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Universidad Nacional de Cuyo QUÍMICA ORGÁNICA Facultad de Ingeniería Clasificación y nomenclatura de los compuestos orgánicos Conceptos generales. Alcanos, alquenos y alquinos. Hidrocarburos alicíclicos. Hidrocarburos aromáticos. Haluros de alquilo. Alcoholes. Éteres. Aldehídos y cetonas. Ácidos carboxílicos. Aminas. Antes de comenzar el desarrollo del tema es conveniente ver algunos conceptos: 1. Los compuestos orgánicos son aquellos en cuya composición interviene el carbono. 2. La composición de un compuesto está dada por la fórmula molecular. 3. La constitución de un compuesto, es decir, su fórmula estructural o estructura, da el orden en que los átomos presentes en la molécula están unidos entre sí. Ejemplo: C3H8 H Fórmula molecular H H H C C C H H H H CH3- CH2- CH3 Fórmula estructural Fórmula estructural (desarrollada) Fórmula estructural (condensada) (de esqueleto) La fórmula estructural desarrollada indica todos los enlaces presentes en la molécula. En la fórmula estructural condensada no se desarrollan los enlaces entre atomos de carbono y de hidrógeno. En la fórmula de esqueleto, cada línea indica los átomos de carbono enlazados, dándose por sobreentendido que los átomos de carbono están unidos a todos los átomos de hdrógeno correspondientes. 4. El átomo de carbono puede formar hasta cuatro enclaces covalentes. 5. El átomo de carbono puede constituir cadenas, que pueden ser: - Cadenas abiertas (acíclicas) o cerradas (cíclicas). - Cadenas normales (lineales) o ramificadas. C C C C C C C Cadena abierta normal Cadena abierta ramificada C C C C Cadena cerrada 6. Los átomos de carbono pueden unirse entre sí, formando enlaces (uniones o ligaduras), que pueden ser: Enlaces simples Enlaces dobles Enlaces triples Clasificación y nomenclatura de compuestos orgánicos 3 Universidad Nacional de Cuyo QUÍMICA ORGÁNICA Facultad de Ingeniería C C C Enlace simple C C Enlace doble C Enlace triple 7. El átomo de carbono de una cadena puede ser primario, secundario, terciario o cuaternario según el número de carbonos a los que se une. Carbono terciario CH3 CH3CH3 CH3CH2CHCH3 CH3CCH3 CH3 CH3 Carbono primario Carbono cuaternario Carbono secundario 8. Se define grupo funcional como un grupo de átomos o conjunto de átomos que le otorgan a la molécula propiedades y reactividad característica. En una molécula orgánica se puede distinguir una parte hidrocarbonada (formada por los enlaces C-H y C-C) que puede influir en las características físicas y químicas pero que, finalmente, quedan fuertemente determinadas por la otra parte de la molécula que comprende los grupos funcionales. Se indican a continuación los principales grupos funcionales. Serie homóloga Grupo funcional Alquenos C=C Alquinos Haluros de alquilo –C C– -X X (halógeno) unido a carbono alifático Haluros de arilo –X X (halógeno) unido a carbono aromático Alcoholes – OH OH unido a carbono alifático Fenoles – OH OH unido a carbono aromático Clasificación y nomenclatura de compuestos orgánicos 4 Universidad Nacional de Cuyo QUÍMICA ORGÁNICA Facultad de Ingeniería –O– Éteres O unido a carbonos alifáticos y/o aromáticos O Aldehídos H C O Cetonas C O OH C Ácidos carboxílicos – NH2 (primaria) – NH – (secundaria) Aminas H N H H (terciaria) O Ésteres O C O Haluros de acilo X C O O Anhídridos de ácidos O C C O Amidas C NH2 1. Clasificación de compuestos orgánicos En esta unidad estudiaremos la nomenclatura de los siguientes compuestos orgánicos: Clasificación y nomenclatura de compuestos orgánicos 5 Universidad Nacional de Cuyo