – C ≡ C – H), el miembro más sencillo de esta familia, no se apegan a esta regla.
• FÓRMULA GENERAL: Estos hidrocarburos tienen la fórmula general CnH2n – 2 , tal como lo indica su
fórmula, presenta un grado mayor de instauración con respecto a los alquenos.
• NOMENCLATURA IUPAC DE LOS ALQUINOS FÓRMULA GENERAL: CnH2n - 2 REGLA N° 1: Pueden ser nombrados por el sistema IUPAC, siguiendo reglas similares a las que se aplican para nombrar a los alcanos y alquenos: Se selecciona la cadena continua más larga de átomos de carbono que incluya al triple enlace y se cambia la terminación “ano” de alcano matriz por la terminación “ino”. Se numera la cadena desde el extremo más cercano al triple enlace, y se especifica la posición de éste mediante el átomo de carbono al que le corresponde el número menor. REGLA N° 2: Se asignan números a los sustituyentes que indiquen sus ubicaciones. REGLA N° 3: Cuando estén presentes dos grupos funcionales, se combinan los sufijos para obtener los nombres compuestos de ALQUELINOS (ALQUINILO), ALQUINOLES, etc. REGLA N° 4: Cuando se presentan dobles y triples enlaces, se escoge la cadena más larga que los contenga. Si están equidistantes, se le da el número menor al doble enlace, utilizando las terminaciones eno e ino, pero dándole prioridad al eno, eliminando la o final (en).
Ejemplos: CH3 CH3
| | Nombre:
103CH3 – CH = C – CH – CH - C ≡ C – CH3 3,4 – Dimetil – 2 – Octen – 6 - ino 1 2 3 4 5 6 7 8
CH3 | Nombre: CH3 –- CH = C – CH2 – C ≡ C - H 4 – Metil – 4 – Hexen – 1 - ino
6 5 4 3 2 1 REGLA N° 4: Cuando se presentan otros grupos funcionales como el grupo OH de los alcoholes, la cadena de carbonos se numera de manera que se asigne el menor número posible al átomo de carbono enlazado al grupo OH, la posición de este grupo se indica colocando su número inmediatamente junto al sufijo ol.
Ejemplo: 1 2 3 4 Nombre:
CH3 –- CH –- C ≡ C –- H 3 – Butin – 2 - ol | OH
• NOMENCLATURA NOMBRES COMUNES
Se describen como derivados del acetileno (etino) :H – C ≡ C – H. La mayor parte de los alquinos se pueden nombrar como una molécula de acetileno con uno o dos sustituyentes alquilo. (Wade, 1993).
A continuación, en la Tabla 2.6, se indican ejemplos en los cuales se
muestra el uso de esta nomenclatura:
Tabla 2.6. Nomenclatura Nombres Comunes de Alquinos
Ejemplos:
Fómula Estructural Nombre Común
CH3 – C ≡ C – H
Metilacetileno
Alquilacetileno R – C ≡ C – H
CH3-CH2 – C ≡ C – H
Etilacetileno
CH3 – C ≡ C -CH2 – CH3
Etilmetilacetileno
Dialquilacetileno R – C ≡ C – R
CH3 – C ≡ C –CH(CH3)2
Isopropilmetilacetileno
Cicloalquilalquilacetileno: R – C ≡ C – R
CH3 – CH2 - C ≡ C -
Ciclopropiletilacetileno
Fenilacetileno: Ph – C ≡ C – H
Ph – C ≡ C – H
Fenilacetileno
104Difenilacetileno: Ph - C≡ C – Ph
Ph - C≡ C – Ph
Difenilacetileno
Fenilalquilacetileno: Ph – C ≡ C – R
Ph - C ≡ C – CH2CH3
Feniletilacetileno
Los siguientes conceptos son importantes tanto para la nomenclatura de alquinos como para establecer sus propiedades, ambas dependen de la existencia del hidrógeno acetilénico.
• Alquino terminal (Acetileno terminal): alquino donde el triple enlace está ubicado al final de la cadena de carbonos. Al hidrógeno terminal se le denomina Hidrógeno Acetilénico (R – C .≡ C – H).
• Alquino interno (Acetileno interno): alquino donde el triple enlace está ubicado en otra parte que no sea el extremo de la cadena de carbonos, tal como se muestra: (R – C .≡ C – R).
Ejemplos Nomenclatura de Alquinos
a) CH3 Solución: | Aplicando las reglas 1, 2: CH3 – C ≡ C – CH – CH3 Número de Carbonos, C.P.= 5 1 2 3 4 5 Nombre: pentino Localizador Sustituyentes / ubicación 4 metil triple enlace C2 / C3 Nombre IUPAC: 4 – metil – 2 – pentino
b) Br Solución: | Aplicando las reglas 1, 2: CH3 – CH – CH2 – C ≡ C – CH – CH3 Número de Carbonos, C.P.= 8 1 2 3 4 5 6 | Nombre: octino 7 CH2 Localizador Sustituyentes / ubicación | 2 bromo 8 CH3 6 metil triple enlace C4 / C5
Análisis: por ambos lados el triple enlace se encuentra en el C – 4, pero se comienza el conteo por el lado izquierdo, para conservar el orden alfabético.
