REGRAS DE NOMENCLATURA DE COMPOSTOS ORGÂNICOS USP

UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO

Disciplina QFL 5925 Prática de Ensino de Química e Bioquímica

TUTORIAL COM AS REGRAS DE NOMENCLATURA DE COMPOSTOS ORGÂNICOS

Ricardo Bentini

Dezembro/2009

1. Introdução

Durante a Idade Média os produtos químicos foram nomeados de acordo com sua origem, propriedades ou aplicação. Quando o número de compostos orgânicos cresceu, a necessidade de uma nomenclatura sistemática foi evidente. Os esforços dos pesquisadores produziram avanços; no sistema resultante da nomenclatura de estrutura foi a base para a identificação,

classificação,

e

nomenclatura

químicai,ii.

As regras de nomenclatura IUPAC são um tema central nos cursos de química. Nomenclatura química é fundamental para a ciência da transformação de matéria desde que o estudo das reações químicas e os seus mecanismos é reconhecidamente difícil sem um bom conhecimento das estruturas químicas. Além disso, o uso extensivo de nomes sistemáticos e triviais em cursos de química orgânica complica a nomenclatura. A aplicação das regras de nomenclatura correta facilita a comunicação global desde as estruturas podendo ser consideradas as linguagens da química. Os livros didáticos utilizados para o ensino de cursos de graduação estabelecem regras básicas e exemplos de nomes compostos monofuncionais. No entanto, os alunos de cursos mais avançados de química orgânica e estudantes de pós-graduação lidam com moléculas mais complexas necessitando de um conjunto de regras e diretrizes adicionais para identificar os compostos polifuncionais. O seguinte tutorial contendo os princípios gerais também pode ser útil para os instrutores. A formação do nome sistemático de um composto orgânico envolve várias etapas, a serem tomadas, na medida em que forem aplicáveis, na ordem em que segueiii.

2. Objetivo

O presente trabalho tem o objetivo de servir como uma ferramenta complementar a alunos de graduação e pós-graduação para os estudos das disciplinas de orgânica fornecendo um conhecimento básico das regras de nomenclatura IUPAC de forma simples e objetiva.

3. Material e método

Neste trabalho foi usado um tutorial com as regras básicas de nomenclatura IUPAC. O tutorial foi analisado por cinco alunos matriculados na disciplina de estrutura e propriedades de compostos orgânicos (QFL 2340) para dar sugestões e opiniões sobre o mesmo.

TUTORIAL (Regras de nomenclatura IUPAC) Passo 1: Determinar o grupo funcional principal no composto. Quando o mesmo possuir mais de um grupo na Tabela 1, o grupo principal é aquele que tem a mais alta prioridade. Este grupo principal será citado como um sufixo; todos os outros grupos serão citados como prefixos. Passo 2: Determinar o hidrocarboneto principal (cadeia principal ou sistema de anel principal): (a) Se o grupo principal está presente na cadeia, a cadeia é selecionada como: (i) A cadeia contendo o grupo funcional de mais alta prioridade como sendo o principal: OH

2-(propan-1-il)pentan-1-ol (ii) Se mais de uma escolha for possível, selecione a cadeia com o número máximo de ligações múltiplas.

2-(hexan-1-il)buta-1,3-dieno (iii) Se (i) e (ii) não estão juntos, então escolha a cadeia de maior comprimento. (iv) Se duas cadeias de mesmo comprimento são possíveis, escolha aquela que contém o número máximo de substituintes.

O

H

2-(butan-1-il)-4-metilhexanal A cadeia principal aqui contém seis átomos de carbono.

Tabela 1: Ordem de prioridades da maioria dos grupos funcionais Grupo funcional -(C)OOH -COOH -SO2OH -C(O)OC(O)-(C)OOR -COOR -(C)OHal -COHal -(C)ONH2 -CONH2 -(C)ΞN -C ΞN -(C)HO -CHO >(C)=O -OH -SH -NH2 >NH >C=C< -C Ξ C-X, -R, -OR -Ar, -NO2 -NO, -N3 =N2, - SR

