De compuestos orgánicos monofuncionales · 2017-03-27 · De compuestos orgánicos monofuncionales...

De compuestos orgánicos monofuncionales

Documento básico y reducido de formulación y nomenclatura de química orgánica para el curso

de 2º de bachillerato, según el acuerdo de contenidos en la asignatura de química, para las

pruebas de acceso a estudios universitarios de las universidades de Castilla y León Autor: F.co Javier del Pozo Llorente

Ldo. en C.C. Químicas

Profesor del departamento de C.C. Naturales

Colegio M.M. Concepcionistas (Segovia)

Formulación y Nomenclatura de Química Orgánica Compuestos monofuncionales

1 Departamento de C.C. Naturales – Colegio M.M. Concepcionistas de Segovia

FORMULACION ORGÁNICA

CONCEPTOS:

EL ÁTOMO DE CARBONO: El átomo de carbono es un átomo muy especial ya que, debido a sus características (sobre

todo configuración electrónica y tamaño) tiene una serie de propiedades químicas entre las que destaca una gran capacidad de unirse covalentemente con otros átomos de carbono y formar largas cadenas.

Cualquiera de estas cadenas pueden servir como base, a la que se le pueden unir otros átomos, lo que da lugar a una grandísima variedad de compuestos que van desde el metano (CH4) hasta grandes macromoléculas como el ADN. En realidad, en la mayoría de los casos, los compuestos orgánicos contienen sólo 6 elementos; C, H, O, N, S y P (aunque podemos encontrar compuestos orgánicos con casi todos los elementos del sistema periódico).

Todos estos compuestos formados a partir de una base de carbono son estudiados por una disciplina específica y muy extensa de la química, que es la Química orgánica, también denominada química del carbono.

LOS ENLACES EN EL ÁTOMO DE CARBONO

El carbono funciona siempre (o casi siempre) con valencia 4, pero puede formar enlaces simples, dobles y triples.

Para explicar esta variedad hay que considerar la configuración electrónica del carbono y la teoría de hibridación de orbitales atómicos.

Lo que ocurre es que el C consigue su tetravalencia porque promociona uno de los dos electrones del orbital 2S hasta el 2P libre, con lo que se obtienen 4 electrones desapareados con los que puede formar 4 enlaces covalentes.

A partir de estos 4 orbitales se pueden formar 4, 3 o 2 orbitales híbridos, lo que explicaría los distintos tipos de enlace del C. No obstante, la hibridación de orbitales atómicos se escapa a los objetivos de este texto, por lo que preferentemente, conviene quedarse con la idea de la tetravalencia del C (es decir, que puede formar 4 enlaces covalentes).

RADICALES Un radical es un fragmento de una molécula con algún electrón desapareado. Provienen de

la rotura homolítica de algún enlace, en la cual, el par de electrones que formaban el enlace, se reparte uno para cada átomo.

Se nombran poniendo el sufijo “. . . ilo” a la palabra específica de la molécula.

El C tiene una configuración: 1S2 2S2 2P2 ↑↓ ↑ ↑

2S 2PX 2PY 2PZ

↑

2S

↑ ↑ ↑

2PX 2PY 2PZ



H │

H—C · │ H

Ejemplos:

Metano radical metilo

Agua radical hidroxilo

Los radicales se denotan, de manera general, con la letra R y cuando están unidos a una cadena se nombran con el sufijo “ . . . il “ , sin la O (veremos muchos ejemplos).

Debido al electrón desapareado, los radicales tienen una muy elevada reactividad, es decir, van a reaccionar muy fácilmente para conseguir compartir ese electrón desapareado.

REPRESENTACIÓN DE MOLECULAS ORGÁNICAS A la hora de escribir la formula de las moléculas orgánicas, podemos hacerlo de tres

formas:

• Escribiendo la formula empírica molecular, con lo que solo se indicará el nº de átomos de cada clase. Son de escasa utilidad en química orgánica

Ejemplos: C3H6Cl2 C2H4 C3H6O2 1,2-dicloropropano eteno ácido propanoico • Mediante formulas estructurales semidesarrolladas en las que se indican solo los enlaces entre carbonos y, a veces, algún doble o triple enlace con otros átomos. Los ejemplos anteriores, representados de esta forma, serán:

CH2Cl–CHCl–CH3 CH2 = CH2 CH3–CH2–COOH

• Mediante formulas estructurales desarrolladas (en proyección plana) en las que se indican todos los enlaces de la molécula. El hecho de denominarlas “en proyección plana” es debido a que en realidad el carbono, cuando forma enlaces simples, dirige estos enlaces hacia los vértices de un tetraedro regular (consecuencia de su hibridación), por lo que , las moléculas orgánicas, tienen orientación espacial, algo que no se distingue en estas estructuras desarrolladas. Estas representaciones son estructuras de Lewis. Los ejemplos anteriores estarían representados de esta forma:

Ruptura homolítica

+

Ruptura homolítica +

H │ H—C—H │ H

· H

H—O—H · H H—O ·

Cl H H │ │ │ H—C—C—C—H │ │ │ H Cl H

H H C ═ C H H

H H │ │ O H—C—C—C │ │ O—H H H



NOMENCLATURA DE COMPUESTOS ORGÁNICOS

GRUPO FUNCIONAL

Un grupo funcional es un grupo de átomos unidos siempre de la misma manera cuya presencia confiere a las moléculas unas propiedades características.

Debido a la grandísima cantidad de compuestos orgánicos, es una suerte que todos ellos los podamos dividir en un nº mas bien pequeño de “clases”, cada una de las cuales presenta propiedades químicas similares. Estas “clases” vienen definidas por un grupo funcional determinado.

Los compuestos orgánicos más sencillos son aquellos que carecen de grupos funcionales. Dichos compuestos están formados únicamente por carbono (cuyos átomos están unidos entre si por enlaces simples) e hidrógeno. Son los que se conocen como hidrocarburos saturados (saturado de H, por lo que carecen de dobles y triples enlaces) en contraposición al resto que se conocen como hidrocarburos insaturados. Los hidrocarburos saturados forman el esqueleto al que pueden unirse los grupos funcionales.

NOMENCLATURA SISTEMÁTICA

La importancia del grupo funcional se ve reflejada en la nomenclatura sistemática propuesta por la IUPAC.