Nombre IUPAC: 2 – bromo – 6 – metil – 4 – octino b) CH3 Solución: | Aplicando las reglas 1, 2: HC ≡ C – CH – CH2 – C ≡ CH Número de Carbonos, C.P.= 6 1 2 3 4 5 6 Nombre: hexino Localizador Sustituyentes / ubicación 3 metil
105 triple enlace C1 / C2, C5 / C6 Nombre IUPAC: 3 – metil – 1,5 – hexadiino 3.2. HIDROCARBUROS AROMÁTICOS
3.2.1. DEFINICIÓN: Son compuestos orgánicos que contienen C e H
formando anillos que pueden ser mononucleares o polinucleares, cuyas estructuras y comportamiento químico son semejantes al benceno. Por lo tanto, se definen como aromáticos todos aquellos compuestos derivados del benceno, el cual está conformado por un anillo de seis átomos de carbono con tres dobles enlaces, cuyo arreglo es muy estable y poco reactivo.
El grupo funcional de los aromáticos es el anillo bencénico.
3.2.2. El BENCENO: ESTRUCTURA. GRUPO FUNCIONAL Aún cuando se conocía desde 1825, debido a las limitaciones de la
teoría estructural, no se había logrado proponer una estructura satisfactoria para el benceno. En el año 1865 August Kekulé propuso una estructura que fue la más aceptada, debido a que cumplía con ciertas pruebas (número de isómeros, estabilidad, reactividad), las cuales explicaban su comportamiento. Actualmente, la estructura bencénica de Kekulé se muestra en la Figura 2.2.
CC
C
C
C
C
H
H
H
H
H
H
Figura 2.2. Estructura de Kekulé
• Representación de la molécula de benceno
Por conveniencia , el anillo bencénico se representa por medio de un hexágono regular con un círculo inscrito (la nube de seis electrones), se sobreentiende que un hidrógeno está unido en cada ángulo del hexágono, salvo que se indique otro átomo o grupo (Figura 2.3.a). Otra representación es un hexágono con tres dobles enlaces que muestra las estructuras resonantes de este compuesto (Figura 2.3.b). La explicación de esta estructura del benceno se estudió en el Capitulo 1.
106a) Mostrando el anillo aromático b) Estructuras Resonantes
Figura 2.3. Representación de la molécula de benceno
• NOMENCLATURA DE LOS DERIVADOS DEL BENCENO
1. Los derivados monosustituídos del benceno se nombran anteponiendo el nombre del sustituyente, a la palabra benceno.
Br Cl I CH2CH3 NO2 Bromobenceno Clorobenceno Iodobenceno Etilbenceno Nitrobenceno
2. Otros derivados monosustituídos del benceno reciben nombres especiales, los cuales no tienen relación con el nombre del susituyente.
CH3 OH NH2 CHO OCH3
Tolueno Fenol Anilina Benzaldehído Anisol CH3 O
| || CH – CH3 COOH SO3H CH=CH2 C – CH3 Cumeno Ácido Ácido Estireno Acetofenona Benzoico Bencenosulfónico
107
3. Existen tres derivados disustituídos del benceno, isómeros de posición,
los cuales se nombran usando los prefijos: orto (1,2), meta (1,3) y para (1,4), seguidos del nombre de los sustituyentes y finalizando con la palabra benceno.
Br
Br
Br
Br
Br
Br1 2 1 1
3
4
o - Dibromobenceno m - Dibromobenceno p - Dibromobenceno (orto 1,2) (meta 1,3) (para 1,4)
4. Si los dos grupos son diferentes y ninguno de ellos confiere un nombre especial a la molécula, se nombran en orden alfabético.
Br
NO2
CH2CH3
I
Cl
Br1 2 1 1
3
4
o - Bromoclorobenceno m - Bromonitrobenceno p - Etilyodobenceno
5. Si los dos grupos son diferentes, y uno de ellos confiere un nombre especial, el compuesto se nombra como un derivado de él. Se da preferencia al grupo más oxidado.
CH3
NO21 2
NO2
NH2
1
3
OH
Br
1
4
COOH
CH31 2
o – Nitrotolueno p - Bromofenol m - Nitroanilina Ácido
o - metilbenzoico
108
CH3
SO3H
1
2
OH
HOOC 1
3
Ácido o - metilsulfónico Ácido m - hidroxibenzoico
6. Cuando el anillo del benceno presenta más de dos sustituyentes, se numera
el anillo de tal manera que a los sustituyentes les corresponda los números más bajos.
a) Si los sustituyentes son iguales, se le, antepone el prefijo di, tri,
tetra, etc, al nombre del sustituyente, finalizando con la palabra benceno.
Br
Br
Br
1, 2 ,4 -Tribromobenceno
b) Si los sustituyentes son diferentes se nombran en orden alfabético, y se sobreentiende que el último que se nombra, se encuentra en la posición 1 y que los demás números se refieren a éste.
NO2
Cl
Br
NO2
BrCl
4 – Bromo – 2 – cloronitrobenceno 3 – Bromo – 5 – cloronitrobenceno
c) Si está presente uno de los grupos que dan un nombre especial, el compuesto se nombra con dicho grupo en la posición 1.