Sufixo de mais alta prioridade acido -oico ácido -carboxílico ácido -sulfonico anidrido -óico -oato alquil carboxilato alquil haleto -oil haleto carbonil -amida -carboxiamida -nitrila -carbonitrila -al -carbaldeído -ona -ol -tiol -azano(-amina) -azano(-imina) -eno -ino *** *** *** ***

Prefixo de baixa prioridade carboxisulfoalcoxi-oxo halo-oxohalocarbonil amino-oxo aminocarbonil cianooxoformiloxohidroxisulfanilazanil- (amino-) azanilideno- (imino-) * ** halo-, alquil-, alcoxiaril-, nitro nitroso-, azidodiazo-, (R)-sulfanil

(b) Se o grupo funcional principal estiver presente em um sistema cíclico, o sistema formado é o principal.

OH

2-(octan-1-il)ciclohexanol

3-(hexan-1-il)ciclopentano

Passo 3: Nomeie a estrutura principal e o grupo funcional(s). Dê o mesmo nome, como se fosse um alcano, mas substitua o sufixo –ano característico pelo grupo funcional de prioridade mais alta (Tabela 1). Observação: Múltiplas insaturações nos hidrocarbonetos é indicado pelo prefixo numérico: di, tri, etc. Em cada caso, entretanto, o final –ano do alcano principal é substituito pelo –adieno, -atrieno, etc. deixando o a no radical alcano sempre que a primeira

letra é uma consoante para deixar o nome mais fácil para pronunciar. Deste modo, nós mantemos alcadienos, alcatrienos, alcadiinos, etc. Passo 4: Completando a numeração: (a) Numere os átomos de carbono consecutivamente do fim da cadeia até o início da cadeia que possui o grupo funcional de mais alta prioridade.

1 3

2

6

5

4

O

4,5-dimetilhexan-3-ona (b) Se o mesmo número de grupos funcionais de alta prioridade está presente nas duas direções, o nome correto IUPAC é aquele que contém o número de substituinte mais baixo.

1 6 4

2 3

5

2,4-dimetilhex-3-eno

O primeiro substituinte tem número 2. Se nós numerássemos a cadeia do outro lado, o primeiro substituinte teria número 3. (c) Se o primeiro substituinte estiver a uma distância na mesma extremidade de cada cadeia, numere a partir do segundo substituinte mais próximo.

6 5

3 4

1 2

(E)-2,3,5-trimetilhex-3-eno (d) Se a numeração dos dois lados der a mesma localização, numere a partir substituinte que vier primeiro em ordem alfabética.

do

6 1 5

3

2

4

Cl

2-cloro-5-metilhex-3-eno (e) Em cicloalcanos monosubstituídos e derivados do bezeno, o carbono o qual o substituinte é ligado será sempre o número 1. Se houver somente um substituinte a localidade 1 é omitida. Entretanto, ela é necessária em composto polisubstituídos.

NO2

CH3

OH I

Cl

ciclopentanol

1-cloro-2-metilciclohexano

Br

2-bromo-4-iodo-1-nitrobenzeno

(f) Em compostos cíclicos polisubstituídos, o ponto de início e a direção da numeração são escolhido de acordo com a localização mais baixa, considerando sucessivamente a ordem listada abaixo até a decisão ser alcançada. (i) O grupo funcional principal nomeado como sufixo é sempre colocado nas mais baixas numerações. Quando a numeração é predeterminada pela natureza do hidrocarboneto principal, como em compostos policíclicos e heterociclicos, as mais baixas numerações ainda estão na regra.

OH

NO2

1 6 5 2 3 4

5 6

4 1

3 2

N

IUPAC: 3-nitrobenzen-1-ol Aceito: 3-nitrofenol

3-metilazabenzeno 3-metilpiridina

Br

OH

8

1

6 5

4

7

2 3

7-bromonaftaleno-2-ol 7-bromo-2-naftol

Observação: Quando um heteroátomo está presente no anel, a numeração “1” é atribuída ao heteroátomo. Se dois ou mais tipos de heteroatomo estão presentes no mesmo anel, a numeração começa do heteroátomo citado primeiramente na seguinte ordem: O, S, Se, N, P, As, Sb, Si, Ge, Sn, Pb, B e Hg. Outros heteroátomos darão numeração baixa.

