FORMULACIÓN QUÍMICA ORGÁNICA

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1 FORMULACIÓN QUÍMICA ORGÁNICA (Extracto) QUIMIWEB jpgm

2 CONTENIDOS (La formulación y nomenclatura orgánica es muy extensa, aquí solo se recoge un EXTRACTO MUY REDUCIDO de la misma. Para ampliar conocimientos se debe recurrir a la bibliografía oportuna) I.- HIDROCARBUROS ALIFÁTICOS... 3 a.- ALCANOS Alcanos ACÍCLICOS de CADENA LINEAL CADENA RAMIFICADA Alcanos CÍCLICOS... 4 b.- ALQUENOS... 5 c.- ALQUINOS... 6 II.- HIDROCARBUROS AROMÁTICOS... 6 III.- DERIVADOS HALOGENADOS DE HIDROCARBUROS... 7 IV.- ALCOLES... 8 V.- ÉTERES... 9 VI.- ALDEHÍDOS Y CETONAS Aldehídos Cetonas VII.- ÁCIDOS CARBOXÍLICOS VIII.- DERIVADOS DE ÁCIDOS CARBOXÍLICOS Ésteres Amidas Nitrilos IX.- AMINAS X.- OTROS COMPUESTOS α-hidroxiácidos α-aminoácidos Hidratos de carbono jpgm -2-

3 I.- HIDROCARBUROS ALIFÁTICOS a) ALCANOS (Es particularmente importante conocer las características de la nomenclatura de estos compuestos ya que las reglas generales que permiten su nomenclatura son válidas para el resto, cambiando generalmente el sufijo - ANO de los mismos por el que corresponda) Compuestos binarios de C e H con enlaces sencillos C-C T T Grupo funcional: - C - C - R R 1.- Alcanos ACÍCLICOS de CADENA LINEAL Son los alcanos de cadena carbonada lineal sin ramificaciones. Se nombran según el número de átomos de carbono que contengan, acabando el nombre en ANO y utilizando un prefijo que sigue el criterio: -hasta 4 C: prefijos especiales:. 1C: met-. 2C: et-. 3C: prop-.4c: but- -5 o más C: prefijos numerales griegos: penta, hexa, hepta, nona, deca,... CH 4 CH 3 -CH 2 -CH 2 -CH 3 CH 3 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 3 metano butano octano 2.- Alcanos ACÍCLICOS de CADENA RAMIFICADA Son los alcanos de cadena carbonada lineal que presentan RAMIFICACIONES. Cada una de las ramificaciones de la cadena carbonada se puede considerar como un RADICAL, que se formaría por la perdida de un H en un alcano. Los radicales derivados de los alcanos se llaman RADICALES ALQUILO y se nombran sustituyendo la terminación ANO del alcano por la ILO. CH 3 - CH 2 - : radical etilo CH 3 - : radical metilo CH 3 - CH 2 - CH 2 - : radical propilo jpgm -3-

4 Existen algunos radicales con nombre propio que se nombran anteponiendo al radical ciertos prefijos: iso, sec, terc, CH 3 - CH - : isopropilo CH 3 - CH - CH 2 - : isobutilo CH 3 CH 3 CH 3 CH 3 - CH 2 - CH - : secbutilo CH 3 - C - : tercbutilo CH 3 CH 3 Cuando existen ramificaciones, se numera la cadena más larga de un extremo al otro de modo que se elige como carbono nº 1 el más próximo a la primera ramificación, independientemente de la naturaleza del radical. Se nombran en primer lugar los radicales, precedidos cada uno de ellos del número (localizador) que indica el carbono al que se encuentra unido el radical y seguido, sin separación, por el nombre de la cadena principal. Los números (localizadores) se separan entre sí mediante comas, mientras que números y radicales, o números y cadena se separan por guiones. Cuando en una cadena existen radicales con nombres diferentes, se nombran los radicales por orden alfabético sin tener en cuenta los correspondientes prefijos: di, tri, tetra... En cambio los radicales complejos se nombran teniendo en cuenta la primera letra del radical. Si hay varias cadenas de igual longitud, para elegir la principal se siguen las siguientes reglas, por el orden que se indica: a) la cadena con mayor número de radicales. b) la cadena cuyos radicales tengan localizadores más bajos. c) la cadena que tenga radicales lo menos ramificados posible. CH 3 - CH - CH - CH 3 CH 3 - CH - CH - CH 2 - CH 3 CH 3 - CH - CH 2 - CH 3 CH 3 CH 3 CH 3 CH 2 - CH 3 CH 3 2,3-dimetilbutano 3-etil-2-metilpentano metilbutano 3.- Alcanos CÍCLICOS Son alcanos cuyos carbonos forman un ciclo (los más sencillos entre 3 y 6 C) jpgm -4-