NH2
Br
Br
Br
NO2
ClOH
NO2
CH3
O2N
1092,4,6 - Tribromoanilina 2 – Cloro – 4 - nitrofenol 2,6 – Dinitrotolueno
4. COMPUESTOS ORGÁNICOS HALOGENADOS
4.1. DEFINICIÓN. FÓRMULA GENERAL. GRUPO FUNCIONAL
• Definición: Son compuestos orgánicos que contienen átomos de halógenos (F, Cl, Br, I), De modo general, se suele utilizar la letra X para representar cualquier halógeno.
• Fórmula General: Halogenuros de alquilo: R – X, donde R = grupo alquilo o alquilo
sustituido. Halogenuros de arilo: Ar – X ; donde Ar = grupo arilo (anillo
aromático).
• Grupo Funcional: Halogenuros de alquilo: X, el halógeno. Halogenuros de arilo: Ar – X ; pueden ser afectados tanto por las
propiedades del anillo bencénico como por el halógeno.
De los Compuestos Orgánicos Halogenados, sólo se estudiarán los
Halogenuros de Alquilo. 4.2. HALOGENUROS DE ALQUILO
Los Halogenuros de Alquilo resultan de sustituir un átomo de hidrógeno de un carbono cualquiera ( C – 1º, C – 2º, C – 3º) de un hidrocarburo alifático (saturado o insaturado) por halógeno. Éste puede ser monohalogenado o polihalogenado.
• NOMENCLATURA IUPAC (SUSTITUCION)
REGLA N° 1: El sistema IUPAC considera que la estructura fundamental es la constituida por el esqueleto del hidrocarburo representado por R (alcano, alqueno, alquino y alifáticos cíclicos), mientras que los halógenos X presentes en la estructura se consideran como si fueran sustituyentes halógenos. El resultado es un nombre sistemático del haloalifático.
110 REGLA N° 2: El nombre se construye de manera similar a los hidrocarburos alifáticos, añadiéndoles al nombre de la “estructura fundamental” el nombre propio del grupo funcional.
Grupo Funcional Prefijo
- F Fluoro - Cl Cloro - Br Bromo - I Yodo
REGLA N° 3: 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 grupos alquilo.
a) 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).
b) Si existen varios átomos de halógenos 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). Pero si los prefijos numéricos forman parte de una cadena lateral compleja (ramificada), sí se consideran a la hora de establecer el orden alfabético.
c) Si existen varios halógenos distintos en una misma molécula, para formar el
nombre se ordenan por orden alfabético considerándolos como si fueran grupos alquilos.
d) Si la estructura fundamental R sobre la que se localizan los halógenos, es un
cicloalcano, alqueno, cicloalqueno, o alquino, para nombrarlos se siguen las normas propias de esos hidrocarburos, pero considerando a los halógenos como si fuesen unos sustituyentes alquílicos más.
• NOMENCLATURA POR NOMBRES COMUNES (GRUPO FUNCIONAL) REGLA N° 1: En este procedimiento, los derivados halogenados se nombran considerando al grupo funcional X como la parte fundamental, mientras que el resto de la estructura R se describe como el radical o sustituyente. A esto se debe el origen del término halogenuros de alquilo. Los nombres comunes sólo son útiles para los halogenuros de alquilo simples.
111 REGLA N° 2: 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. NOTAS ADICIONALES 1. Algunos de los halometanos (CH3X) adquirieron nombres comunes que no se
relacionan claramente con sus estructuras. A continuación se muestran:
CH3X CH2X2 CHX3 CX4 Halometano Dihalometano Trihalometano Tetrahalometano
(grupo metileno) (haloformo) (tetrahalogenuro) Por ejemplo:
Si X = Cloro, los nombres son CH3Cl: Cloruro de metilo (1-Clorometano) CH2Cl2: Cloruro de metileno (Diclorometano) CHCl3: Cloroformo (Triclorometano) CCl4: Tetracloruro de carbono (Tetraclorometano) 2. Definiciones:
Dihalogenuro Geminal: tiene los dos átomos de halógeno unidos al mismo átomo de carbono.
Dihalogenuro Vecinal: tiene los dos átomos de halógenos enlazados a átomos de carbono adyecentes.