Facultad de Ingeniería QUÍMICA ORGÁNICA 2. Nomenclatura de compuestos orgánicos A medida que se fueron descubriendo los compuestos orgánicos, se les asignaron nombres comunes, basados frecuentemente en su fuente de origen. Dada la cantidad creciente y la complejidad de los compuestos, fue necesario desarrollar un sistema de nomenclatura, que fue denominado Sistema Derivado, comprobándose que no era aplicable en forma simple a todas las series homólogas, por lo que se planteó la necesidad de sistematizar la nomenclatura, lo cual llevó a cabo la International Union of Pure and Applied Chemistry (IUPAC) a partir de 1957, continuando hasta la fecha la revisión y actualización de las reglas de nomenclatura. 2.1. Hidrocarburos Los hidrocarburos son aquellos compuestos constituidos por carbono e hidrógeno. Pueden ser alifáticos o aromáticos. Los hidrocarburos alifáticos se clasifican en alcanos, alquenos, alquinos y sus análogos cíclicos, llamados aliciclícos (cicloalcanos, cicloalquenos y cicloalquinos). Los hidrocarburos aromáticos pueden contener uno o más núcleos en sus estructuras, por lo que se los clasifica como mononucleares o polinucleares y, a la vez, estos últimos pueden presentar núcleos unidos directamente (no hay carbonos comunes para distintos ciclos) o núcleos condensados (hay átomos de carbono que son compartidos o que pertenecen a más de un ciclo). Clasificación y nomenclatura de compuestos orgánicos 6 Universidad Nacional de Cuyo QUÍMICA ORGÁNICA Facultad de Ingeniería 2.1.1. Alcanos Uniendo tres, cuatro, cinco o más átomos de carbono se genera un gran número de compuestos con una longitud de cadena creciente. H H H C C H C H H C H H H H C H C C H H H H H heptano (C7H16) Los compuestos que surgen de esta manera se conocen como: alcanos de cadena abierta o alcanos normales y tienen la fórmula general CnH2n+2 donde n es un número entero. A veces se hace referencia a estos compuestos como “hidrocarburos saturados”: hidrocarburos porque están formados solamente por carbono e hidrógeno y saturados porque la molécula tiene tantos hidrógenos como puede tener. Los primeros cuatro hidrocarburos tienen nombres comunes. Los hidrocarburos saturados lineales de mayor número de átomos de carbono tienen nombres sistemáticos compuestos por un prefijo indicativo del número de átomos de carbono y la terminación ano. Fórmula Nombre Fórmula Nombre CH4 metano C8H18 octano C2H6 etano C9H20 nonano C3H8 propano C10H22 decano Clasificación y nomenclatura de compuestos orgánicos 7 Universidad Nacional de Cuyo QUÍMICA ORGÁNICA Facultad de Ingeniería C4H10 butano C11H24 undecano C5H12 pentano C12H26 dodecano C6H14 hexano C15H32 pentadecano C7H16 heptano C20H42 eicosano Aprendiendo a escribir fórmulas ¿Cómo se puede escribir butano? Mediante su fórmula molecular C4H10. Mediante su fórmula desarrollada, indicando todos los enlaces presentes en la molécula. H H H H H C C C C H H H H H Mediante su fórmula condensada, donde los enlaces entre átomos de carbono y de hidrógeno no se desarrollan. CH3CH2CH2CH3 Mediante su fórmula de esqueleto, donde cada línea indica los átomos de carbono enlazados, dándose por sobreentendido que los átomos de carbono están unidos a todos los átomos de hidrógeno correspondientes. Esta representación parece la más difícil. Sin embargo, una vez que se aprende, es la más rápida y empleada, sobre todo en moléculas de mayor tamaño cuya formulación resultaría lenta y engorrosa. Los átomos de carbono son asombrosos por su habilidad para unirse entre sí generando una gran variedad de compuestos orgánicos. Eliminando