Aula 2 - Nomenclatura orgânica

Aula de João Víctor Pimentel

2. Nomenclatura Orgânica

Devido ao fato de o número de compostos orgânicos já conhecidos, isolados e catalogados ser da ordem dos milhões, faz-se necessário um método de representar cada um deles de forma unívoca sem se estar olhando diretamente para a estrutura do mesmo. Desse modo, a IUPAC sistematiza a nomenclatura adotada por químicos há bastante tempo, unificando os nomes e gerando menos dúvidas.

Tal nomenclatura se baseia na estrutura da molécula e de seus grupos funcionais, isto é, fragmentos da molécula (conjuntos de átomos organizados de determinada maneira) que apresentam um comportamento químico definido, ou seja, influenciam as reações que a substância irá sofrer.

É importante ressaltar que as regras básicas de nomenclatura são acumulativas e não necessitam ser decoradas de forma diferente para cada função distinta.

2.1 Hidrocarbonetos
São compostos formados exclusivamente por carbono e hidrogênio. Dividem-se em: alcanos, alcenos, alcinos, alcadienos, alcadiinos, cicloalcanos, cicloalcenos, alceninos, etc.

2.1.1 Alcanos

São hidrocarbonetos saturados (definição na aula 1).

São conhecidos por parafinas.

Quando acíclicos, ou seja, quando não são cicloalcanos, apresentam fórmula molecular $C_{n}H_{2n+2}$.

São extraídos do petróleo e sua combustão é fonte de energia.

A nomenclatura dos compostos orgânicos em geral é feita segundo: (prefixo que indica posição dos substituintes) + (prefixo que indica o número de átomos de carbono na cadeia principal) + (sufixo que indica a função química principal do composto)

Para os alcanos, o sufixo é -ano.

Desse modo:

Para alcanos (e outros compostos) de cadeia ramificada, a nomenclatura deve ser feita por etapas:

• Identificar a cadeia principal

Ela é a mais longa sequência contínua de átomos de carbono e definirá o infixo. Se houver duas de mesmo tamanho, escolha a mais ramificada.

• Numerar a cadeia principal

O carbono de número 1 será o da extremidade mais próxima da primeira ramificação. Se houver ramificações igualmente distantes das duas extremidades, o carbono 1 será o mais próximo da segunda ramificação.

• Identificar e numerar os substituintes (radicais)

A nomenclatura dos substituintes tem sufixo -il. Antes do nome do substituinte, escreve-se o número do carbono ao qual ele está ligado.

• Feito isso, ao nome definitivo se adiciona hífen para separar prefixos, vírgula para separar números. Ademais, no nome os substituintes são escritos em ordem alfabética e possuem prefixos indicativos de quantidade se presentes em número maior que um.

• Para substituintes complicados (ramificações ramificadas), sua nomenclatura é dada como se ele fosse um composto separado (contudo, seu carbono 1 é aquele que se liga à cadeia, mesmo que haja ligações duplas, por exemplo, nele) e, caso estejam em número maior que um, seus prefixos indicativos de quantidade são bis-, tris-, tetraquis-, pentaquis-, etc., e não di-, tri-, tetra-, penta-, etc.

Obs.: para fins de nomenclatura, os prefixos sec- e terc- não contam na ordem alfabética dos substituintes, enquanto iso- e neo- contam. A IUPAC não recomenda os prefixos iso-, n-, sec-, terc-, etc.

2.1.2 Alcenos

São hidrocarbonetos alifáticos insaturados.

São conhecidos por olefinas.

Têm fórmula molecular $C_{n}H_{2n}$ (alcenos), $C_{n}H_{2n-2}$ (alcadienos ou dienos).

• O sufixo de função é -eno (-adieno é usado para duas ligações duplas, -atrieno para três, e assim por diante).
• A cadeia principal deve conter a dupla ligação, não necessitando ser a maior, mas sim a maior \textbf{que contém a dupla}. No caso de alcadienos, por exemplo, ela deve conter as duas ligações duplas.
• A numeração da cadeia deve se iniciar da extremidade mais próxima da ligação dupla.
• A posição da dupla é indicada pelo primeiro carbono envolvido nela.

2.1.3 Alcinos

São hidrocarbonetos alifáticos insaturados.

Têm fórmula geral $C_{n}H_{2n-2}$ (alcinos), $C_{n}H_{2n-4}$ (alcadiinos ou diinos).