• CLASIFICACIÓN DE HALOGENUROS DE ALQUILO
Los Halogenuros de Alquilo se clasifican de acuerdo a la naturaleza del átomo de carbono enlazado al halógeno:
Halogenuro Primario: si el carbono que tiene al halógeno es un átomo
de carbono primario, R - CH2 – X
Ejemplo: CH3 - CH2 - CH2 – F
Nombre IUPAC: 1 – Fluoropropano Nombre Común: Fluoruro de n-propilo
112 Halogenuro Secundario: si el carbono que tiene el halógeno es un
átomo de carbono secundario, R - CH – R |
X
Ejemplo: CH3 - CH2 - CH - CH3 ; Nombre IUPAC: 2 – Yodobutano | Nombre Común: Yoduro de sec-butilo I
Halogenuro Terciario: si el carbono que tiene el halógeno es un átomo
de carbono terciario, R |
R – C – X | R
Ejemplo: CH3
| Nombre IUPAC: 2 – Cloro – 2- metilbutano CH3 - CH2 - C - CH3 Nombre Común: Cloruro de ter – pentilo
| Cl
Ejemplos Nomenclatura Halogenuros de Alquilo 1. Dar los nombres IUPAC (sistemáticos) de las siguientes estructuras:
a) CH3 – CH – CH2 – CH – CH2 – CH3
| | Br CH3
Solución:
1 2 3 4 5 6 Reglas 1, 2, 3: a) CH3 – CH – CH2 – CH – CH2 – CH3 Número de Carbonos C.P. = 6
| | C. P. = hexano Br CH3 Localizadores Sustituyentes
2 bromo 4 metil Nombre IUPAC: 2 – bromo – 4 – metilhexano ( haloalcano )
b) CH3 – CH – CH2 – CH – CH2 – CH3 | |
113 CH3 Br
Solución:
1 2 3 4 5 6 Reglas 1, 2, 3: b) CH3 – CH – CH2 – CH – CH2 – CH3 Número de Carbonos C.P. = 6
| | C. P. = hexano CH3 Br Localizadores Sustituyentes
2 metil 4 bromo Nombre IUPAC: 4 – bromo – 2 – metilhexano ( haloalcano ).
c) CH3 – CH2 – CH2 – CH – CH – CH2 – CH2 – CH3 | | Br CH2 - CH3
Solución: Reglas 1, 2, 3, 3a:
Número de Carbonos C.P.= 8 1 2 3 4 5 6 7 8 C. P. = octano
c) CH3 – CH2 – CH2 – CH – CH – CH2 – CH2 – CH3 Localizadores Sustituyentes | | 4 bromo Br CH2 - CH3 5 etil
Análisis: ambos sustituyentes están equidistantes de los extremos, se aplica el orden alfabético. Nombre IUPAC: 4 – bromo – 5 – etiloctano (haloalcano).
d) CH3 – CH2 – CH2 – CH – CH2 – CH2 – CH2 – CH2 Br | CH
|| CH2
Solución: Reglas 1, 2, 3, 3a, 3d:
Número de Carbonos C.P.= 7 3 4 5 6 7 C. P. = hepteno
d) CH3 –CH2 –CH2 – CH – CH2 –CH2 – CH2 – CH2Br Localizadores Sustituy, / ubicac. | 3 n-propil
2 CH 7 bromo || doble enlace C1/C2
1 CH2
Análisis: se selecciona como cadena principal, la que contiene el doble enlace Nombre IUPAC: 7 – bromo – 3 – n-propil – 1 – hepteno (haloalqueno) e) f)
114
I CH2CH3
F
F
1
23
4
Solución: Solución: Reglas 1, 2, 3, 3b, 3c Reglas 1, 2, 3, 3b, 3c
Análisis: menor combinación posible
N.I.= 2 – etil – 1,4 – difluorociclohexano Yodociclohexano
2. Dar la nomenclatura nombres comunes de los siguientes compuestos: Compuesto Nombre común
a) CH3 – CH2 – CH2 Br Bromuro de n - propilo
b) CH3I Yoduro de metilo CH3 |
c) CH3 – C – CH3 Bromuro de ter - butilo | Br 5. COMPUESTOS ORGÁNICOS CON OXÍGENO. DEFINICIÓN. GRUPO
FUNCIONAL. FÓRMULA GENERAL.
115Son compuestos que además de contener carbono e hidrógeno, tienen también
oxígeno. Las principales clases de compuestos oxigenados son: alcoholes, éteres, cetonas, aldehídos, los ácidos carboxílicos y sus derivados. 5.1. ALCOHOLES
Grupo Funcional: – OH Fórmula General: R – OH
• Nomenclatura: cada nombre se deriva reemplazando la terminación “o” del alcano correspondiente por “ol”. Tienen nombre común e IUPAC. Los cuatro alcoholes más comunes: OH | CH3-OH CH3-CH2-OH CH3-CH2-CH2-OH CH3-CH-CH3 Metanol Etanol 1-Propanol 2-Propanol Alcohol metílico Alcohol etílico Alcohol n-propílico Alcohol isopropílico Ejemplos: CH2 – CH2OH ClCH2 – CH2OH CH3 – CH – CH = CH2
| OH 2 – Feniletanol 2 – Cloroetanol 3 – Buten – 2 – ol
Los alcoholes con dos o tres grupos hidróxilo se conocen como glicoles, dioles o trioles y compuestos polihidroxílicos; tiene nombre común e IUPAC.
CH2 – CH2 CH3 – CH – CH2
| | | | OH OH OH OH
Etilén-glicol ó Propilén-glicol ó 1,2-Etanodiol 1,2-Propanodiol
Clasificación:
Se clasifican en tres grupos: Primarios (1º), Secundarios (2º), Terciarios (3º), acorde con la condición del carbono al cual se une directamente el grupo hidroxilo. Ejemplos: 1-Propanol (1º); 2-Propanol (2º); Alcohol terbutílico (3º). 5.2. ÉTERES
| | Grupo Funcional: – C – O – C – Fórmula General: R – O – R
116| | R´ – O – R
Nomenclatura:
Se indican los dos grupos alquilo unidos al oxígeno, seguidos de la palabra “eter”.