un átomo de hidrógeno en un hidrocarburo saturado se obtiene un grupo alquilo, que se nombra cambiando la terminación ano del alcano de origen por ilo. metilo: -CH3 etilo: -CH2CH3 A continuación se da un resumen con los alcanos y los grupos alquilo de hasta cuatro átomos de carbono. Clasificación y nomenclatura de compuestos orgánicos 8 Universidad Nacional de Cuyo QUÍMICA ORGÁNICA Facultad de Ingeniería Fórmula Molecular Alcano Nombre Común CH4 Metano C2H6 Etano Fórmula Estructural Radical alquilo Fórmula Estructural CH3 CH4 CH3- CH3 metilo CH2 CH3 etilo CH2 CH2 CH3 C3H8 propano n-propilo CH3- CH2- CH3 CH3 CH n-butano Nombre Común CH3- CH2- CH2- CH3 CH3 CH2 CH2 CH2 CH3 CH3 CH CH2 CH2 CH CH3 isopropilo n-butilo s-butilo CH3 isobutilo C4H10 CH3 CH3 - CH - CH3 isobutano CH3 CH3 C CH3 t-butilo CH3 Estos grupos no tienen existencia individual, pero se los puede hallar, por ejemplo, unidos a otras cadenas hidrocarbonadas formando hidrocarburos ramificados. CH3 CH3CH2CHCH2CH3 compuesto A CH3 CH2CH3 CH3CHCH2CHCH2CH2CH3 compuesto B Clasificación y nomenclatura de compuestos orgánicos 9 Universidad Nacional de Cuyo QUÍMICA ORGÁNICA Facultad de Ingeniería ¿Cómo se nombran estos compuestos? Para llegar al nombre final se siguen sistemáticamente los siguientes pasos. 1 Nombre base Se elige la cadena de átomos de carbono más larga, cuyo número dará origen al nombre base del compuesto. De acuerdo a ello el compuesto A es un derivado del pentano y el compuesto B del heptano. 2 Nombre de los sustituyentes. 2a. Se ubican los sustituyentes de la cadena principal que, en los ejemplos anteriores, son un metilo en el compuesto A y un metilo y un etilo en el compuesto B. 2b. Se numera la cadena principal a fin de ubicar los átomos de carbono donde se unen los sustituyentes. Siguiendo con los ejemplos anteriores, el compuesto A se ramifica en el C-3, pero para el compuesto B existen dos posibilidades. Comenzando la numeración por un extremo se ramifica en los C-2 y 4, pero comenzando por el otro, se ramifica en los C-4 y 6. 1 2 3 4 5 1 CH3CH2CHCH2CH3 2 3 4 6 5 7 7 CH3CHCH2CHCH3CH2CH3 CH3 CH3 6 5 4 3 2 1 CH3CHCH2CHCH3CH2CH3 CH2CH3 CH3 CH2CH3 Por convención, se elige la numeración que asigna al primer carbono sustituido el menor número posible. O sea, la primera. Si comenzando por ambos extremos al primer carbono sustituido le corresponde el mismo número, se busca la diferencia en el segundo carbono sustituido comenzando la numeración por aquel extremo que asigne a este último el número menor. Si la diferencia no estuviese en el segundo, se sigue con el tercero y así sucesivamente. CH3 CH3 CH3 1 10 CH3CHCH2CHCH2CH2CHCH3 1 2 3 4 5 6 7 8 12 11 9 7 8 6 3 5 2 4 2c. Los sustituyentes de la cadena principal se nombran precedidos por un número que indica el carbono al que está unido. Cuando se nombra un grupo alquilo se quita del nombre la o final. Los nombres y números se separan con guiones: 3-metil; 4-etil; etc. 3 Composición del nombre Se nombran primero los sustituyentes, por orden alfabético y ligándose el último de ellos al nombre base. Compuesto A: 3-metilpentano Compuesto B: 4-etil-2-metilheptano Consideraciones generales Cuando un sustituyente se repite más de una vez: i) Se agrega un prefijo multiplicativo que indica cuantas veces se repite (di, tri, tetra, etc.). Clasificación y nomenclatura de compuestos orgánicos 10 Universidad Nacional de Cuyo QUÍMICA ORGÁNICA Facultad de Ingeniería ii) Las posiciones donde se ubican dichos sustituyentes se indican con los números ordenados en forma creciente y separados por comas. iii) Los prefijos multiplicativos no se alfabetizan. CH3 CH3 CH2CH3 CH3CH2CHCHCHCH2CH2CH2CH3 CH3 5-etil-3,4-dimetilnonano y no 3,4-dimetil-5-etilnonano Cuando existe más de una cadena de longitud máxima, se elige como cadena principal la más ramificada. CH3 CH3 CH CH3CH2CHCH2CH2CHCH2CH3 CH3 3-etil-2,6-dimetiloctano Cuando resulte indistinto comenzar la numeración por un extremo o por el otro de la cadena, se numera dando el menor número al sustituyente que se indica primero por orden alfabético. 