La nomenclatura de la IUPAC designa los compuestos con un nombre formado a partir de una raíz y de unos prefijos y/o sufijos. La raíz indica el nº de carbonos que tiene el compuesto y los prefijos y sufijos indican los grupos funcionales.

Las raíces empleadas son las reflejadas en la siguiente tabla:

Nº Carbonos Raíces Nº Carbonos Raíces Nº Carbonos Raíces

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Met – Et – Prop – But – Pent – Hex – Hep – Oct – Non – Dec -

11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

Undec – Dodec – Tridec – Tetradec – Pentadec – Hexadec – Heptadec – Octadec – Nonadec – Eicos –

30 40 50 60 70 80 90 100

Triacon – Tetracont – Pentacont – Hexacont – Heptacont – Octocont – Nonacont – Hect –

Para tener una visión general a cerca de los distintos grupos funcionales y de su formulación sistemática mediante prefijos y sufijos, podemos fijarnos en la siguiente tabla. No obstante profundizaremos mas adelante en la nomenclatura de cada caso.



R = es un radical cualquiera, denominado de forma general “grupo alc...ilo “ ( “alc” de cualquier alcano/eno/ino e “ilo” de radical).

Cabe pensar que podemos encontrar compuestos orgánicos con más de un grupo funcional,

por lo que para nombrarlos tendremos que establecer un orden de preferencia o prioridad de los grupos funcionales (de ahí que en la tabla anterior se indique, como se nombra cuando el grupo funcional es el principal (G.P.) y como se nombra cuando no lo es (G.S. = grupo secundario)). Lógicamente ese orden vendrá dado en función del grupo funcional que más influya en las propiedades químicas de los compuestos.

De forma general, este orden de prioridad es el siguiente:

ácidos (–COOH) > derivados de ácidos: (anhídridos > ésteres > haluros de acílo > amidas) > > nitrilos (–CN) > aldehídos (–CHO) > cetonas (–CO–) > alcoholes (–OH) > fenoles > > tioles (–SH) > aminas (–NH2) > éteres (–O–) > tioéteres (–S–) > enlace doble (>C=C<) > enlace triple (–C≡C–) > halógeno (–X) > grupo alquilo (–R)

En este documento sólo vamos a ocuparnos de compuestos con un único grupo

funcional (monofuncionales). Solamente reflejaremos (con letra atenuada) algunos ejemplos sencillos de compuestos con dos grupos funcionales (uno que será el grupo principal y el otro que actuará de secundario), para que el lector entienda como se nombra.

Una vez revisados todos estos conceptos, nos centramos en la formulación de cada “clase”

de compuestos orgánicos.

ALCANOS ninguno - ano

ALQUENOS - eno

ALQUINOS - ino

Hidrocarburos AROMATICOS

Nombre no sistemático

HALUROS DE ALQUILO

G.P: haluro de –ilo G.S.: halógeno

ALCOHOLES G.P.: - ol G.S.: hidroxilo

ÉTERES G.P.: éter G.S.: R-óxido

ALDEHÍDOS G.P.: -al G.S.: formil o carbaldehído

CETONAS G.P.: -ona G.S.: oxo

HALUROS DE ÁCIDO (haluros de acilo)

G.P.: ácido .. –oico ó ... carboxílico G.S.: carboxi

ÉSTERES G.P.: -ato de ...-ilo G.S.: R|-oxicarbonilo G.S.: R-il oxi

ÁCIDOS CARBOXILICOS

G.P.: haluro de -ilo G.S.: halógenoCarbonilo

AMINAS

Primarias Secundarias Terciarias

G.P.: - amina G.S.: amino

AMIDAS También 1ª, 2ª y 3ª

G.P.: -amida G.S.: carbamoilo

NITRILOS G.P.: nitrilo o cianuro de ... ilo G.S.: ciano

COMPUESTOS NITRO

G.P. y G.S.: nitro

TIOLES

TIOÉTERES

G.P.: tiol G.S.: tio

G.P.: sulfuro

Clases Grupo Funcional Prefijo y Sufijo Clases Grupo Funcional Prefijo y Sufijo

R R| C ═ C R| | R| | |

R – C ≡ C – R|

R – X

R – O–H

R – O – R|

O

R – C – H

O

R – C – R|

O

R – C – X

O R – C O – H

O R – C O – R|

R – S – R|

R – S – H

R – NO2

R – C ≡ N

O R – C R| |

N R|

R – NH2

R – NH – R|

R — N — R| │ R| |



COMPUESTOS ORGÁNICOS O HIDROCARBUROS

Llamados así por estar compuestos de carbono e hidrógeno fundamentalmente. Podemos distinguir:

El término “aromático” se da a compuestos que tienen un (ó más) anillo aromático (ver tabla de grupos funcionales). El ejemplo más sencillo es el benceno. Se llaman aromáticos, precisamente porque, debido a la presencia del anillo aromático, estos compuestos huelen, es decir, tienen un aroma característico. Los compuestos alifáticos son hidrocarburos de cadena abierta o cerrada, que carecen de ese carácter aromático.

ALCANOS Compuestos formados solo por C e H en los que el C tiene enlaces simples con otros

átomos de C y con el H, por lo que se denominan con frecuencia hidrocarburos saturados.

Podemos distinguir: · alcanos de cadena lineal (ó n – alcanos ) · alcanos de cadena ramificada · alcanos cíclicos ó cicloalcanos

Todos se nombran con el sufijo -ano después de la raíz que nos indica el nº de carbonos (ver tabla pag 19)

Ejem:

CH4 → metano CH3–CH3 → etano CH3–CH2–CH3 → propano CH3–CH2–CH2–CH3 → butano CH3–CH2–CH2–CH2–CH3 → pentano (etc.)