La palabra “éter” seguido con los nombres de los grupos alquilo y la terminación “ ico ”.
Si un grupo no tiene un nombre simple, puede nombrarse el compuesto como un alcoxi derivado.
Ejemplos:
Fórmula Estructural Nombre
CH3 – O – CH3 Dimetil éter o Éter dimetílico
CH3 – CH2 – O – CH3 Etil metil éter o Éter etil metílico
CH3 – O – C – (CH3)3 ter – butil metil éter – O – CH3 Éter ciclohexil metílico 5.3. ALDEHIDOS Y CETONAS
El Grupo Funcional tanto de los Aldehídos como de las Cetonas es el grupo carbonilo:
O | |
Grupo Funcional: – C – 5.3.1. ALDEHIDOS: el grupo carbonilo está unido a un grupo alquilo y a un átomo
de hidrógeno. O | |
Fórmula General: R – C – H
Nomenclatura:
Los nombres de los aldehídos usan el sufijo “al” o el sufijo “aldehído”.
Ejemplos:
O O O
117 | | | | | | H – C – H CH3 –C – H CH3 – CH2 – C – H
Metanal Etanal Propanal Formaldehído Acetaldehído Propionaldehído
Para los nombres comunes se emplean letras griegas para indicar la posición de los sustituyentes, comenzando con el carbono siguiente al grupo carbonilo.
Ejemplos:
Br O Nombre común: β – bromobutiraldehído | | | Nombre IUPAC: 3 – bromobutanal
CH3 – CH – CH2 – C – H γ β α
O β α | | Nombre común: α – metoxipropionaldehído CH3 – CH – C – H Nombre IUPAC: 2 – metoxipropanal
| OCH3
5.3.2. CETONAS: el grupo carbonilo está unido a dos grupos alquilo.
O | |
Fórmula General: R – C – R
Nomenclatura:
Los nombres de las cetonas usan el sufijo “ona”.
Se indican los nombres de los grupos alquilo sustituyentes finalizando con la palabra “cetona”.
Ejemplos:
O O | | | |
CH3 – C – CH3 CH3 – CH2 – C – CH3 Propanona 2 – Butanona
Acetona Etil metil cetona
Para los nombres comunes se emplean letras griegas para indicar la posición de los sustituyentes, comenzando con el carbono siguiente al grupo carbonilo.
Ejemplo:
O | |
Br – CH2 – CH2 – C – CH – CH3
118β α |
CH3
Nombre común: β – bromoetil isopropilacetona Nombre IUPAC: 1 – bromo – 4 –metil – 3 – pentanona (orden alfabético)
5.4. ÁCIDOS CARBOXÍLICOS
Grupo Funcional: – COOH Fórmula General: R – COOH
Nomenclatura:
Cada nombre se deriva reemplazando la terminación “o” del alcano correspondiente por “oico” y se le antepone la palabra ácido. Se numera la cadena comenzando con el átomo de carbono del carboxilo (éste tiene la prioridad).
En los nombres comunes, las posiciones de los sustituyentes se
indican con letras griegas, comenzando en el átomo de carbono adyacente al carbono carbonílico, el cual es el carbono alfa.
Ejemplos:
O O | | | |
H – C – O – H CH3 – CH2 – C – OH
Nombre IUPAC: Ácido metanoico Ácido propanoico Nombre común: Ácido fórmico Ácido propiónico
Cl O Nombre común: Ácido α – cloropropiónico | | |
CH3 – CH – C – OH Nombre IUPAC: Ácido 2 – cloro - propanoico β α
5.5. DERIVADOS DE ACIDOS CARBOXÍLICOS
Se pueden formar varios grupos funcionales relacionados a partir de ácidos carboxílicos. Cada uno contiene el grupo carbonilo enlazado a otro elemento. Entre estos grupos están: Halogenuros de ácido (o halogenuros de acilo), Ésteres, Amidas y Anhídridos de ácidos. 5.5.1. HALOGENUROS DE ÁCIDO
119
Resultan teóricamente de sustituir el grupo -OH del grupo carboxilo por un halógeno, X = Cl, Br
O | |
Fórmula General: R – C – X R – CO – : Radicales acilo
Nomenclatura: se nombran reemplazando el sufijo “ico” del ácido por la terminación “ilo” y anteponiendo el nombre del halogenuro. Se suprime la palabra “ácido”. Ejemplos:
O | | Cloruro de etanoilo ó
CH3 – C – Cl Cloruro de acetilo
Br O | | | Bromuro de 3 – bromobutanoilo ó
CH3–CH–CH2 – C – Br Bromuro de β – bromobutirilo 5.5.2. ÉSTERES
Resultan teóricamente de sustituir el H del –OH del grupo funcional carboxilo por un grupo alquilo (R) o arilo (Ar).
O | |
Fórmula General: R – C – O –R´
Nomenclatura: se cambia la terminación “ico” del ácido carboxílico del cual se deriva por “ato” y suprimiendo la palabra ácido. Se nombran citando en primer lugar el anión (RCOO –) y luego el sustituyente R´, precedido de la preposición “de”.