3-etil-5,6.8-trimetildecano Sustituyentes complejos En algunos casos el sustituyente de la cadena principal es una cadena secundaria a su vez sustituida. ¿Cómo se procede en estos casos? Clasificación y nomenclatura de compuestos orgánicos 11 Universidad Nacional de Cuyo QUÍMICA ORGÁNICA Facultad de Ingeniería CH3 CH3 CH2CCH2CH3 CH3CH2CH2CH2CHCHCH2CH2CH2CH2CH3 CH3 compuesto C Para numerar la cadena secundaria siempre se considera C-1 el que está directamente unido a la cadena principal. Comenzando por este carbono se elige la cadena más larga que servirá de base al nombre de la cadena secundaria. En este caso es de cuatro átomos de carbono. Para nombrar los sustituyentes de la cadena secundaria se siguen las mismas reglas que para los de la cadena principal. El nombre de la cadena secundaria tiene la terminación de un alquilo sustituyente: il. Se encierra el nombre entre paréntesis y se precede por el número que indica el carbono de la cadena principal al que está unido, separando el número del paréntesis con un guión. Se alfabetiza con la primera letra que queda dentro del paréntesis. Compuesto C: 6-(2,2-dimetilbutil)-5-metilundecano. Nombres comunes Las reglas IUPAC permiten el empleo de algunos nombres de alcanos o grupos alquilo de uso común: Es conveniente tenerlos presentes. Se llama iso al siguiente arreglo de átomos de carbono: CH3 CH CH3 En los siguientes alcanos o grupos alquilo se ejemplifica su aplicación en el nombre. CH3 CH CH3 = CH3 CH3CH2CH2CH2CHCH3 = CH3 isobutano Clasificación y nomenclatura de compuestos orgánicos isoheptano 12 Universidad Nacional de Cuyo QUÍMICA ORGÁNICA Facultad de Ingeniería CH3 CH CH3 isopropilo Los prefijos sec y ter no se alfabetizan. 2.2. Alquenos Los alquenos también son hidrocarburos, ya que sólo están formados por átomos de carbono e hidrógeno, pero se diferencian de los alcanos por la presencia de dobles enlaces. Debido a que estos compuestos son capaces de tomar H2 para transformarse en hidrocarburos saturados (alcanos) se los conoce con el nombre general de hidrocarburos insaturados. Para nombrarlos se siguen las siguientes reglas: Se determina la cadena de átomos de carbono más larga que contiene el doble enlace y que dará origen al nombre base, cambiando la terminación ano por eno. Se numera esa cadena de forma de asignar al doble enlace el menor número posible, independientemente de los grupos alquilo ramificantes. La posición a la que se une el grupo funcional se indica con un número adelante del nombre y separado del mismo con un guión. El número que indica la posición del grupo funcional es el que corresponde al primero de los dos carbonos de la doble ligadura. CH3CH C CH2CH2CH3 CH2CH2CH3 3-propil-2-hexeno Observe que la cadena más larga es de siete átomos de carbono, pero no contiene el grupo principal. Por eso, el compuesto se nombra como un derivado del hexeno. Si la molécula presenta más de una doble ligadura, se indica el prefijo multiplicativo inmediatamente delante de la terminación “-eno” (observe que se deja la a de la terminación ano del alcano para evitar que se junten consonantes). 