En los ALCANOS RAMIFICADOS se han de nombrar los sustituyentes como radicales (grupos alquilo):

alcanos radical o grupo_________ CH4 (metano) CH3- (radical metilo) CH3–CH3 (etano) CH3–CH2- (radical etilo) CH3–CH2–CH3 (propano) CH3–CH2–CH2- (radical propilo)

Ejem:

REGLAS PARA NOMBRAR ALCANOS RAMIFICADOS:

1) El sistema IUPAC de nomenclatura de alcanos considera a todos los compuestos como derivados de la cadena carbonada más larga. Los sustituyentes se designan mediante los prefijos

Alcanos (ó H.C. saturados) - Alifáticos Alquenos y sus derivados Alquinos (grupos funcionales) Hidrocarburos (H.C.) - Aromáticos

( ó H.C. insaturados )

- monocíclicos son el benceno y sus derivados - policíclicos (grupos funcionales)

CH3–CH2–CH–CH2–CH2–CH3 → 3-metilhexano

CH3



adecuados. Para ello se numeran los carbonos de la cadena tal que los sustituyentes queden localizados en los carbonos con los números más bajos posible. Cuando haya dos o más sustituyentes idénticos, se utilizaran los prefijos di..., tri..., tetra..., etc., si bien cada sustituyente recibe su propio número.

Ejemplos:

2) Cabe pensar que cuanto mayor es el alcano, más radicales podrá formar dependiendo del C en el que se rompa el enlace con un H, es decir, dependiendo del C por el que enlace con la cadena principal. Para el propano, butano y pentano las posibilidades con sus nombres son las siguientes:

3) A los grupos sustituyentes más complejos se les nombra como derivados de la cadena más larga del radical, comenzando a numerar por el C unido a la cadena principal (como los nombres entre paréntesis de los ejemplos anteriores). La descripción del sustituyente se distingue de la que corresponde a la cadena principal porque va entre paréntesis.

CH3–CH–CH2–CH2–CH3 CH3–CH2–CH2–CH–CH2–CH3

CH3 CH3 2-metilpentano (no 4-metilpentano) 3-metilhexano (no 4-metilhexano)

CH3 CH3 CH3

CH3–C–CH2–CH2–CH3 CH3–C–CH2–C–CH3

CH3 CH3 CH3 2,2-dimetilpentano (no 2-dimetilpentano) 2,2,4,4-tetrametilpentano

CH3 CH3 CH3

CH3–CH2–CH–CH–CH3 CH3–CH–CH2–CH2–CH–CH–CH2–CH3

CH3 CH3 2,3-dimetilpentano (no 3,4-dimetilpentano) (23<34) 2,5,6-trimetiloctano (no 3,4,7-trimetiloctano)(256<347)

CH3–CH2–CH2- → rad. propilo H3C CH- → radical Isopropilo H3C (1-metiletil) CH3–CH2–CH2–CH2- → rad. butilo H3C CH–CH2- → radical Isobutilo H3C (2-metilpropil) H3C CH3

CH- → radical Sec-butilo H3C–C- → radical terc-butilo (t-butilo)

H3C–H2C (1-metilpropil) CH3 (1,1-dimetiletil) CH3

CH3–CH2–CH2–CH2–CH2- → radical pentilo H3C–C–CH2- → radical neopentilo

CH3 (2,2-dimetilpropil)

Ejem: CH3

H–C–CH3

H–C–CH3

CH3–CH2–CH2–CH2–CH–CH2–CH2–CH2–CH3 5-(1,2-dimetilpropil)nonano



4) Cuando hay presentes dos o más sustituyentes de diferente naturaleza, éstos se citan como prefijos por orden alfabético. Al establecer el orden alfabético no se tienen en cuenta los prefijos que indican el nº de sustituyentes iguales (di, tri, tetra, etc.), así como tampoco los que están escritos con guión (terc-, sec-, etc.). Sí se consideran los prefijos ciclo..., iso... y neo... puesto que forman parte del nombre del grupo. Cuando existan dos o más sustituyentes en posiciones equivalentes, se asigna el nº menor al que se cita en primer lugar, es decir, el que se cita primero alfabéticamente.

Cabe recordar que, como ya se ve en los ejemplos, los números van separados por “comas” ( , ). Números y letras se separan por “guiones” ( - ).

Los ALCANOS CICLICOS O CICLOALCANOS son alcanos en los que la cadena de carbonos se une formando anillos. Se nombran según el nº de C que tiene el ciclo anteponiendo el prefijo ciclo- . Se les representa como polígonos regulares en los que en cada vértice hay un CH2.

Ejem:

Pueden tener sustituyentes, incluso ellos pueden ser sustituyentes (radical cicloalquilo), para los que sí se debe tener en cuenta la “C” (de ciclo...) en el orden alfabético. Para nombrarlos hay que numerar los C tal que los sustituyentes queden localizados con nº lo más bajos posibles, y seguir las reglas que ya conocemos.

→ ciclopropano

→ ciclopentano

→ ciclobutano

→ ciclohexano

Ejem: CH3 CH3–CH–CH3

CH3–CH2–C–CH2–CH3 CH3–CH2–CH2–CH–CH–CH2–CH2–CH3

CH2–CH3 CH2–CH2–CH3 3-etil-3-metilpentano 4-isopropil-5-propiloctano

CH2–CH3 CH3–CH–CH3

CH3–CH2–CH–CH2–CH–CH2–CH3 CH3–CH2–CH2–CH–CH–CH2–CH2–CH3

CH3 CH2–CH3 3-etil-5-metilheptano (no 5-etil-3-metilheptano)(35<53) 4-etil-5-isopropiloctano (no 4-isopropil-5-etiloctano)

CH2 H2C

CH2

CH2 H2C

H2C

CH2 H2C

CH2 CH2

H2C

CH2 H2C

CH2

CH2 H2C

H2C CH2



Ejem:

1-etil-2-metilciclohexano 1-etil-3-metilciclohexano

ALQUENOS (Hidrocarburos insaturados). Son compuestos que tienen por lo menos un doble enlace

carbono–carbono. Históricamente se conocen con el nombre de olefinas (oleum = aceite. Sus derivados tenían a menudo aspecto oleaginoso).

Se nombran con la raíz que indica el nº de C (tabla) seguida del sufijo -eno, por la presencia del doble enlace. En este caso la cadena principal será la cadena más larga, pero que contenga al doble enlace y éste debe estar localizado con un nº que, lógicamente, debe ser el más pequeño posible. En el caso de que hubiera dos o más dobles enlaces debemos indicarlo con la serie de nºs localizadores más bajos posible y utilizando los prefijos di, tri, tetra, etc.