5 Se nombran como los de cadena lineal de igual número de átomos de carbono, precediendo el nombre del alcanos del prefijo CICLO. CH 2 CH 2 CH 2 ' ( CH 2 CH 2 CH 2 CH CH 3 ciclobutano metilciclopropano b) ALQUENOS (También se conocen como hidrocarburos etilénicos) Hidrocarburos que contienen uno o más enlaces dobles C ' C Grupo funcional: C ' C Se nombran como los alcanos de igual número de C, cambiando la terminación ANO por la ENO, precedidos del localizador que indica la posición del doble enlace. Se elige como cadena principal, si hubiera más de una, la más larga que contenga la insaturación (doble enlace). Se toma como carbono nº 1 el del extremo más próximo al doble enlace. Si existe más de un doble enlace se usan los prefijos DI, TRI... CH 2 4 CH 2 CH 3 ) CH 2 ) CH 2 ) CH 4 CH ) CH 3 eteno (etileno) 2-hexeno CH 2 4 CH ) CH 2 ) CH 3 CH 2 4 CH ) CH 4 CH 3 1-buteno 1,3-butadieno CH 3 ) CH ) CH 2 ) CH 4 CH ) CH 2 ) CH 3 CH 3 6-metil-3-hepteno jpgm -5-

6 c) ALQUINOS (También se conocen como hidrocarburos acetilénicos) Hidrocarburos que contienen uno, o más, enlaces triples C / C Grupo funcional: ) C / C ) Se nombran como los alcanos de igual número de C, cambiando la terminación ANO por la INO, precedidos del localizador que indica la posición del triple enlace. Se elige como cadena principal, si hubiera más de una, la más larga que contenga la insaturación (triple enlace). Se toma como carbono nº 1 el del extremo más próximo al triple enlace. Si existe más de un triple enlace se usan los prefijos DI, TRI... Si hay DOBLES y TRIPLES enlaces, se nombran en el orden - ENO, - INO, de modo que los localizadores sean los más bajos posible (independiente de que se trate de doble o triple enlace). Si coincidieran los localizadores del doble y del triple enlace se da preferencia al doble enlace. CH / CH etino (acetileno) CH 3 ) CH 4 CH ) C / CH 3-penten-1-ino CH 3 ) C / C ) C / CH 1,3-pentadiino CH 2 4 CH ) C / CH 1-buten-3-ino II.- HIDROCARBUROS AROMÁTICOS Se llaman así al benceno y sus derivados hidrocarbonados Son compuestos cíclicos de 6 átomos de C con tres dobles enlaces alternos (en algunos de ellos aparecen dos o tres anillos condensados) Se nombran como derivados del benceno nombrando el o los radicales correspondientes seguidos de la palabra benceno. jpgm -6-

7 Si hay dos sustituyentes, su posición relativa se indica mediante los localizadores: 1-2, 1-3 y 1-4, ordenando los radicales por orden alfabético. También estas posiciones pueden indicarse mediante prefijos: 1-2: o- (orto); 1-3: m- (meta); 1-4: p- (para) CH3 CH3 benceno metilbenceno CH3 p-dimetilbenceno radical fenilo CH3 CH2 CH3 1-etil-3-metilbenceno naftaleno III.- DERIVADOS HALOGENADOS DE HIDROCARBUROS También se conocen como haluros de alquilo. Son hidrocarburos en los que uno o más H se han sustituido por átomos de halógenos. Grupo funcional. ) X (grupo halo) (X: F, Cl, Br, I) Existen varias formas aceptadas, una de ellas es: Se nombra el halógeno, precedido de su correspondiente localizador, seguido del nombre del hidrocarburo. Si hay varios átomos de halógenos, se citan precedidos del prefijo DI, TRI... CH 3 ) CHCl ) CH 3 2-cloropropano CH 3 ) CHI ) CH 2 ) CH 2 I 1,3-diyodobutano jpgm -7-