2,6-nonadieno CH2 C CH CHCH2CH CH2 CH2CH3 2-etil-1,3,6-heptatrieno Clasificación y nomenclatura de compuestos orgánicos 13 Universidad Nacional de Cuyo QUÍMICA ORGÁNICA Facultad de Ingeniería 2.3. Alquinos Los alquinos presentan una triple ligadura como grupo funcional. También se los conoce como hidrocarburos acetilénicos, si bien acetileno es el nombre común del menor de los miembros de esta familia. Las pautas para la nomenclatura de los alquinos son las mismas que para los alquenos con la terminación ino característica del nombre de estos compuestos. CH C CH CH2CH3 HC CH etino (acetileno) CH3 3-metil-1-pentino 4-isopropil-2-heptino 2.4. Hidrocarburos alifáticos cíclicos Los alifáticos cíclicos son compuestos cuyos anillos están formados sólo por átomos de carbono. Las reglas de nomenclatura para estos compuestos son muy sencillas. Se antepone la palabra ciclo al nombre del alcano, alqueno o alquino que corresponde según el número de átomos de carbono. H2C CH2 H2C CH2 ciclobutano ciclopentano ciclohexano En caso que el ciclo esté sustituido se nombran los sustituyentes según las reglas indicadas previamente asignando a la posición sustituida el menor número posible. metilciclohexano 1,3-dimetilciclohexano Cuando un cicloalcano se une a una cadera alquílica de mayor número de átomos de carbono que el ciclo, se puede nombrar el ciclo como sustituyente alquílico de la cadena. 3 - ciclopropilpentano En los cicloalquenos, la numeración de la cadena comienza siempre sobre uno de los carbonos del doble enlace y continúa en el anillo a través del doble enlace, de modo que los sustituyentes tengan el número Clasificación y nomenclatura de compuestos orgánicos 14 Universidad Nacional de Cuyo QUÍMICA ORGÁNICA Facultad de Ingeniería más bajo posible. H3CH 2C CH 2CH 3 CH 3 3-etilciclopenteno ciclohexeno 5-etil-1-metilciclohexeno 2.5. Hidrocarburos Aromáticos Se consideran aromáticos al benceno y a todos los compuestos que se parecen a él en su comportamiento. La fórmula molecular del benceno es: C6H6 y se representa mediante las estructuras de Kekulé. estructura A estructura B estructura C Estructuras de Kekulé Los derivados monosustituidos del benceno se nombran indicando el sustituyente seguido de la palabra benceno. CH 2 CH 3 Br bromobenceno NO 2 etilbenceno nitrobenceno Los nombres de algunos bencenos monosustituidos incorporan al sustituyente. OH NH2 fenol anilina CH 3 tolueno O O ácido bencensulfónico C C SO 3 H OH H benzaldehído Clasificación y nomenclatura de compuestos orgánicos ácido benzoico 15 Universidad Nacional de Cuyo QUÍMICA ORGÁNICA Facultad de Ingeniería En los sistemas disustituidos se suelen emplear los términos orto, meta y para, para indicar los patrones de sustitución 1,2; 1,3 y 1,4 respectivamente. Z OH orto NH2 Cl orto Cl NO 2 meta meta Br p-bromofenol para m-nitroanilina o-diclorobenceno Se indican a continuación algunos sistemas polisustituidos que se nombran como derivados del benceno, indicando la posición de los sustituyentes con los menores números posibles. Si se utiliza como nombre base el de un benceno sustituido (anilina, fenol, tolueno, etc.), el sustituyente que da lugar al nombre base debe ocupar la posición I. CH 3 CH 3 NH2 CH 2 CH 3 Br CH 3 2-etil-1,4-dimetilbenceno Br 3,4-dibromoanilina NO 2 4-nitrotolueno Eliminando un hidrógeno del benceno resulta un grupo arilo o fenilo (equivalente al grupo alquilo en el caso de los alcanos). Cuando se nombra como sustituyente, se emplea el término fenil sin la o final (como en los alquilos). Dentro de una estructura es frecuente indicarlo