Ejemplos:
O | |
CH3 – C – O – CH2 – CH3 etanoato de etilo ó acetato de etilo (CH3COOCH2CH3)
O | | 2 – feniletanoato de metilo ó
CH2 – C – O – CH3 fenilacetato de metilo
120 5.5.3. AMIDAS
Resultan teóricamente de sustituir el grupo – OH del grupo funcional carboxilo por un grupo amino NH2 .
O | |
Fórmula General: R – C – O – NH2
{– NH2 (primaria), – NHR (secundaria), – NR2 (terciaria)}.
Nomenclatura:
Para dar nombre a una “amida primaria”, se menciona primero el ácido correspondiente. Se eliminan la palabra “ácido” y el sufijo “ico”, o el sufijo “oico” del nombre del ácido caboxílico, y se agrega el sufijo “amida”.
Las “amidas secundarias y terciarias”, se nombran tratando a los
grupos alquilo en el Nitrógeno como sustituyentes, especificando su posición mediante el prefijo “N”.
Ejemplos:
O O | | | |
H – C – NH2 CH3 – C – NH – CH2 – CH3
Metanamida N – etiletanamida o N – etilacetamida
Ph O O CH3 | | | | | | CH2 – C – NH2 H – C – N – CH3
2 – feniletanamida N,N – dimetilmetanamida N,N – dimetilformamida
5.5.4. ANHÍDRIDOS
Resultan de sustituir el H del grupo -OH del grupo funcional carboxilo por un grupo alquil o aril carbonilo (Ar)R – C = O.
O O | | | |
Fórmula General: R – C – O – C – R
Nomenclatura:
121 Se cambia la palabra “ácido” por “anhídrido” tanto en el nombre
común como en el nombre IUPAC.
Los anhídridos compuestos de dos moléculas de ácidos distintos se llaman “anhídridos mezclados” y para nombrarlos se emplean los nombres de los ácidos individuales.
Ejemplos:
O O O O | | | | | | | |
CH3 – C – O – C – CH3 CH3 – C – O – C – CH2 – CH3
Anhídrido etanoico ó Anhídrido acético propiónico Anhídrido acético
5.5.5. ANHÍDRIDOS CÍCLICOS
Están 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. Ejemplo:
C
OC
CC
H
H
O
O
Anhídrido 2 – butenodioico ó Anhídrido maleico 6. COMPUESTOS ORGÁNICOS CON NITRÓGENO. DEFINICIÓN. GRUPO
FUNCIONAL. FÓRMULA GENERAL.
Son compuestos que además de contener carbono e hidrógeno, tienen también nitrógeno. Entre los principales compuestos oxigenados se encuentran: aminas, amidas y nitrilos. 6.1. AMINAS
Son derivados del amoníaco (NH3) en las cuales, uno o más grupos alquilo o arilo están unidos al átomo de nitrógeno. Debido a su basicidad a las aminas naturales con frecuencia se les llama alcaloides.
Fórmula General: R – NH2
122
{– NH2 (primaria), – NHR (secundaria), – NR2 (terciaria)}.
Nomenclatura:
Se menciona primero los grupos alquilo unidos al nitrógeno, seguidos del sufijo “amina”.
Al dar nombre a las aminas con estructura más complicadas, al grupo -NH2 se le llama grupo “amino”, nombrándose como otro sustituyente.
La nomenclatura IUPAC cambia la terminación “o” del nombre del alcano por “amina” y se emplea un número para indicar la posición del grupo amino en la cadena carbonada más larga. A los sustituyentes se les asignan números para especificar sus ubicaciones, y se usa el prefijo “N -“ para cada sustituyente en el átomo de nitrógeno.
Ejemplos: CH3 – CH2 NH2 | | CH3 – NH2 CH3 – CH2 –N – CH3 CH3 – CH2 – CH– CH3
Metilamina Dietilmetilamina 2 – butanamina
N,N – dietilmetilamina
NH2
CH2 – CH2 – CH2– COOH |
NH2 Ácido – γ – aminobutírico NO2 Ácido – 4 – aminobutanoico p – nitroanilina
6.2. NITRILOS O CIANUROS
Un nitrilo es un compuesto que contiene al grupo ciano, cianuro o carbonitrilo: (C ≡ N). Se pueden clasificar también como derivados del cianuro de hidrógeno o ácido cianhídrico HCN, el cual se conoce también, como metano nitrilo.
Fórmula General: R – C ≡ N
Nomenclatura
El la nomenclatura IUPAC se forma con el nombre del alcano, agregando el sufijo “nitrilo”.
Para los nombres comunes se utiliza la terminación “onitrilo”.
123 Para los ácidos llamados alcanocarboxílicos, los nitrilos
correspondientes se nombran empleando el sufijo “carbonitrilo”.
También se puede nombrar al grupo ciano como sustituyente con el prefijo “ciano”.