Ejem:

CH2=CH2 → eteno o etileno CH3–CH=CH2 → propeno o propileno

CH2=CH–CH–CH3 → 1-buteno CH3–CH=CH–CH3 → 2-buteno

CH2=CH–CH=CH–CH2–CH2–CH3 → 1,3-heptadieno

CH2–CH=CH–CH=CH–CH2–CH=CH2 → 1,4,6-octatrieno (no 2,4,7)

Cuando se incorporan sustituyentes a estas cadenas, debemos indicarlo con el nº localizador de los carbonos a los que se unen. Lógicamente, ahora no importa que los nº localizadores de los sustituyentes sean los más bajos posible, ya que el orden de numeración le imponen los dobles enlaces. En cambio, sí que habrá que tener en cuenta el orden alfabético a la hora de nombrarlos.

Ejem:

– CH2 – CH3

–CH3

– CH2 – CH3

H3C–

CH3 CH3–CH2–C=CH2

CH3–C=CH–CH3 CH2–CH2–CH3 2-metil-2-buteno 2-etil-1-penteno

CH3–CH2=C–CH2–CH2–CH–CH3 CH3–CH2=C–CH2–CH2–CH–CH3

CH2CH3 CH3 CH3 CH2CH3 3-etil-6-metil-2-hepteno 6-etil-3-metil-2-hepteno



También podemos encontrar alquenos cíclicos, que se nombran como ya debes suponer:

Ejem:

ciclohexeno ciclopenteno 1,3-ciclooctadieno

Para situar sustituyentes en estos casos, empezaremos a numerar los carbonos por donde esté el doble enlace (es decir, el doble enlace siempre entre carbonos 1 y 2) y localizamos el sustituyente tal que quede en el menor nº posible. En el caso de que haya varios dobles enlaces, numeramos de tal forma que quede la menor serie posible de nºs localizadores de los dobles enlaces y luego localizamos el sustituyente en el nº que le corresponda.

Ejem:

ALQUINOS (Hidrocarburos insaturados). Son compuestos que presentan, por lo menos, un triple enlace

carbono-carbono (–C≡C–). Se nombran con el sufijo -ino a continuación de las raíces que ya conocemos. El triple enlace debe estar localizado con el nº menor posible.

Ejem:

HC≡CH → acetileno o etino HC≡C–CH3 → propino H3C–C≡C–CH3 → 2-butino HC≡C–CH2CH3 → 1-butino

Si hay dos o más triples enlaces hay que nombrarlos con sus correspondientes nºs localizadores y prefijos.

Ejem:

HC≡C–C≡CH → 1,3-butadiino HC≡C–CH2–CH2–C≡C–CH3 → 1,5-heptadiino HC≡C–C≡C–CH2–CH2–C≡CH → 1,3,7-octatriino

Cuando nos encontramos con un alquino con sustituyentes, los podemos nombrar siguiendo las reglas que ya conocemos. Ejem:

CH3–CH2–CH–C≡CH CH2CH3 │ │

CH3 H3C–C=C–CH–CH2–C≡C–CH2–CH3 3-metil-1-pentino │ │ CH3 CH3

3-etil-2,4-dimetil-2-noneno-6-ino

–CH3 H3C–H2C–

3-metilciclopenteno 6-etil-1,3ciclooctadieno



HIDROCARBUROS AROMÁTICOS: benceno y derivados

BENCENO →

Se puede representar como o como (formas resonantes)

por lo que en general se representa como

Existen muchos compuestos derivados del benceno, de entre los que podemos resaltar algunos que presentan otros grupos funcionales:

OH Cl COOH NH2 NO2 CHO CH=CH2

fenol clorobenceno ácido benzoico anilina nitrobenceno benzaldehído estireno

Cuando encontramos benceno con dos sustituyentes, habrá que localizarlos con los nºs más bajos posible o emplear los nombres determinados con los que se designa a cada combinación:

(1,2) → forma orto (o -) (1,3) → forma meta (m - ) (1,4) → forma para (p - ) Ejem:

CH3 CH3 CH3 CH3 CH3

CH3 CH3

Metilbenceno 1,2-dimetilbenceno 1,3-dimetilbenceno 1,4-dimetilbenceno ó Tolueno ó ortodimetilbenceno ó metadimetilbneceno ó paradimetilbenceno o – xileno m – xileno p - xileno

CH3 CH2CH3 CH3

CH3 CH3

1,2,4-trimetilbenceno 1-etil-3-metilbenceno ó m-etilmetilbenceno

(C6H6) compuesto formado por un ciclo de 6 átomos de carbono con tres dobles enlaces conjugados. Este anillo de benceno es el que se conoce como anillo aromático. Según la nomenclatura sistemática podemos nombrarlo como 1,3,5-ciclohexatrieno (pero nunca se nombra así)

C

C

C

C

C C

H H

H H

H H



También podemos encontrar gran variedad de compuestos aromáticos policíclicos con nombres comunes:

naftaleno antraceno fenantreno

Por supuesto, también podemos encontrar radicales aromáticos. Como ejemplos más importantes:

fenilo (ph) (C6H5) bencilo

HIDROCARBUROS HALOGENADOS o haluros de alquilo Son derivados de los hidrocarburos en los que un H se sustituye por un halógeno (F, Cl, Br,

I). Cuando se sustituye un H terminal en un alcano se puede nombrar al compuesto como haluro

de alquilo.

Ejem:

CH3F → fluoruro de metilo CH3–CH2–CH2F → fluoruro de propilo

(CH3)2CHBr → bromuro de isopropilo

CH3Cl → cloruro de metilo CH2Cl2 → dicloruro de metilo o cloruro de metileno

CHCl3 → tricloruro de metilo o cloroformo CCl4 → tetracloruro de carbono

De forma general, y puesto que se puede sustituir cualquier hidrógeno de cualquier hidrocarburo, este tipo de compuestos se pueden nombrar como halo-hidrocarburo, indicando el nº localizador según los criterios que ya conocemos.