como C6H5 o Ph. Eliminando un hidrógeno del grupo metilo en el tolueno se obtiene un radical bencilo. Cuando se nombra como sustituyente, se emplea el término bencil. CH2 2-feniloctano fenilo bencilo 2.6. Halogenuros de alquilo Son compuestos que se pueden considerar derivados de los hidrocarburos en los cuales se ha sustituido hidrógeno por halógeno. Para nombrarlos se considera el halógeno como cualquier sustituyente alquílico y se siguen las mismas reglas que para los alcanos. Clasificación y nomenclatura de compuestos orgánicos 16 Universidad Nacional de Cuyo QUÍMICA ORGÁNICA Facultad de Ingeniería Br Br Cl Br 3-bromo-5-cloro-2-metilhexano 1,3-dibromo-6-etil-5,7-dimetilnonano Aclaración: al dibujar compuestos con grupos funcionales mediante fórmulas de esqueleto se deben indicar todos los enlaces correspondientes a los heteroátomos. Los halogenuros de alquilo sencillos tienen un sistema de nomenclatura que no responden a las reglas IUPAC pero que está ampliamente difundido. Se los denomina simplemente halogenuros de alquilo. F I CH3Cl cloruro de metilo Ioduro de etilo fluoruro de isopropilo 3. Alcoholes Los alcoholes se pueden imaginar cómo derivados del agua en los que un hidrógeno ha sido reemplazado por un grupo alquilo. El grupo funcional se denomina hidroxilo. Se llaman alcoholes primarios los que presentan el grupo funcional unido a un carbono primario. De manera análoga los alcoholes secundarios tienen el grupo hidroxilo unido a un carbono secundario y los alcoholes terciarios son los que lo tienen unidos a un carbono terciario. HO CH3CH2CH2OH CH3CHCH3 OH OH alcohol primario alcohol secundario CH3 CH3CCH3 OH OH alcohol terciario Para nombrarlos se siguen las siguientes reglas: Se determina la cadena de átomos de carbono más larga que contiene el grupo funcional y que dará origen al nombre base, cambiando la terminación ano por ol. Clasificación y nomenclatura de compuestos orgánicos 17 Universidad Nacional de Cuyo QUÍMICA ORGÁNICA Facultad de Ingeniería Se numera esa cadena de forma de asignar al grupo funcional el menor número posible, independientemente de los grupos alquilo ramificantes. La posición a la que se une el grupo funcional se indica con un número adelante del nombre y separado del mismo con un guión. HO 3-propil-2-heptanol Observe que la cadena más larga es de ocho átomos de carbono, pero la cadena más larga que contiene el grupo funcional es de sólo siete. Los alcoholes sencillos tienen un sistema de nomenclatura que no responden a las reglas IUPAC pero que está ampliamente difundido. OH OH alcohol secbutílico OH alcohol terpentílico alcohol bencílico 4. Éteres Los éteres son compuestos orgánicos con un átomo de oxígeno unido a dos grupos que pueden ser alquilo o arilo o vinilo. O CH2 CH CH 3 CH3OCH3 vinilo arilo Hay dos formas distintas de nombrar los éteres. Opción 1: Anteponer la palabra éter seguida de los nombres de los dos grupos alquilo sustituyentes del oxígeno, ordenados alfabéticamente. El primero lleva la terminación il y al segundo se agrega la terminación ico. CH3OCH2CH3 éter etilmetílico Opción 2: Indicar los dos grupos alquilo, ordenados alfabéticamente, delante de la palabra éter: Clasificación y nomenclatura de compuestos orgánicos 18 Universidad Nacional de Cuyo QUÍMICA ORGÁNICA Facultad de Ingeniería CH3 O CH3OCH3 dimetiléter CH3CH2OCH2CH2CHCH3 etilmetiléter etil(3-metilbutil)éter 5. Aldehídos El grupo carbonilo está formado por un átomo de carbono y un átomo de oxígeno unidos por un enlace doble. C O En esta familia de compuestos el carbono carbonílico se une a otro