8 IV.- ALCOLES Derivados de hidrocarburos en los que uno o más átomos de H se han sustituido por grupos -. Grupo funcional: ) (grupo hidroxilo) Existen varias formas aceptadas, una de ellas es: Se nombran como el hidrocarburo de igual nº de átomos de C cambiando la terminación o por la ol, indicando mediante el correspondiente localizador la posición del grupo ). Si se trata de un alcohol de cadena ramificada se elige la cadena más larga que contenga el grupo hidroxilo, al extremo más próximo a este se asigna el C nº 1. Si hay más de un grupo hidroxilo se indican sus posiciones mediante localizadores y se antepone el prefijo: DI, TRI,...según corresponda, al sufijo ol. CH 3 ) CH 3 ) CH ) CH 3 CH 3 ) CH ) CH 2 ) CH 3 CH 2 ) CH ) CH 2 CH 2 metanol 2 - propanol 2 - metil butanol 1,2,3 - propanotriol Los alcoholes pueden clasificarse según el tipo de C al que está unido el grupo hidroxilo, así: Alcoholes primarios: El grupo - se encuentra sobre un C primario (unido a 1 solo átomo de C). CH 3 ) CH 2 ) CH 2 ) 1 - propanol Alcoholes secundarios: El grupo - se encuentra sobre un C secundario (unido a 2 átomos de C). CH 3 ) CH ) CH propanol Alcoholes terciarios: El grupo - se encuentra sobre un C terciario (unido a 3 átomos de C). CH 3 CH 3 ) CH ) CH metil-2 - propanol jpgm -8-

9 Otra forma de clasificarlos es en función del TIPO DE RADICAL al que se encuentra unido el -, así: Alcoholes alifáticos: En ellos el - se encuentra unido a un radical alquílico: CH 2 ) CH ) CH 3 CH 3 ) CH ) CH ) CH 2 CH 3 CH metil -1- propanol 3 - metil - 1, 2 - butanodiol Alcoholes aromáticos: En ellos el - recae en una cadena donde hay un anillo bencénico. CH3 CH2 CH2 CH2 fenilmetanol 2 - (2' - metil) - feniletanol Fenoles: El grupo - se encuentra unido directamente al anillo bencénico: CH3 hidroxibenceno (fenol) 1,4 - dihidroxibenceno 2-metilhidroxibenceno V.- ÉTERES Compuestos formados por la sustitución de un H en un hidrocarburo por el grupo - OR (grupo alcoxilo). Grupo funcional: - O - (grupo oxi) jpgm -9-

10 Existen varias formas aceptadas, una de ellas es: Se nombran ambos radicales citándolos separados por orden alfabético y terminando con la palabra éter. CH 3 ) O ) CH 2 ) CH 3 CH 3 ) O ) CH 3 etil metil éter dimetil éter VI.- ALDEHÍDOS Y CETONAS Compuestos que resultan de la sustitución de 2 H de un hidrocarburo por un átomo de oxígeno, O. O 1 Grupo funcional: ) C ) (grupo carbonilo, ) CO ) ) Según que el grupo carbonilo sea primario o secundario resultan compuestos con propiedades químicas y físicas diferentes, así: 1.- Aldehídos En ellos el grupo carbonilo es primario, va en el extremo de la cadena: (grupo formilo). O 1 ) C ) H Se nombran como los hidrocarburos de igual número de átomos de C, cambiando la terminación o por la al. Si en la molécula hay radicales, dobles, triples enlaces o incluso -, el carbono nº1 se asigna siempre al grupo carbonilo. O O O H ) C ) H CH 3 - CH 2 - C - H CH 2 = CH - CH 2 - C - H metanal propanal 3 - butenal jpgm -10-

11 2.- Cetonas oxo) O 1 En ellas el grupo carbonilo es secundario, va en el interior de la cadena: - C - (grupo Se nombran como los hidrocarburos de igual número de átomos de C, cambiando la terminación o por la ona y si es preciso se indica la posición del grupo carbonilo. Si hay más de un grupo carbonilo se indican las respectivas posiciones mediante localizadores y se añaden los prefijos: DI, TRI,... CH 3 - CO - CH 3 CH 3 - CO - CH 2 - CH 2 - CH 3 propanona 2 - pentanona CH 3 - CO - CH 2 - CH - CH 3 CH 3 - CO - CH - CO - CH 3 CH 3 CH metil pentanona 3 - metil -2,4 - pentanodiona VII.- ÁCIDOS CARBOXÍLICOS Constituyen un conjunto de compuestos de un grado de oxidación superior a los aldehídos en los que el H del grupo formilo se ha sustituido por un -. O 5 Grupo funcional: ) C ) (grupo carboxilo) Los nombres comunes de estos compuestos son muy empleados. Según la nomenclatura sistemática de la IUPAC, se nombran como el hidrocarburo de igual número de átomos de C añadiendo la terminación ICO. H ) CO CH 3 ) CO CH 3 ) CH 2 ) CO CH 3 ) CH 2 ) CH 2 ) CO ác. metanoico ác. etanoico ác. propanoico ác. butanoico (ác. fórmico) (ác. acético) (ác. propiónico) (ác. butírico) jpgm -11-