Ejem: Cl CH3 CH2Cl F CH3 │ │ │ │ │ CH3CHCH2CHCH3 CH3CH2CHCH2CH3 BrCH2CHCHCH2I 2-cloro-4-metilpentano 3-(clorometil)pentano 1-bromo-2-fluoro-3-metil-4-yodobutano

ClCH2CH2CH2CH2Br BrCH2CH2CHBrCH2Br 1-bromo-4-clorobutano 1,2,4-tribromobutano

Br

CH3 CH2 CH2F CH3–CHCl–CH2–CH=CH2 Fluoropropano bromobenceno 4-cloro-1-penteno CFCl3 → triclorofluorometano CF2Cl2 → diclorodifluorometano CF3Cl → clorotrifluorometano CH2Cl–CH2–CH2F → 1-cloro-3-flouropropano

Compuestos CFC (clorofluorocarbonados) Usados como aerosoles y tristemente famosos por su papel en la destrucción de la capa de ozono.

CH2-



DERIVADOS DE LOS HIDROCARBUROS: GRUPOS FUNCIONALES

(existen muchos más derivados con casi todos los elementos del S.P., pero este texto abarcará solo la nomenclatura de los derivados reflejados en el esquema)

Aunque tienen componentes diferentes, trataremos a los haluros de acilo, a los ésteres y a

las amidas, junto con los anhídridos (ya veremos lo que son), como derivados de ácidos carboxílicos.

ALCOHOLES Los alcoholes son compuestos orgánicos derivados de hidrocarburos donde un H (por lo

menos) ha sido sustituido por un grupo hidroxilo (–OH).

Pueden ser clasificados en tres grupos: primario, secundario y terciario, según sea el átomo de C al que está unido el grupo –OH. Un carbono es primario si está unido a un solo radical alquílico (es decir, unido a un solo átomo de C), secundario si está unido a dos radicales y terciario si lo está a tres.

H R| R| │ │ │ R – C – OH R – C – OH R – C – OH │ │ │ H H R|| C primario C secundario C terciario

Se nombran con la terminación -ol, indicando el nº localizador según los criterios que ya conocemos.

Cabe recordar que la cadena principal es la cadena más larga que contenga el grupo funcional preferente (o el mayor nº de grupos funcionales preferentes) y que la numeración de los carbonos viene definida por este grupo funcional, al que se le asigna el nº más bajo posible (o la serie más baja posible, en el caso de varios grupos funcionales preferentes).

Ejem:

CH3OH → metanol CH3CH2OH → etanol CH3CH2CH2OH → 1-propanol

CH3CHOHCH3 → 2-propanol CH2OH–CHOH–CH2OH → 1,2,3-propanotriol (glicerina)

CH3CHOHCH2CH3 → 2-butanol CH3CHOHCH2CH2OH → 1,3-butanodiol

SEGÚN EL GRUPO FUNCIONAL

· compuestos oxigenados (C, H, O,)

· compuestos nitrogenados (C, H, N,)

· compuestos sulfurados (C, H, S,)

- alcoholes, fenoles y éteres - aldehidos y cetonas - ácidos carboxílicos y ésteres - + halógeno → haluros de acilo

- aminas - amidas - nitrilos - nitroderivados - tioles - tioéteres



Con sustituyentes:

OH H3C OH H3C OH

CH2CH3 ciclopentanol 1-metilciclopentanol 2-etil-5-metilciclohexanol

CH3–CH–CH2–CH2–CHOH–CH3 CH3–COH–CH3 CH2Cl │ │ │ CH3 CH3 CH3–CH2–CH–CH2–OH 5-metil-2-hexanol 2-metil-2-propanol 2-(clorometil)-1-butanol

CH3–CH–CHOH–CH3 Cl (CH3)2CH │ │ │ CH2–CH3 CH3–CH–CH2OH CH3–CH2–CH2–CH–CH2OH 3-metil-2-pentanol 2-cloro –1-propanol 2-isopropil-1-pentanol

Podemos encontrar alcoholes derivados del benceno que se conocen como fenoles:

OH OH OH OH OH OH

OH CH3 OH Fenol ortofenol * metafenol parafenol 3-metilfenol o pirocatequina o resorcina o hidroquinona o m – metilfenol

* el nombre sistemático sería 1,2-bencenodiol o 1,2-dihidroxibenceno. Análogamente para los otros compuestos. Cuando el grupo hidroxilo no es el grupo funcional preferente, éste se denomina como hidroxi y se localiza,

lógicamente, según la numeración impuesta por el grupo preferente:

O

CH2OH–CH2–C–OH

Ácido 3-hidroxipropanoico

Existe otra manera común de nombrar alcoholes, combinando el nombre del grupo alquilo (poniéndolo el sufijo “...ico”) con la palabra “alcohol”. Por ejemplo:

CH3CH2CH2CH2OH CH3CH2OH alcohol butílico alcohol etílico alcohol bencílico

ÉTERES Cuando en un alcohol sustituimos el H del grupo –OH por un radical tenemos un éter, de

hecho, los éteres son el resultado de la reacción de dos moléculas de alcohol con la eliminación de una molécula de agua.

Presentan la fórmula: R – O – R|

CH2OH



Se nombran comúnmente anteponiendo los dos nombres de los radicales, colocados en orden alfabético, a la palabra éter.

Ejem: CH3–CH2–O–CH2–CH2–CH3 CH3–O–C(CH3)3 etil propil éter (etóxipropano) t-butil metil éter (metóxiterc-butano)

En el caso de éteres simétricos, se usa el prefijo di.

CH3–O–CH3 CH3CH2–O–CH2CH3 (CH3)2CH–O–CH(CH3)2 –O– dimetil éter dietil éter diisopropil éter (metóximetano) (etóxietano) (isopropóxiisopropano) difenil éter (fenoxibenceno)

En el sistema IUPAC los éteres se nombran como alcoxialcanos, donde el grupo alquilo más grande se escoge como cadena principal.

Ejemplos:

R – O - → CH3O- → metóxido

CH3CH2O- → etóxido

CH3CH2CH2O- → propóxido

Ejem: (en los ejemplos anteriores; nombres entre paréntesis) CH3 CH3 │ │ CH3–C–CH2–OCH3 CH3CH2–O–CHCH2CH2CH3 │ – OCH3 CH3 2-etóxipentano 1-metóxi-2,2-dimetilpropano metoxibenceno o anisol ó (1-metil)butil etil éter ó (2,2-dimetil)propil metil éter

ALDEHÍDOS Y CETONAS Se caracterizan por tener un doble enlace carbono–oxigeno en su estructura, que se

denomina grupo carbonilo (>C = O ). La diferencia entre aldehídos y cetonas es que en los primeros ese grupo carbonilo se encuentra en el extremo de la cadena carbonada.

