3. Nomenclatura de compuestos orgánicos

1. Clasificación de los compuestos orgánicos

En este curso estudiaremos los compuestos orgánicos, organizados de la siguiente manera:

2. Introducción a los 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).

3. Alcanos

Alcanos

Uniendo tres, cuatro, cinco o más átomos de carbono se genera un gran número de compuestos con una longitud de cadena creciente.

Los compuestos que surgen de esta manera se conocen como: alcanos de cadena abierta o alcanos normales y tienen la fórmula general C_nH_2n+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.

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.

4. ¿Cómo se nombran los compuestos orgánicos?

Dados los siguientes ejemplos, aprenderemos a nombrarlos:

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.

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.

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.).

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.

• Cuando existe más de una cadena de longitud máxima, se elige como cadena principal la más ramificada.

• 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.

• Sustituyentes complejos

ü  En algunos casos el sustituyente de la cadena principal es una cadena secundaria a su vez sustituida. ¿Cómo se procede en estos casos?

•   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:

En los siguientes alcanos o grupos alquilo se ejemplifica su aplicación en el nombre.

• Los prefijos sec y ter no se alfabetizan.

5. 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.

6. 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.

7. 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.

• 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.
•  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.
• 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 más bajo posible.

8. 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.

• Los derivados monosustituidos del benceno se nombran indicando el sustituyente seguido de la palabra benceno.

• Los nombres de algunos bencenos monosustituidos incorporan al sustituyente.

  
  

• 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.

  
  

• 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.

• 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.

9. 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.

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.

10. Alcoholes

11. Fenoles

.Los fenoles constan de un grupo hidroxilo unido directamente al anillo bencénico. 

Los fenoles sustituidos son muy abundantes en la naturaleza. 

          p-clorofenol

12. Éteres

Los éteres son compuestos orgánicos con un átomo de oxígeno unido a dos grupos que pueden ser alquilo o arilo o vinilo.

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.

Opción 2: Indicar los dos grupos alquilo, ordenados alfabéticamente, delante de la palabra éter:

13. Aldehidos

El grupo carbonilo está formado por un átomo de carbono y un átomo de oxígeno unidos por un enlace doble.

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).

14. 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.

15. Ácidos carboxílicos

El grupo funcional que caracteriza a los ácidos carboxílicos surge de unir un grupo hidroxilo a un grupo carbonilo  

Estas sustancias son abundantes en la naturaleza y son responsables de algunos olores que nos son familiares. 

 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.

16. 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.

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.

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:

Les dejamos un video donde se explica la nomenclatura que más usaremos en este curso

17. Moléculas con 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

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.

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.

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.