Sua nomenclatura é semelhante à dos alcenos.

Lembre-se de que o carbono que realiza a ligação tripla é linear.

Alcinos terminais (nos quais um carbono em extremidade faz ligação tripla) são ácidos e formam sais cujo nome é dado por: (nome do alcino - letra o + eto) + de + (nome do cátion)

2.1.4 Alceninos ou eninos

Têm ligação dupla e tripla na cadeia e fórmula geral $C_{n}H_{2n-4}$.

Para a nomenclatura, considera-se a a cadeia principal contendo tanto a dupla como a tripla. Nomeia-se a partir da extremidade mais próxima de uma ligação múltipla (dupla ou tripla). Se houver empate na distância das duas extremidades para as ligações múltiplas, a dupla tem prioridade e o carbono da extremidade mais próxima dela recebe o número 1.

2.1.5 Cicloalcanos ou ciclanos

São hidrocarbonetos alicíclicos saturados.

Têm fórmula geral $C_{n}H_{2n}$ (para um ciclo na estrutura).

Nomenclatura semelhante à dos alcanos, adicionando-se o prefixo ciclo-.

Obs.: isopropil não é recomendado pela IUPAC.

2.1.6 Cicloalcenos ou ciclenos

São hidrocarbonetos alicíclicos insaturados.

Têm fórmula geral $C_{n}H_{2n-2}$ (para um ciclo e uma dupla na estrutura).

Nomenclatura semelhante à dos alcenos, adicionando-se o prefixo ciclo-.

2.1.7 Hidrocarbonetos aromáticos

Seus nomes derivam de seu composto de origem (benzeno, naftaleno, etc.)

A representação do anel benzênico com um círculo no meio indica a ressonância e equivale à representação com ligações duplas.

Apesar de essa nomenclatura não ser recomendada, um anel benzênico 1,2-dissubstituído é dito orto, 1,3-dissubstituído é dito meta e 1,4-dissubstituído é dito para.

A nomenclatura inicia-se tomando o carbono 1 como o ligado à ramificação de maior prioridade e prossegue no sentido (horário ou anti-horário) da segunda ramificação mais próxima.

No caso do naftaleno, as posições são mostradas a seguir:

2.2 Haletos de alquila

Hidrocarboneto no qual houve substituição de hidrogênio por halogênio.

Grupo funcional: -X, em que X=$F,Cl,Br$ ou $I$

Classificam-se em primários, secundários e terciários de acordo com o carbono ligado ao halogênio.

A nomenclatura IUPAC é feita adicionando-se os prefixos fluoro-, cloro-, bromo- ou iodo- ao nome do hidrocarboneto, além dos números indicativos de posição. Os nomes dos halogênios devem ser escritos em ordem alfabética.

A nomenclatura não oficial é feita: (haleto) + de + (nome do radical orgânico), em que (haleto) = fluoreto, cloreto, brometo ou iodeto

Obs.: nomes como n-propila, terc-butila e isopropila não são recomendados pela IUPAC.

2.3 Álcoois
Possuem o grupo funcional -$OH$ (hidroxila ou hidróxi) ligado a carbono hibridizado em $sp^3$ (saturado).

Classificam-se em primários, secundários e terciários de acordo com o carbono ligado ao grupo hidróxi.

A nomenclatura se inicia da extremidade mais próxima da hidroxila.

Lembrete: a regra anterior vale para outros grupos funcionais, bem como a maioria das regras gerais de nomenclatura.

Na oficial (IUPAC) substitui-se a vogal -o do hidrocarboneto correspondente pelo sufixo -ol (ou -diol, -triol, etc.) precedido do(s) número(s) do(s) carbono(s) ao(s) qual(s) a(s) hidroxila(s) está(ão) ligada(s).

A não oficial segue: álcool + (nome do radical orgânico) + ico

Obs.: isopropil não é nome IUPAC.

2.4 Tióis ou tioálcoois
Análogos aos álcoois, com grupo funcional -$SH$ (sulfidrila).

Antigamente chamados de mercaptanas.

Nomenclatura análoga à dos álcoois, substituindo-se -ol por -tiol.

Obs.: nas imagens anteriores, nem todos os tiocompostos são tióis.

2.5 Fenóis
Compostos contendo hidroxila ligada a anel aromático.

A nomenclatura é análoga à dos hidrocarbonetos aromáticos, substituindo-se -benzeno por -fenol.