O

Formula general de aldehídos → R – C – H

O

Formula general de cetonas → R – C – R|

ALDEHÍDOS.

Se nombran con la terminación -al. También se los nombra con nombres comunes (derivados de los nombres comunes de los ácidos correspondientes) con el sufijo “aldehído”.

Ejem: O

H–C–H o H–CHO → metanal o formaldehído

Grupo ALCÓXIDO (denominación “óxido” por el oxígeno. Para nombrarlos cuando forman parte de una molécula, se omite la última sílaba (“do”)



O

CH2–C–H o CH2CHO → etanal o acetaldehído

CH3CH2–CHO → propanal o propionaldehído

CH3CH2CH2–CHO → butanal o butiraldehído (nótese que el grupo aldehído se representa –CHO para no confundirle con el grupo alcohol –COH, y que no necesita nº localizador, puesto que está en el extremo de la cadena)

En estos nombres comunes nos encontramos con una nueva raíz que nos indica el nº de carbonos presentes en la cadena y que se suele emplear habitualmente para ácidos, derivados de ácidos y aldehídos. Estas raíces, como habrás podido comprobar, son:

1 carbono → form- 2 carbonos → acet- 3 carbonos → propion- 4 carbonos → butir- y otras más que veremos en los ácidos carboxílicos.

Cuando existen sustituyentes y/o grupos funcionales de menor prioridad se localizan comenzando la numeración por el extremo en el que se encuentra el carbonilo.

Ejem:

CH2=CH–CH2–CH2–CHO –CH–CH–CHO Br

4-pentenal 3-fenilpropanal CH2CHCH2CHO 3-bromobutanal

Podemos encontrar dos funciones aldehído (en los dos extremos de la cadena), en cuyo caso, para numerar, tendríamos en cuenta el siguiente grupo funcional en orden de importancia o los sustituyentes (en el caso de que no hubiera más grupos funcionales), siguiendo las reglas que ya conocemos.

Ejem: OHC–CHO OHC–CH2–CHO OHC–CH2–CH2–CHO etanodial propanodial butanodial

Cuando la función aldehído no es grupo funcional principal se utiliza el prefijo formil para designar al grupo CHO (de “formilo ”= radical del formaldehído), al que se le considera como sustituyente.

Ejem:

HOOC–CH2–CH–CH2–COOH │ –CHO CHO ácido 3-formilpentanodioico benzaldehído



CETONAS

Se nombran comúnmente anteponiendo los nombres de los dos radicales unidos al grupo carbonilo, separados y ordenados alfabéticamente, a la palabra cetona. Según la nomenclatura sistemática de la IUPAC las cetonas se nombran con el sufijo -ona indicando con números localizadores el lugar del C=O. Lógicamente estos localizadores deben ser los más bajos posibles.

Ejem:

O O O

CH3–C–CH3 CH3–C–CH2–CH3 CH3–C–CH2–CH2–CH3 propanona butanona 2-pentanona dimetil cetona o acetona etil metil cetona metil propil cetona

CH3CH2–CO–CH2CH3 CH2=CH–CO–CH3 CH3–C≡C–CH2–CO–CH2–CH3 3-pentanona o dietil cetona 3-buten-2-ona o metil vinil cetona 5-heptin-3-ona o 2-butinil etil cetona

CH2–CO–CH2–CH–CH3 CH3CH2 O O │ CH3CH2CHCH2–CO–CH2CH3

4-ciclohexil-1-fenil-2-pentanona 5-etil-3-heptanona ciclohexanona 3-metilciclohexanona o bencil 2-ciclohexilpropil cetona etil 2-etilbutil cetona

Cuando los sustituyentes son algo complicados (por ejemplo ciclos y aromáticos) es más fácil nombrarlos de la primera forma:

–CO– –CO–

difenil cetona ciclohexil ciclopentil cetona

Cuando el grupo cetónico no es grupo funcional principal, al C=O se le nombra con el prefijo oxo :

CH3 CH3–CO–CH2–CO–COOH OHC–CH2–CO–CH2–CHO │ CH3CH2–CO–CH2–CH–CHO ácido 2,4-dioxopentanoico 3-oxopentanodial 2-metil-4-oxohexanal

ÁCIDOS CARBOXÍLICOS Son compuestos orgánicos que contienen el grupo carboxilo (–C–O–H o COOH). Se

nombran con la palabra ácido y con el sufijo –oico o –ico unido a la raíz del hidrocarburo de referencia (recuerda que ahora conocemos dos raíces que indican el nº de carbonos, es más, la nueva raíz que hemos visto en el caso de los aldehídos procede de los nombres comunes de ácidos carboxílicos que se conocen desde hace mucho tiempo).

Ejem: O O O O

H–C–OH CH3–C–OH CH3CH2–C–OH CH3CH2CH2–C–OH ácido metanoico ácido etanoico ácido propanoico ácido butanoico o ácido fórmico o ácido acético o ácido propiónico o ácido butírico

CH3

O



CH3(CH2)3COOH CH3(CH2)10COOH CH3(CH2)14COOH CH3(CH2)16COOH ácido pentanoico ácido dodecanoico ácido hexadecanoico ácido octadecanoico o ácido valérico o ácido láurico o ácido palmítico o ácido esteárico

Podemos encontrar compuestos con dos grupos COOH (en los extremos de la cadena):

HOOC–COOH HOOC–CH2–COOH HOOC–(CH2)2–COOH HOOC–(CH2)3–COOH ácido etanodioico ácido propanodioico ácido butanodioico ácido pentanodioico o ácido oxálico o ácido malónico o ácido succínico o ácido glutárico

Cuando tenemos sustituyentes o la cadena es insaturada (dobles y triples enlaces) debemos numerar empezando por el grupo COOH.