12 Algunos de estos compuestos son ÁCIDOS DICARBOXÍLICOS, es decir tienen un grupo carboxílico en cada uno de los extremos de sus cadenas: HOOC ) CO ác. etanodioico (ác. oxálico) HOOC ) CH 2 ) CO ác. propanodioico (ác. malónico) Algunos de estos compuestos, de alta masa molecular, fueron obtenidos de fuentes naturales, especialmente grasas, por lo que se les conoce como ÁCIDOS GRASOS: CH 3 ) (CH 2 ) 14 ) CO ác. hexadecanoico (ác. palmítico) CH 3 ) (CH 2 ) 16 ) CO ác. octadecanoico (ác. esteárico) CH 3 ) (CH 2 ) 7 ) CH 4 CH ) (CH 2 ) 7 - CO ác. 9-octadecenoico (ác. oléico) VIII.- DERIVADOS DE ÁCIDOS CARBOXÍLICOS Estos compuestos se forman por la transformación que sufre el grupo carboxilo, sea por condensación, deshidratación, aminación... Pueden incluirse: 1.- Ésteres Se pueden considerar el resultado de la condensación entre un ácido carboxílico y un alcohol con pérdida de una molécula de agua: ácido carboxílico + alcohol > éster + agua (reacción de ESTERIFICACIÓN) O 5 Grupo funcional: ) C ) O ) (grupo carboxilato) Se nombran como derivados del ácido carboxílico cambiando la terminación ICO de este por la ATO y añadiendo DE y el NOMBRE DEL RADICAL. jpgm -12-

13 HCOO ) CH 3 CH 3 ) COO ) CH 2 ) CH 3 Ph ) COO ) CH 3 metanoato de metilo etanoato de etilo benzoato de metilo (formiato de metilo) (acetato de etilo) (Ph- : grupo fenilo) CH 2 = CH ) CH 2 ) COO ) CH 2 ) CH 2 ) CH 3 3-butenoato de propilo 2.- Amidas Se podrían considerar el resultado de la reacción entre un ácido carboxílico y el amoniaco, con pérdida de una molécula de agua: ácido carboxílico + amoniaco > amida + agua O 5 Grupo funcional: ) C ) NH 2 (grupo amido) Se nombran como el hidrocarburo de igual número de átomos de C cambiando la terminación O por la AMIDA HCONH 2 CH 3 ) CONH 2 CH 2 = CH ) CH 2 ) CONH 2 metanamida etanamida 3-butenamida (formamida) (acetamida) Las amidas pueden estar, o no, sustituidas en el átomo de nitrógeno, según esto se pueden clasificar en: Amidas primarias, las que no están sustituidas: R - CO - NH 2 CH 3 ) CH 2 ) CONH 2 (propanamida) Amidas secundarias, las que tienen un H del grupo amino sustituido por un radical alquílico: R - CO - NH- R CH 3 ) CH 2 ) CONH ) CH 3 (N-metilpropanamida) Amidas terciarias, las que tienen dos H del grupo amino sustituido por sendos radicales alquílicos: R - CO - N- R R CH 3 ) CH 2 ) CON (CH 3 ) 2 (N,N-dimetilpropanamida) jpgm -13-

14 3.- Nitrilos Se podrían considerar el resultado de la deshidratación intramolecular de una amida: amida - agua > nitrilo Grupo funcional: ) C / N (grupo ciano) Se nombran como el hidrocarburo de igual número de átomos de C añadiéndoles el sufijo NITRILO. También se pueden nombrar como derivados de los ácidos carboxílicos de igual número de átomos de C, cambiando su terminación ICO por la NITRILO. Si el compuesto es más complejo, el grupo ) C / N (ciano) se nombra como sustituyente: CH 3 CH 3 ) C/N CH 3 ) CH 2 ) CH ) C/N N/C ) CH 2 ) CH 2 ) CO etanonitrilo 2-metilbutanonitrilo ác. 3-cianopropanoico (acetonitrilo) (2-metilbutironitrilo) IX.- AMINAS Pueden considerarse derivados orgánicos del amoniaco en el que se han sustituido uno o más hidrógenos por grupos alquílicos (aminas alifáticas) o arílicos (aminas aromáticas). En función del número de átomos de H sustituidos, las aminas pueden clasificarse en: Aminas primarias: En ellas se ha sustituido UN solo H del amoniaco. Su fórmula general es: R - NH 2. ( - NH 2, grupo amino) Aminas secundarias: En ellas se han sustituido DOS H del amoniaco. Su fórmula general es: R - NH - R. Aminas terciarias: En ellas se han sustituido TRES H del amoniaco. Su fórmula general es: R - N - R. R jpgm -14-