Obs.: na primeira imagem, há nomes que não seguem a IUPAC.

2.6 Alcóxidos e fenóxidos
Nomenclatura: (nome do álcool -anol ou nome do fenol -ol) + óxido + de + (nome do cátion)

2.7 Enóis
Contêm hidroxila ligada a carbono $sp^2$.

2.8 Éteres
Apresentam oxigênio entre dois carbonos não carbonílicos, com qualquer hibridação.

Epóxidos são éteres cíclicos com anel de três membros.

Nomenclatura oficial para éteres: (grupo secundário) + oxi + (alcano correspondente ao grupo principal)

O grupo principal é, no caso de os dois serem cíclicos, o maior anel. Se ambos anéis forem de mesmo tamanho, o mais insaturado tem prioridad. No caso de os grupos não serem cíclicos, as regras de prioridade são as mesmas para se escolher a cadeia principal de alcanos, alcenos e alcinos.

Nomenclatura não oficial: (grupo 1) + (grupo 2) + éter

O grupo 1 é o que vem antes na ordem alfabética.

No caso de epóxidos:

• Os mais simples são nomeados como derivados do oxirano.
• Quando o epóxido faz parte de outro sistema cíclico, é indicado pelo prefixo epóxi-.
• Há uma nomenclatura não oficial na qual: óxido + de + (nome do alceno correspondente ao epóxido)

2.9 Sulfetos ou tioéteres
Éteres com um átomo de enxofre no lugar do oxigênio.

Usa-se o infixo -tio- no lugar de -oxi-.

2.10 Dissulfetos
Nomenclatura: dissulfeto + de + (nomes dos grupos substituintes em ordem alfabética)

Obs.: na imagem anterior só há um dissulfeto, o de alila, que, segundo a IUPAC, chama-se dissulfeto de prop-2-en-1-ila.

2.11 Aminas
Classificam-se em primária, secundária e terciária, dependendo do número de ligações do nitrogênio com átomos de carbono.

Para a nomenclatura, escreve-se os nomes dos grupos ligados ao nitrogênio em ordem alfabética e adiciona-se o sufixo -amina.

No caso de diaminas (ou poliaminas), a cadeia principal deve conter os dois grupos amino, e deve se iniciar a numeração da extremidade mais próxima do primeiro. Os infixos -di-, -tri-, -tetra-, etc. são utilizados antes do sufixo -amina. Se mais de um nitrogênio for substituído, usa-se N para o primeiro, N' para o segundo, N'' para o terceiro, e assim por diante.

 

A seguir, serão mostrados os compostos carbonílicos, como ácidos carboxílicos, ésteres, anidridos, haletos de acila, aldeídos, amidas e cetonas. Uma carbonila consiste em um átomo de oxigênio que faz ligação dupla com um de carbono.

2.12 Aldeídos
Apresentam o grupo funcional formila, uma carbonila ligada a um átomo de hidrogênio.

Para a nomenclatura sistemática, o carbono 1 da cadeia principal será o carbonílico. Adiciona-se o sufixo -al.

Para a nomenclatura não oficial: aldeído + (prefixo usual indicativo de número de carbonos) + ico ou (prefixo usual indicativo de número de carbonos) + aldeído.

Os prefixos usuais são: form-, acet-, propion-, butir-, valer-, etc., e valem para aldeídos, ácidos carboxílicos, ésteres, amidas e nitrilas, por exemplo.

 

Uma convenção comum na química orgânica para expressar a distância de um grupo a outro é aquela por letras gregas. Por exemplo, se falamos de um átomo alfa-carbonílico, ele está ligado ao carbono da carbonila, se falamos de um beta-carbonílico, há outro carbono entre ele e a carbonila, e assim por diante.

2.13 Cetonas
Apresentam carbonila ligada a duas cadeias carbônicas.

Para dar a nomenclatura oficial: (nome do hidrocarboneto correspondente) + ona

Antes do sufixo -ona, indica-se a posição da carbonila contando-se a cadeia principal a partir da extremidade mais próxima dela. Podem ser usados infixos indicativos de quantidade se houver mais de uma carbonila.

Para a nomenclatura não oficial: (nome do menor radical ligado à carbonila) + (nome do maior radical ligado à carbonila) + cetona

Obs.: observe que isopropil não é nome IUPAC; na última imagem não só há cetonas, mas também há aldeídos.