Ejem:

CH2=CH–COOH HC≡C–COOH CH3–CH=CH–COOH HOCH2–(CH2)3–COOH ácido propenoico ácido propinoico ácido 2-butenoico ácido 5-hidroxipentanoico o ácido acrílico CH3 OH Br │ │ │ HOOC–CH–(CH2)3–CH–COOH CH3–CH2–CH–COOH ácido 2-hidróxi-6-metilheptanodioico ácido 2-bromobutanoico

HOOC–CH=CH–COOH → ácido 2-butenodioico ( cis → ác. maleico. trans → ác. fumárico)

No siempre resulta conveniente nombrar un ácido carboxílico de la forma que acabamos de ver, por ejemplo en los ácidos cíclicos. En estos casos se utiliza el sufijo –carboxílico:

COOH H3C COOH –COOH –COOH COOH

ác. ciclopentanocarboxílico ác. Bencenocarboxílico ác. o-bencenodicarboxílico ác 1-metilciclohexanocarboxíloco o ácido benzoico o ácido ftálico

RADICALES PROCEDENTES DE LOS ÁCIDOS CARBOXÍLICOS

Antes de pasar a estudiar los derivados de los ácidos carboxílicos es conveniente ver las partes o radicales de los ácidos, a partir de las cuales se forman esos derivados.

ANIONES:

Se producen cuando se desprotona un ácido carboxílico, es decir, cuando el grupo COOH pierde el H y queda como R–COO-. No son radicales propiamente dicho, ya que la ruptura del H no es homolítica.

Se nombran reemplazando la terminación ico del ácido por la terminación -ato (al igual que en formulación inorgánica). Ejemplos:

CH3COOH → CH3COO- CH3CH2CH2COOH → CH3CH2CH2COO- ác etanoico o acético ion etanoato o acetato ác butanoico o butírico ion butanoato o butirato

(CH3)2CHCH2COOH → (CH3)2CHCH2COO- ác 3-metilbutanoico ion 3-metilbutanoato



DERIVADOS DE ÁCIDOS CARBOXÍLICOS: A) ÉSTERES Y SALES B) ANHÍDRIDOS C) AMIDAS

A) ÉSTERES Y SALES:

Los ésteres son compuestos orgánicos derivados de los ácidos carboxílicos en los que el H del grupo hidroxi se reemplaza por un grupo alquilo, por lo que la estructura general es:

Se nombran con el nombre del anión del ácido correspondiente más el nombre del grupo alquilo unido al oxigeno. Ejemplos:

O O

H–C–O – CH3 ( HCOO–CH3) → metanoato de metilo o formiato de metilo CH3–C–O–CH2CH3 metanoato metilo etanoato de etilo o formiato o acetato de etilo

Cl │ CH3CH2CHCH2–COO–ph 3-cloropentanoato de fenilo

O O

ph–C–O–CH2CH3 ph–O–C–CH2CH3 CH3CH2–COO–CH2CH2CH2CH3 benzoato de etilo propanoato de fenilo propanoato de butilo

SALES:

La única diferencia entre una sal de un ácido carboxílico y un éster es que, mientras que en el éster es una cadena carbonada la que reemplaza al H del ácido, en una sal es un átomo metálico el que reemplaza al H.

Se nombran de forma análoga a los ésteres, como podemos ver en los siguientes ejemplos:

COONH4

CH3–COONa (CH3)2CH–CH2–COOK COONH4 acetato de sodio 3-metilbutanoato de potasio 1,2-ciclohexanodicarboxilato de diamonio

En realidad, el enlace con el átomo metálico en una sal es predominantemente iónico, mientras que el enlace en el éster es predominantemente covalente:

O O

R–C–O- Na+ R–C–O–CH3

O R – C → R – COO – R| O – R|



B) ANHIDRIDOS DE ÁCIDO

Anhídrido significa “sin agua”, de hecho los anhídridos provienen de la unión de dos (o más) ácidos por pérdida de una molécula de agua entre dos grupos carboxilo, por lo que la estructura general es:

O O

R – C – O – C – R| → R–CO–O–OC–R|

Se nombran igual que los ácidos de procedencia después de la palabra anhídrido

Ejemplos: O O O O O O

CH3–C–O–C–CH3 CH3–CH2–C–O–C–CH2–CH3 CH3CH2CH2CH2–C–O–C–CH3 anhídrido acético (o etanoico) anhídrido propiónico (o propanoico) anhídrido acético-pentanoico

D) AMIDAS

Aunque son compuestos nitrogenados (contienen nitrógeno), podemos considerar a las amidas como derivados de ácidos carboxílicos, ya que proceden de la sustitución del OH de un ácido por un grupo –NH2 (o N R| R| | en general). Podemos distinguir entre amidas primarias, secundarias y terciarias, cuya estructura es la siguiente:

O O O

R–C–NH2 R–C–NH–R| R–C–N amidas primarias o monacilamidas

O O O O

R–C–NH–C–R| R–C–N–C–R| amidas secundarias o diacilamidas. Hay dos grupos

R| | RCO (acilo) unidos al N

O O

R–C–N–C–R| | amidas terciarias o triacilamidas. Hay tres grupos RCO unidos

R| | | –C=O al N

Se nombran sustituyendo la terminación –oico del ácido por la terminación –amida. Los sustituyentes (R) se indican con el localizador N. Ejemplos:

O O O

CH3–C–NH2 CH3CH2CH2–C–NH2 –C–NH2 = ph–CO–NH2 etanamida o acetamida butanamida o butiramida benzamida

O O O O

CH3–C–NH–CH3 CH3–C–N–CH3 CH3–C–NH–ph ph–C–NH–ph

CH3 N-metilacetamida N,N-dimetilacetamida N-fenilacetamida N-fenilbenzamida

R| R| |



AMINAS Son compuestos nitrogenados que se consideran derivados del amoniaco (NH3). Podemos

distinguir entre aminas primarias, secundarias y terciarias cuyas estructuras generales son las siguientes: R| |

R–NH2 R–NH–R| R–N–R Amina primaria Amina secundaria Amina terciaria

Se nombran con los nombres de los sustituyentes ( R ) colocados en orden alfabético, más la palabra amina. Se toma el radical más complejo como base y el resto se nombran como sustituyentes sobre el nitrógeno, lo que se denota con la letra N. Ejemplos:

CH3

CH3–NH2 CH3–NH–CH3 CH3–N–CH3 ph–NH2 = metilamina dimetilamina trimetilamina fenilamina o anilina