3

4 N

4 3 2

5

1

5

O

IUPAC: oxole Aceito: furano

1

2S

5 6

4 1

3 2

N

O

N

1,2-oxatiolano

1,3,5-triazino

(ii) Numeração baixa para compostos cíclicos de múltiplas ligações. Cl

4

5

6 1

CH3

3

3 2

4

2 5

OH

1 6 CH3

6-metilciclohex-3-en-1-ol

5-cloro-3-metilciclohexano

Observação: Nomeando um cicloalqueno, a dupla está localizada entre C1 e C2, e o “1” é frequentemente omitido no nome. O anel é numerado no sentido horário ou no sentido anti horário para dar ao substituinte a numeração mais baixa. Entretanto, quando um grupo funcional de alta importância está presente, o carbono ligado ao grupo se torna C1 e então as ligações múltiplas estarão entre as possibilidades mais baixa. (iii) As mais baixas numerações para um primeiro substituinte (ou primeiro ponto de diferença). Cl

4 5

3 6

CH3

2

5

1

4 OH

4-cloro-2-metilciclohean-1-ol

Cl

6 3

CH2CH2CH3

1 2 CH3

4-cloro-2-metil-1-(propan-1-il)ciclohexano

(iv) Se os mesmos números resultarão nas duas direções, dar-se-á a numeração mais baixa ao substituinte citado primeiro.

Br

4

CH3

3

4

2

5

1 2-etil-3-metilnaftaleno

CH2CH3

3 6

2 1

Cl

O

3-bromo-5-clorociclohexanona

Passo 5 Numera-se o grupo alquila, haletos, e outros substituinte e determina-se suas posições na cadeia pela numeração estabelecida no passo 4.

Passo 6 Atribuí-se a estereoquímica para os átomos de carbono quiral (estereocentro) e as duplas ligações da seguinte maneira: (a) Alquenos disubstituídos devem ser numerados de duas formas: (i) usando os termos cis- e trans- ou (ii) usando termos (E) ou (Z). Observação: o uso de (E-Z) é preferido. Entretanto, os termos cis-trans ainda são aceitos.

(E)-pent-2-eno ou trans-pent-2-eno

(Z)-hex-3-eno ou cis-hex-3-eno

(b) Alquenos tri- e tetra- substituídos devem somente ser nomeados usando o sistema (EZ).

6

5

3 4

1 2

(E)-2,3,5-trimetilhex-3-eno

(c) Cicloalcanos disubstituídos devem ser numerados usando os termos cis-trans ou (R-S).

Cl

CH3

cis-1-cloro-4-metilciclohexano sistema (R-S) não é aplicado aqui

CH3

H

H

OH

trans-3-metilciclopentanol (1R, 3R)-3-metilciclopentanol (d) Átomos de carbono quiral são atribuídos a designação (R) ou (S).

OH

H

(S)-5-metilhexan-3-ol

OH

H COOH NH3+

(2S, 3R) ácido 2-amino-3-hidroxibutanóico trivial: tionina (e) Quando ambos estéreo descritores (R-S) e (E-Z) estão presente, eles são colocados em parênteses seguido pelo hífen; cada estéreo descritor é imediatamente precedido pela mais baixa numeração e eles são arranjados em ordem numérica.

H

OH

Cl

(3S, 4E)-6-metilhept-4-en-3-ol

CH3

(2Z, 4E, 6R)-6-cloro-6-metilocta-2,4-dieno

OH

N

IUPAC: azabenzeno Trivial: piridina

IUPAC: 1,2-dihidrobenzeno Trivial: benzina

NH2

IUPAC: benzenol Trivial: fenol

NH2

NH2

CH3

IUPAC: fenilazano, benzenamina Trivial: anilina

IUPAC: 2-metilfenilazano, 2-metilbenzenoamina Trivial: o-toluidina

O

O

OH

IUPAC: naftalen-2-ilazano, naftalen-2-amina Trivial: 2-naftilamina O

OCH3

IUPAC: ácido benzenocarboxílico Trivial: ácido benzóico

IUPAC: metil benzenocarboxilato Trivial: metil benzoato

IUPAC:1-fenilpropan-1-ona Trivial: propiofenona

Figura 1: Alguns exemplos de nomenclatura da IUPAC de compostos conhecidos

Passo 7 Compostos com dupla e tripla ligação têm os seguintes sufixos: -adieno, -adiino, atrieno, -atetraeno, etc. Especifique a localização de cada ligação múltipla colocada entre –a e –dieno, -diino, -trieno, etc.