2.14 Ácidos carboxílicos
Apresentam o grupo funcional carboxila, uma carbonila ligada a uma hidroxila.

A nomenclatura é semelhante à dos aldeídos, conta-se a cadeia principal a partir do carbono carbonílico (carbono 1).

Nomenclatura oficial: ácido + (nome do hidrocarboneto correspondente - letra o) + oico

Nomenclatura usual: ácido + (prefixo usual) + ico

2.15 Ésteres e sais de ácidos carboxílicos
Obtidos pela substituição da hidroxila de uma carboxila por um grupo alcóxi (ou alcoxila), que consiste em uma hidroxila na qual o hidrogênio foi substituído por uma cadeia carbônica (um álcool sem o hidrogênio da hidroxila).

Nomenclatura: (nome do ácido - palavra ácido) - ico + ato + (nome do hidrocarboneto correspondente ao grupo alcóxi)

No caso dos sais: (nome do ácido - palavra ácido) - ico + ato + de + (nome do cátion)

Obs.: nas nomenclaturas dadas nas imagens anteriores, observe que há alguns nomes de grupos que não obedecem às regras IUPAC, tais como isopropila, isobutila e vinila.

Ésteres cíclicos, obtidos pela reação entre uma carboxila e uma hidroxila de um mesmo composto são chamados lactonas.

2.16 Anidridos de ácido
São obtidos pela desidratação de ácidos carboxílicos.

Nomenclatura: anidrido + (nome do ácido - palavra ácido)

Se o anidrido provém de dois ácidos, escreve-se os nomes dos ácidos em ordem alfabética ligados por hífen.

2.17 Haletos de acila
Obtém-se um haleto de acila ao se substituir a hidroxila carboxílica de um ácido por um halogênio, obtendo-se o grupo funcional halocarbonil.

Nomenclatura: (haleto) + de + (nome do ácido - palavra ácido - oico + oíla), em que (haleto) = fluoreto, cloreto, brometo ou iodeto.

2.18 Amidas
Contêm uma carbonila ligada a átomo de nitrogênio.

Podem ser classificadas em primária, secundária ou terciária dependendo do número de carbonos ligados ao nitrogênio ligado à carbonila.

Nomenclatura: (nome do hidrocarboneto) + amida

Os substituintes do nitrogênio são precedidos pelo infixo -N-.

Assim como há ésteres cíclicos, as lactonas, há amidas cíclicas, as lactamas.

Se há duas carbonilas ligadas ao nitrogênio, chama-se o composto de imida.

Obs.: para lactonas e lactamas, refere-se ao número de átomos no ciclo por alfa, beta, gama, etc. Esses prefixo indicam a distância (passando pela cadeia carbônica, do carbono carbonílico para o carbono ligado ao oxigênio do éster ou para o nitrogênio da amida.

2.19 Nitrilas
Análogas ao cianeto de hidrogênio ($HCN$) com o hidrogênio substituído por um grupo orgânico.

Nomenclatura oficial: (nome do hidrocarboneto) + nitrila

Nomenclatura não oficial: cianeto + de + (nome do radical orgânico)

2.20 Isonitrilas
Análogas ao isocianeto de hidrogênio ($HNC$) com o hidrogênio substituído por um grupo orgânico.

Nomenclatura oficial: isocianeto + de + (nome do radical orgânico)

Nomenclatura não oficial: (nome do radical orgânico) + carbilamina

2.21 Nitrocompostos
Contêm o grupo funcional nitro (-$NO_{2}$) ligado a carbono.

A nomenclatura é feita como mostrado a seguir: nitro + (nome do hidrocarboneto)

2.22 Ácidos sulfônicos
Apresentam o grupo funcional hidroxissulfonila (-$SO_{2}OH$) ligado a carbono.

Nomenclatura: ácido + (nome do hidrocarboneto) + sulfônico

Seus sais são os sulfonatos.