(ph)2–NH (ph)3–N CH3CH2CH2–NH2 CH3CH2CH2–NH–CH3 difenilamina trifenilamina propilamina N-metilpropilamina

CH3–N–CH2–CH3

CH2–CH2–CH3 CH3–NH–OH N-etil-N-metilpropilamina N-metilhidroxilamina

Cuando hay varios grupos amina y alguno de ellos no está en la cadena principal, o cuando el grupo amina no es grupo principal, éstos se nombran como sustituyentes mediante los prefijos amino (NH2), alquilamino (–NH–R, enlaza por el N), o aminoalquil (–R–NH2, enlaza por el radical). Ejemplos:

NH2–CH2CH2–CH–CH2CH2–NH2 CH3CH2–CH–CH–COOH

NH2 CH3–NH CH2–NH2 1,3,5-pentanotriamina o 3-amino-1,5-pentanodiamina ácido 2-aminometil-3-metilaminopentanoico

NH2 CH3–CH–COOH

COOH NH2 ácido o-aminobenzoico ácido 2-aminopropanoico

NITRILOS O CIANUROS Son compuestos nitrogenados que contienen el ion cianuro (–C≡N) también llamado grupo

ciano o grupo nitrilo, por lo que se consideran derivados del ácido cianhídrico (HCN). Su estructura general es:

R–C≡N → R–CN

Se pueden nombran de dos formas; mediante el sufijo –nitrilo (después de la raíz que nos indica el nº de C), o considerándolos derivados del HCN, denominándolos cianuro de ... (más el nombre del radical, sin contar el C del –CN). Ejemplos:

CH3–C≡N CH3–CH2–C≡N etanonitrilo propanonitrilo o cianuro de metilo o cianuro de etilo

–NH2



Cuando el grupo –CN no es el grupo principal, éste se designa como un sustituyente mediante al prefijo ciano-. Ejemplos: CN

NC–CH2–COOH CH3–CH=C–CH2–COOH ácido cianoacético ácido 3-ciano-3-pentenoico

NITRODERIVADOS Son compuestos que contienen al grupo NO2 . Se designan mediante el prefijo –nitro,

considerándose siempre como sustituyente (es decir, nunca se considera como grupo principal). Ejemplos:

CH3–NO2 CH3–CH2–NO2 CH3–CH2–CH2–NO2 nitrometano nitroetano 1-nitropropano

NO2 NO2 CH3

O2N NO2

NO2

Nitrobenceno 1,3-dinitrobenceno NO2 o m-nitrobenceno 2,4,6-trinitrotolueno (T.N.T.)

COMPUESTOS ORGÁNICOS CON AZUFRE: TIOLES Y TIOÉTERES El azufre se encuentra en la tabla periódica en el mismo grupo que el oxígeno, por eso no

es extraño que existan compuestos orgánicos con azufre análogos a los del oxígeno (alcoholes, aldehídos, cetonas, ácidos, etc.). En este texto sólo vamos a estudiar los tioles, que presentan el grupo –S–H (estructura R–SH) y los tioéteres o sulfuros (estructura R–S–R|).

En general, para nombrar compuestos que tienen S se utiliza el vocablo tio (en griego, azufre)

Los tioles se nombran con el sufijo –tiol (análogamente a los alcoholes).Cuando no es grupo principal se nombra con el prefijo –mercapto.

Los tioéteres se nombran como sulfuros de alquilo o como radicales alqiltio (R–S–, análogamente a los grupos alcoxi en éteres).

Ejemplos: SH

CH3–CH2–SH CH3–CH2–CH–CH3 HS–CH2–CH2–COOH etanotiol 2-butanotiol ácido 3-mercaptopropanoico

CH3–S–CH3 CH3CH2–S–CH2CH2CH3 CH3–S–CH2–CH2OH sulfuro de dimetilo sulfuro de etilo y propilo 2-(metiltio)etanol o metiltiometano o 1-(etiltio)propano CH3 CH3

CH3–S–CH2–CH–CH2–CH3 CH3–CH–S–CH2–CH2–CH2–CH3 2-metil-1-(metiltio)butano 1-(isopropiltio)butano



Como podemos comprobar, los compuestos orgánicos pueden ser muy complicados, dependiendo de la cantidad de enlaces que se formen entre carbonos y con distintos grupos funcionales. Nombrar estos compuestos también puede ser una tarea difícil, pero no resultará tan complicado si seguimos una serie de pasos, los cuales se han podido deducir a lo largo del texto, y que son los siguientes:

1. Identificar la cadena principal. Ésta será la cadena más larga que contenga al grupo funcional principal o al mayor nº de grupos principales. En caso de igualdad nos fijaremos en el siguiente grupo funcional en orden de prioridad y así sucesivamente hasta identificar la cadena carbonada principal.

2. Numerar la cadena principal. Considerando que el orden de numeración le impone el grupo funcional principal o, en el caso de varios, la serie más baja posible de nºs localizadores de los grupos funcionales principales. Si el orden de numeración no se puede imponer según este criterio (por igualdad al numerar grupos principales por un lado o por otro, o por que no existan), este orden vendrá dado por el orden alfabético de los sustituyentes, es decir, debemos asignar los nºs más bajos a los sustituyentes que se nombren en primer lugar.

3. Nombrar los sustituyentes. Los sustituyentes complicados se pueden nombrar como derivados de la cadena principal del radical, comenzando la numeración por el C unido a la cadena principal. Los sustituyentes más simples se nombran como ya hemos visto.

4. Nombrar el compuesto. Considerando que los sustituyentes se nombran como prefijos, ordenados alfabéticamente y con sus correspondientes nºs localizadores, y que el grupo funcional principal se indica al final mediante el correspondiente sufijo. La raíz que indica el nº de C se pone al final previa al sufijo del grupo principal o, en su caso, previa al sufijo que indica insaturaciones, preferentemente al sufijo “–en” del doble enlace.

BIBLIOGRAFÍA RECOMENDADA:

• W.R. Peterson. Formulación y Nomenclatura de Química Inorgánica. Ed. EDUNSA

• W.R. Peterson. Formulación y Nomenclatura de Química Orgánica. Ed. EDUNSA

De compuestos orgánicos monofuncionales · 2017-03-27 · De compuestos orgánicos monofuncionales...

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