(E)-2-etilhexa-1,4-dieno ou (E)-2-etil-1,4-hexadieno

Passo 8 Compostos com ambas, dupla e tripla ligação, são chamados de eninos. Comece a numeração dos compostos com ambas, dupla e tripla ligação no começo da primeira ligação múltipla. Quando a dupla ligação está na mesma distância que a ligação tripla, atribua à ligação dupla a numeração mais baixa.

8 7

1 6

2

4 5

2

3

3

1

7

4

6 5

(E)-oct-2-en-6-ino

(E)-hept-5-en-1-ino

Passo 9 Escreva o nome completo dos compostos como uma palavra única, com a localização correta para todos os substituintes que estão listados em ordem alfabética. A estereoquímica é indicada colocando o prefixo apropriado entre parênteses seguido pelo hífen em frente ao nome.

6

5

3

2

1

4 O

(E)-3,5-dimetilhex-3-en-2-ona Os prefixos di-, -tri, -tetra-, etc. não alteram a ordem alfabética dos substituintes.

O

4-etil-2,5-dimetilhexanal (a) Os números indicando a localização dos substituintes estão separados por vírgula. (b) As letras e os números estão juntos por hífens.

Passo 10

Quando há um substituinte complexo começamos a numeração pelo hidrocarboneto principal e nós damos a este substituinte o sufixo Il e colocamos seu nome em parênteses quando o nome completo do composto é dado. SH

Br

2-(bromometil)benzenotiol

3 HO

4

1 3

1 2 OH

2 OH

3-(4-hidroxiciclohexil)propano-1,2-diol

Observação: Há muitos nomes tradicionais aceitos pela IUPAC e mantidos por causa do seu amplo uso em orgânica, bioquímica, e polímeros. Alguns exemplos são: tolueno, estireno, fenol, anilina, acetona, acetileno, ácido acético, ácido benzóico, e ácido ftálico (Figura 1). Outros nomes são mantidos referindo-se a somente composto insubstituíveis. Compostos derivados dos mesmos por substituição devem ser nomeados sistematicamente. Por exemplo, os nomes ácido butanóico (sistemático) e ácido butírico (mantido) são aprovados pela IUPAC para os ácidos insubstituíveis. Entretanto, BrCH2CH2CH2COOH devem ser nomeados sistematicamente como ácido 4-bromobutanóico. Entre outros exemplos de nomes mantidos para compostos insubstituíveis estão incluso, ácido lácteo, toluidina, anisol, glicerol, ácido propiônico, isopreno, cumeno, pinacol, e outros mais.

4 – Resultados

O tutorial foi entregue para cinco alunos matriculados na disciplina de estrutura e propriedades de compostos orgânicos (QFL 2340), os mesmos avaliaram o trabalho da seguinte forma. Aluno 1 “O tutorial está bem organizado e didático. Porém ainda existem algumas dúvidas em relação à nomemclatura, geralmente quando tratam-se de casos especiais. Como o caso em que se tem um ciclo ligado à uma cadeia carbônica simples e a nomemclatura depende do número de carbonos. De forma geral, o tutorial abrange os conceitos elementares de nomemclatura de maneira instrutiva”. Aluno 2 “Eu gostei do tutorial, achei bem auto-explicativo e didático.”

Aluno 3 “Está bem demonstrado e possui bons exemplos, inclusive a tabela de prioridade que é bem útil”.

Aluno 4 “Muito bem explicado, com ótimas figuras. Achei muito bom o fato da cadeia principal estar destacada, facilita bastante a compreensão.”

Aluno 5 “Adorei, muito bem explicado, a grande quantidade de exemplos foi muito útil e ajuda na compreensão de casos mais complicados.”

i

Chang, R. Química, 2nd ed.; McGraw Hill: México City, 1997.

ii

Cram, D.; Hammond, G. S. Organic Chemistry; McGraw Hill: New York, 1980.

iii

Skonieczny, S. Journal of Chemical Education, vol. 83, Nº 11, 2006.