2.23 Organometálicos
Apresentam metais ligados a grupos orgânicos.

2.23.1 Compostos de Grignard

Nomenclatura: (haleto) + de + (nome do radical orgânico) + magnésio

2.23.2 Organoplúmbicos, organozíncicos, organomercúricos e organolítios

Nomenclatura: (nomes dos radicais orgânicos em ordem alfabética) + (nome do metal)

2.24 Sais de amônio
Nomenclatura: (nome do ânion) + de + (nomes dos substituintes do nitrogênio em ordem alfabética) + amônio

 

2.25 Outras funções
Há, ainda, muitas outras funções orgânicas, as quais terão sua nomenclatura omitida nesse curso, como iminas (possuem nitrogênio realizando dupla ligação com carbono), hidrazinas (derivadas da hidrazina, $H_{2}N-NH_{2}$), azidas (possuem grupo -$N=N^{+}=N^{-}$, são derivadas do ácido hidrazoico ou azotídrico, $HN_{3}$), lactonas, lactamas, imidas, diazocompostos (possuem o grupo funcional diazo, =$N^{+}=N^{-}$, ligado a carbono), isocianatos (possuem o grupo funcional -$N=C=O$), cetenas, nitronas, carbamatos (são ésteres do ácido carbâmico, $NH_{2}COOH$ e, desse modo, possuem o grupo funcional -$NHC(=O)O$-), etc.

2.26 Nomenclatura de biciclos
Compostos com ciclos interconectados por um ou mais átomos recebem uma nomenclatura especial.

Eles podem ser do tipo spiro, ter anéis fundidos ou terem átomos em ponte entre os anéis.

2.27 Índice de deficiência de hidrogênio
De posse da(s) fórmula(s) molecular e/ou estrutural de um composto orgânico, é possível fazer previsões acerca do número de ciclos e insaturações que ele possui, ou vice-versa. Desse modo, o IDH constitui uma importante ferramenta na resolução de questões.

Veja:

Seja um composto em geral $C_{c}H_{h}N_{n}O_{o}X_{x}$, em que X representa um halogênio qualquer.

O IDH é definido como metade da diferença entre o número de hidrogênios do mesmo composto se não houvesse ciclos ou insaturações e o número de hidrogênios ($h$) que o composto de fato tem. Por que metade? Porque geralmente se tira hidrogênios aos pares e convencionou-se definir o IDH como o número desses pares que foram removidos.

Perceba que, se o composto tivesse somente carbonos, o número de hidrogênios no caso de ele ser saturado seria $2c+2$. Imagine agora um composto qualquer, por exemplo, propano. Verifique que, se substituir-se um grupo metil (-$CH_{3}$) por um grupo saturado de nitrogênio (amino, -$NH_{2}$) ou um grupo metileno (-$CH_{2}$-) por um grupo saturado de nitrogênio (-$NH$-), em ambos os casos perde-se um átomo de hidrogênio em relação ao que havia antes. Isso não ocorre só com o propano, mas com qualquer composto saturado.
Desse modo, o número de hidrogênios para um composto sem ciclos ou insaturações constituído somente por carbono e nitrogênio é dado por: $2(c+n)+2-n$. O termo $2(c+n)+2$ indica quantos hidrogênios existiriam se os nitrogênios fossem, na verdade, carbonos e o termo $-n$ indica que para cada carbono transformado em nitrogênio, perde-se um hidrogênio.

Repetindo-se o argumento acima para oxigênio e para halogênios, vê-se que o número de hidrogênios para o composto em questão, no caso de ele ser saturado, seria:

$2(c+n+o+x)+2-n-2o-3x=2c+n-x+2$

A fórmula anterior indica que, assim como para cada carbono substituído por nitrogênio perde-se um hidrogênio, para cada carbono substituído por oxigênio perdem-se dois hidrogênios e para carbono substituído por halogênio, perdem-se três hidrogênios.

Agora, já temos os dados necessários para calcular o IDH. Aplicando-se na definição do IDH:

$IDH=\frac{1}{2}(2c+n-x+2-h)$

O resultado anterior é muito conveniente no cálculo de número de insaturações e ciclos dada a fórmula molecular.

Lembre-se de que cada ciclo e cada ligação $\pi$ conta em uma unidade para o IDH (ou seja, cada ligação dupla conta em uma unidade e cada tripla conta em duas).

2.28 Compostos de função mista
Se um composto apresenta vários grupos funcionais, o principal (que definirá seu sufixo) é definido pela ordem de prioridade decrescente a seguir:
ácido carboxílico, éster, haleto de acila, amida, nitrila, aldeído, cetona, álcool, tiol, amina, alceno, alcino, alcano, éter, haleto de alquila, nitrocomposto