carbono y un hidrógeno (a excepción del metanal que está unido a dos hidrógenos). Para nombrarlos: Se elige la cadena más larga que contiene el grupo funcional que dará lugar al nombre base del compuesto. Se cambia la terminación o del alcano de igual número de átomos de carbono por la terminación al. El carbono del grupo funcional es el C-1 de la cadena: O O O H H H CH3CH H O etanal metanal 4-metilpentanal 6. Cetonas Esta familia de compuestos se caracteriza por presentar el carbono del grupo funcional (carbono carbonílico) unido a otros dos carbonos. Para nombrarlos se procede igual que con los aldehídos pero cambiando la terminación o del alcano de igual número de átomos de carbono por ona. Se numera la cadena asignando al carbono carbonílico el menor número posible. O O O 3-hexanona propanona 2-metilciclohexanona Clasificación y nomenclatura de compuestos orgánicos 19 Universidad Nacional de Cuyo QUÍMICA ORGÁNICA Facultad de Ingeniería 7. Ácidos carboxílicos El grupo funcional que caracteriza a los ácidos carboxílicos surge de unir un grupo hidroxilo a un grupo carbonilo. Para nombrarlo se cambia la terminación o, del alcano que dará lugar al nombre base, por oico. Además se antepone la palabra ácido. El carbono del carboxilo es el C-1 de la cadena. O CH3CH2 C OH Ácido propanoico Algunos aldehídos, cetonas y ácidos carboxílicos tienen nombres comunes. NOMBRE SISTEMÁTICO NOMBRE COMUN HCHO Metanal Formaldehído CH3CHO Etanal Acetaldehído CH3COCH3 Propanona Acetona HCOOH Acido metanoico Acido fórmico CH3COOH Acido etanoico Acido acético CH3CH2COOH Acido propanoico Acido propiónico 8. Aminas Las aminas son compuestos orgánicos relacionados con el amoníaco, que se forman al reemplazar uno, dos o los tres hidrógenos del amoníaco por grupos orgánicos (grupos alquilo, arilo o vinilo). El grupo funcional se denomina amino. Dependiendo de la cantidad de grupos orgánicos unidos al nitrógeno se pueden clasificar como aminas primarias, secundarias o terciarias. H CH3CH2NH2 CH3CH2CH2NHCH3 amina primaria N (CH3)3N amina terciaria amina secundaria Las aminas pueden nombrarse de diferentes formas y no hay una clara preferencia de alguna de ellas por sobre las demás. El sistema común para las aminas simples nombra cada sustituyente alquilo en el nitrógeno en orden alfabético, seguido por el sufijo -amina. Muchas aminas aromáticas y heterocíclicas son conocidas por los nombres comunes singulares, cuyos orígenes son a menudo desconocidos para los químicos que los utilizan con frecuencia. Puesto que estos nombres no se basan en un sistema racional, es necesario memorizarlos. Según el sistema IUPAC, el grupo amino, -NH2, se nombra como un sustituyente en el mayor grupo alquilo, en aminas primarias. En este sistema, las aminas secundarias y terciarias se nombran utilizando prefijos que incluyen a todos los carbonos, menos a los de la cadena más larga. Clasificación y nomenclatura de compuestos orgánicos 20 Universidad Nacional de Cuyo QUÍMICA ORGÁNICA Facultad de Ingeniería Recientemente el Chemical Abstract Service (CA) introdujo un sistema por el cual las aminas se nombran como alcanaminas. En aminas 2º y 3º, los sustituyentes adicionales del nitrógeno son designados por el prefijo N- antes del grupo alquilo más largo, que se utiliza como la raíz del nombre. A continuación se muestran los diferentes nombres de las cuatro aminas isómeras de fórmula molecular C4H11N: NH2 NH2 NH N Nombre IUPAC 1-aminobutano 2-amino-2-metilpropano 1-metilaminopropano dimetilaminoetano Nombre CA butanamina 2-metil-2-propanamina N-metilpropanamina N,N-dimetiletanamina