15 Las aminas sencillas se nombran añadiendo el sufijo AMINA al nombre del radical. Para las aminas secundarias o terciarias se toma el radical más complejo como base, nombrando los otros como sustituyentes sobre el nitrógeno, lo que se indica con N - ante el radical que se cita por orden alfabético. Si hay dos o tres sustituyentes iguales se indica el número de ellos mediante los prefijos DI o TRI. CH 3 CH 3 ) CH 2 ) NH 2 CH 3 ) NH ) CH 2 ) CH 3 CH 3 ) N ) CH 3 etilamina N-metiletilamina trimetilamina CH 2 ) CH 3 CH 3 ) N ) CH 2 ) CH 3 ) CH 3 N-etil-N-metilpropilamina NH2 fenilamina (anilina) NH - CH3 N-metilfenilamina (N-metilanilina) REGLA GENERAL PARA MOLÉCULAS COMPLEJAS Cuando en la cadena hay más de un grupo funcional, se ha convenido como preferencia para la elección de grupo principal el siguiente orden: 1º.- ÁCIDO 2º.- ÉSTER 3º.- AMIDA 4º.- NITRILO 5º.- ALDEHÍDO 6º.- CETONA 7º.- ALCOL 8º.- AMINA Los grupos que aparecen junto a otros que tienen preferencia respecto a ellos se nombran como radical. Los nombres de estos radicales se corresponden con los de los grupos respectivos (para consulta, ver cada apartado). jpgm -15-

16 X.- OTROS COMPUESTOS En este apartado relaciono algunos compuestos interesantes, especialmente en bioquímica. 1.- α-hidroxiácidos Compuestos que combinan el grupo hidroxilo (-) en posición α ( C contiguo) con el grupo carboxilo (-CO). ) C ) CO Se nombran como derivados del ácido carboxílico correspondiente. CH 2 ) CO CH 3 ) CH ) CO ác. α - hidroxietanoico ác. α - hidroxipropanoico ác. 2 - hidroxietanoico ác. 3 - hidroxipropanoico ISOMERÍA ÓPTICA Tipo de isomería consistente en la existencia de compuestos que desvían en un sentido, o en el contrario, el plano de vibración de la luz polarizada (aquella que vibra en un solo plano). Cada uno de ellos es isómero óptico del otro y espacialmente son imágenes especulares entre sí. Para que esto ocurra la molécula debe poseer, al menos, un CARBONO ASIMÉTRICO, es decir con los cuatro sustituyentes diferentes. Esto sucede con el ácido láctico, cuya estructura molecular se toma como modelo para decidir la configuración DEXTRO (desviación del plano de polarización hacia la derecha) o LEVO (desviación del plano de polarización hacia la izquierda). CO CO CH 3 ) C ) HO ) C ) CH 3 H H ácido D - láctico ácido L - láctico (dextrógiro) (levógiro) jpgm -16-

17 2.- α-aminoácidos Compuestos que combinan el grupo amino (-NH 2 ) en posición α ( C contiguo) con el grupo carboxilo (-CO). NH 2 ) C ) CO Se nombran como derivados del ácido carboxílico correspondiente. NH 2 NH 2 CH 2 ) CO CH 3 ) CH ) CO ác. α - aminoetanoico ác. α - aminopropanoico (glicina) (alanina) no tiene actividad óptica tiene actividad óptica 3.- Hidratos de carbono El nombre de estos compuestos refleja el hecho de que hidrógeno y oxígeno entran en igual proporción que lo hacen en el agua. C 6 H 12 O 6 : glucosa C 12 H 22 O 11 : sacarosa Si la molécula tiene 6 átomos de C: monosacáridos (glucosa...) Si la molécula tiene 12 átomos de C: disacáridos (sacarosa...) Si la molécula tiene un número elevado de C: polisacáridos (almidón...) En los monosacáridos las moléculas contienen 1 grupo carbonilo y 5 hidroxilos: si el -CO- es terminal (aldehído): ALDOSAS si el -CO- es interior (C-2): CETOSAS jpgm -17-

18 Las moléculas pueden presentar estructura abierta: CHO CH2 C = O CH2 D-glucosa CH2 D-fructosa o bien estructura cerrada, similar a la del pirano: O CH2 α-d-fructopiranos O CH2 α-d-glucopiranosa jpgm -18-