Ejemplos:
Br |
CH3 – C ≡ N CH3 – CH – CH2 – C ≡ N
Nombre IUPAC: etanonitrilo 3 – bromobutanonitrilo
Nombre común: acetonitrilo
C ≡ N |
CH3 – CH2 – CH– CH2 – COOH Ácido 3 - cianopentanoico
C ≡ N ciclopropanocarbonitrilo 7. REPRESENTACIÓN DE LAS ESTRUCTURAS ORGÁNICAS
Las Estructuras Orgánicas se pueden representar mediante fórmulas moleculares y fórmulas estructurales. 7.1. FÓRMULAS MOLECULARES
Son las formas más simples para describir un compuesto, debido a que en ellas sólo se indican los elementos (átomos) que lo forman y el número de éstos representados como subíndice, por lo tanto no proporciona información sobre la conectividad (enlaces) entre los distintos átomos ni su distribución espacial, como tampoco permite distinguir las estructuras entre compuestos isómeros. Ejemplo: C2H6O, H2O, etc.
1247.2. FÓRMULAS ESTRUCTURALES
Son representaciones más precisas que indican con mayor o menor detalle los átomos que conforman las moléculas, y la forma en que están unidos entre sí por medio de enlaces, es decir muestra lo que se llama la conectividad entre los átomos. Los tipos más comunes de fórmulas son: con guiones o desarrolladas, semidesarrolladas o semicondensadas, condensadas, moléculas cíclicas, simplificadas o fórmula de líneas de enlace y tridimensionales o en perspectiva. 7.2.1. FÓRMULAS ESTRUCTURALES CON GUIONES O DESARROLLADAS
Se indican todos los átomos que conforman la molécula, representándose los enlaces mediante guiones. El tipo de enlace que puede ser sencillo, doble o triple, se representa por uno, dos o tres guiones. La cadena de átomos es recta, aunque se conoce que no lo es exactamente por mecánica cuántica. Se omiten los pares de electrones no - compartidos a menos que sea necesario.
Ejemplo:
2 - Cloropentano
H C C C C
H
H
Cl
H
H
H
C
H
H
H
H
H
H H H H H
H C C C C C H
H Cl H H H
x x x x x
xxxxx
xx
x x
xx
xx
Estructura de puntos Fórmula de guiones
7.2.2. FÓRMULAS ESTRUCTURALES SEMIDESARROLLADAS O
SEMICONDENSADAS
Se omiten los guiones que representan los enlaces entre los hidrógenos y carbonos a los que están unidos, pero sí se indica su número empleando subíndices. Ejemplo: 2 - Cloropentano
CH3 – CHCl – CH2 – CH2 – CH3 7.2.3. FÓRMULAS ESTRUCTURALES CONDENSADAS
Se escriben sin mostrar todos los enlaces individuales. En este tipo de estructura los átomos centrales se muestran junto con los átomos ligados a él, es decir, los átomos enlazados a un átomo central con frecuencia se escriben
125después de dicho átomo central (como en CH3CH3) en lugar de H3C-CH3), aún cuando no sea su orden real de enlace.
En muchos casos, si hay dos o más grupos idénticos, se pueden emplear
paréntesis y un subíndice para representarlos. No se representan los electrones no-compartidos. Ejemplo: 2 - Cloropentano
CH3CHCl(CH2)2CH3 7.2.4. FÓRMULAS ESTRUCTURALES CÍCLICAS
Es la representación de los átomos de carbono ordenados en forma de anillos, los cuales pueden ser monocíclicos (un solo ciclo) o policíclicos (varios ciclos).
Ejemplo: Ciclopropano
CH2
H2C CH2 7.2.5. FÓRMULAS ESTRUCTURALES SIMPLIFICADAS O FÓRMULAS DE LÍNEAS
DE ENLACE Se representa el esqueleto carbonado 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 si se indican los heteroátomos (O, Cl, N) y sus hidrógenos. Los dobles y triples enlaces se representan con dos y tres segmentos respectivamente. Ejemplo: 2-Cloropentano: CH3CHCl(CH2)2CH3
CH3CH
CH2CH2
CH3
Cl
CH3 CH3
Cl
126 7.2.6. FÓRMULAS ESTRUCTURALES TRIDIMENSIONALES O EN PERSPECTIVA
Existen dos formulaciones utilizadas para exhibir la estructura tridimensional a una molécula:
- La primera es la fórmula de cuñas, líneas y cuñas punteadas, en la cual
los átomos que se dirigen fuera del plano del papel están unidos por una cuña rellena, los que se encuentran por detrás del plano están unidas con una cuña punteada y los que están sobre el plano del papel se unen por medio de una línea.
- La segunda es la representación mediante modelos moleculares, que se
construyen con bolas de distintos tamaños para cada tipo de átomo y varillas que representan los enlaces.