Nombre común n-butilamina terbutilamina metilpropilamina etildimetilamina NH2 H N N anilina piridina pirrol 9. Moléculas con varios grupos funcionales Dentro del área de la química orgánica, es frecuente encontrar moléculas que presentan varios grupos funcionales. ¿Cómo se procede en estos casos? En general, los grupos funcionales imponen al nombre un sufijo característico (ol para los alcoholes, oico para los ácidos, eno para los alquenos, etc). Pero dado que el nombre sólo puede tener un sufijo es necesario elegir, dentro del conjunto, aquél grupo funcional considerado principal. Para regular esta selección se estableció, por convención, un orden de prioridades que se indica en la siguiente tabla en forma decreciente. Los grupos funcionales de menor prioridad se nombran, salvo excepciones, como prefijos del nombre base del compuesto. GRUPO FUNCIONAL PREFIJO SUFIJO acido carboxilico carboxi- -oico (ácido) acido sulfónico sulfa- -sulfónico (ácido) Ester alcoxicarbonil- -oato Amida carbamoil- -amida Nitrilo ciano- -nitrilo Aldehído formal- -al Cetona oxo- -ona Alcohol hidroxi- -ol amino- -amina Fenol Amina Clasificación y nomenclatura de compuestos orgánicos 21 Universidad Nacional de Cuyo QUÍMICA ORGÁNICA Facultad de Ingeniería Alqueno en- -eno Alquino in- -ino Halógeno halógeno- Fenilo fenil- Alquilo alquil- Los halógenos, fenilos y alquilos sólo se nombran como prefijos según las reglas indicadas previamente. Para nombrar los compuestos en forma sistemática se siguen los pasos que se detallan a continuación: Se elige el grupo prioritario Se elige la cadena más larga que contiene al grupo prioritario. Se numera esta cadena asignando a dicho grupo el menor número posible. Se compone el nombre base con el prefijo indicativo del número de átomos de carbono de la cadena y el sufijo indicativo del grupo prioritario. Los sustituyentes se anteponen al nombre base. O OH O OH OH NH2 O ácido 4-hidroxi-3-propilheptanoico 5-hidroxi-3-metil-2-pentanona 3-amino-4-etilciclohexanona En el caso particular de los alquenos y alquinos no existe un prefijo indicativo del grupo funcional. Cuando están presentes en la molécula como grupos no prioritarios se nombran siguiendo las pautas indicadas a continuación: Se elige el grupo prioritario. Se elige la cadena más larga que contiene al grupo prioritario. Se numera esta cadena asignando a dicho grupo el menor número posible. Se compone el nombre base con el prefijo indicativo del número de átomos de carbono de la cadena seguido de la sigla en o in (según contenga un grupo alqueno o alquino) y finalmente del sufijo indicativo del grupo prioritario. Se antepone al nombre base el número que indica la posición del enlace doble o triple. O O H 3-pentenal Br 4-bromo-2-ciclohexenona Clasificación y nomenclatura de compuestos orgánicos 22 Universidad Nacional de Cuyo QUÍMICA ORGÁNICA Facultad de Ingeniería Cuando sea necesario indicar la posición del grupo principal o cuando o alquenos o alquinos estén presentes en la misma molécula, se interrumpe el nombre indicando la posición delante de cada sufijo con números y guiones en la forma habitual. O CH2 CH C C CH CH CH3 1,5-heptadien-3-ino 4-hexén-2-ona CH2 CH C C CH 2 C 1-heptén-3,6-diino CH CH3CH C CH OH 3-butin-2-ol Bibliografía: 1. Fernandez Cirelli, A., Deluca, M. E.,y Du Mortier, C. APRENDIENDO QUÍMICA ORGÁNICA – Eudeba. 2. Morrison R., Boyd R. - QUÍMICA ORGÁNICA – Editorial Addison-Wesley Iberoamericana. 3. Yurkanis Bruice,P. - QUÍMICA ORGÁNICA – Editorial Pearson Prentice Hall. Clasificación y nomenclatura de compuestos orgánicos 23