Ejemplo:
1, 2 - difluoroetano: CH2F − CH2F
C C
HH
FH
H
F
Fórmula de Cuñas Fórmula de Modelos (bolas y varillas)
8. EJEMPLOS DE FÓRMULAS ESTRUCTURALES
• Con Guiones, Semidesarrolladas y Condensadas
Compuesto Guiones Semidesarrollada Condensada H H H ⏐ ⏐ ⏐ Isobutano H – C – C – C – H CH3 – CH(CH3) – CH3 CH3CH(CH3)2 ⏐ ⏐ H H H – C – H ⏐ H H H H H ⏐ ⏐ ⏐ ⏐ n - butano H – C – C – C – C – H CH3 – CH2 – CH2 – CH3 CH3(CH2)2CH3 ⏐ ⏐ ⏐ ⏐ H H H H
127 H H H H ⏐ ⏐ ⏐ ⏐ 2 - penteno H – C – C = C – C – C – H CH3 – CH = CH – CH2 – CH3 CH3(CH)2CH2CH3 ⏐ ⏐ ⏐ ⏐ H H H H H O O ⏐ ⏐⏐ ⏐⏐ Acetaldehído H – C – C – H CH3 – C – H CH3COH Etanal ⏐ H H O H O ⏐ ⏐⏐ ⏐ ⏐⏐ Acetona H – C – C – C – H CH3 – C – CH3 CH3COCH3 ⏐ ⏐ H H H O O ⏐ ⏐⏐ ⏐⏐ Ácido acético H – C – C – O – H CH3 – C – OH CH3COOH | CH3CO2H H H ⏐ Acetonitrilo H – C – C ≡ N CH3 – C ≡ N CH3CN ⏐ H
• Simplificadas o Fórmulas de Líneas de Enlace
Compuesto Semidesarrollada Líneas de Enlace n – Hexano CH3 – CH2 – CH2 – CH2 – CH2 – CH3
CH3 ⏐
3–Etil–2–metil–1–hexeno CH2 = C – CH – CH2 – CH2 – CH3 ⏐ CH2 - CH3 OH 2 –Metilciclohexanol
Isopropilbenceno
128
• En Perspectiva o Tridimensionales
Compuesto Estructura Tridimensional
C
H
HH
H
O
H
H
CH3 CH3
H H
9. AUTOEVALUACIÓN 1. Escriba las fórmulas estructurales, nombres IUPAC y comunes, éste último en
caso de aplicar, para los isómeros de los siguientes compuestos. (El número que está entre paréntesis: indica la cantidad de isómeros del compuesto).
a) C6H14 (5) b) C4H9Br (4) c) C5H12 (3) d) C5H8 (4) e) C3H5Cl (3) f) C6H10 (7)
Dar su respuesta en forma tabulada:
Fórmula Estructural Semidesarrollada
Nombre IUPAC Nombre Común
2. Escriba la fórmula estructural semidesarrollada o cíclica, según aplique de:
a) 1 – bromo – 3 – etil -1 – hepteno g) 2 – bromo – 5 – yodotolueno b) cloruro de sec-butilo h) 3 – etilciclopenteno c) 2 – cloro – 1 – metilciclohexano i) ácido o – clorobenzoico
Metano
Agua
1, 2 – Dimetilciclopentano
129d) cis – 1 – cloro – 2 – metil – 2 – buteno j) Ioduro de alilo e) 1 – Ciclopropil – 2 – metil – 1 – hepten – 4 – ino k) Cloruro de terpentilo f) (Z) – 3 – Cloro – 2 – penteno l) Isopropilmetilacetileno Dar su respuesta en forma tabulada:
Nombre del Compuesto Fórmula Estructural Semidesarrollada
3. Escriba la fórmula estructural semidesarrollada, nombres IUPAC y común si
aplica, a partir de las siguientes fórmulas condensadas:
a) (CH3)3CCH(CH3)C2H5 b) CH2CHCl c) CH3C(Ph)CHCH3 d) (CH3)2CH(CH2)2CH3 e) CHCCH(CH3)CHCH2 f) CH2CHCH2Br Dar su respuesta en forma tabulada:
Fórmula Condensada
Fórmula Estructural
Semidesarollada
Nombre IUPAC Nombre común
4. Representar mediante fórmula de líneas y ángulos:
a) 3 – etil – 5 – isopropil – 7 – propildecano b) 5 – etil – 3,3 - dimetiloctano 5. Nombre los siguientes compuestos de acuerdo con el Sistema IUPAC:
a) CH3 | Cl CH3 – C– CH3 CH3 CH3 | | | | CH3 – CH – CH2 – CH – CH – CH2 – CH – C – CH – CH3
| | | CH – CH3 CH2 CH3 | | CH3 CH – CH2 – CH3 | CH3
b) c)
130 6. Nombrar todos los grupos funcionales que contienen los siguientes compuestos:
a)
O
ONH
OH
OHCH3
CH3
OH
b)
H2N – CH – CONH – CH – CH2 | | CH2COOH COOCH3
7. Completar:
Compuesto
Fórmula Estructural
Semidesarrollada
Grupo Funcional
(Nombre)
Familia
CH3COCH3
CH3CH2COOH
Acetileno
(CH3)2CHCH2I
(CH3CH2)2NH
CH3CH(CH3)CH3
CH3CH(OH)CH3
CHCCH(CH3)CH3
131CH3CHClCOOH
Neohexano
CH3C(CH3)2CH2CH3
p - diclorobenceno
Yodociclohexano
Me
Et
CH3CH2CN
Bromuro de vinilo
CH3CH(NH2)COOH
Isobutileno
C2H5OCH3