3.14: Los Derivados de los Acidos

objetivos de aprendizaje

• nombrar haluros de ácido, anhidridos, ésteres, amidas, nitrilos y ácidos dicarboxílicos usando IUPAC (sistemática) y nomenclatura de nombre común seleccionada
• dibujar la estructura de haluros ácidos, anhidridos, ésteres, amidas y nitrilos de la IUPAC (sistemática) y nombres comunes seleccionados

Nota: También se discute la nomenclatura de tioésteres y fosfoésteres. Pregunta al profesor si se requiere esta información para tu curso.

Introducción

Las clases importantes de compuestos orgánicos conocidos como alcoholes, fenoles, éteres, aminas y haluros consisten en grupos alquilo y/o arilo unidos a sustituyentes hidroxilo, alcoxilo, amino y halo respectivamente. Si estos mismos grupos funcionales están unidos a un grupo acilo (RCO-) sus propiedades cambian sustancialmente, y se designan como derivados de ácido carboxílico. Los ácidos carboxílicos tienen un grupo hidroxilo unido a un grupo acilo, y sus derivados funcionales se preparan reemplazando el grupo hidroxilo con sustituyentes, tales como halo, alcoxilo, amino y aciloxil. Todos los derivados de ácido carboxílico pueden hidrolizarse a ácidos carboxílicos. Las condiciones específicas de reacción se discuten en el capítulo correspondiente más adelante en este texto, sin embargo, el patrón compartido de reactividad química se resume en el siguiente diagrama.

Nomenclatura IUPAC - Un Patrón, Tantas Variaciones

Aplicar el formato de nomenclatura IUPAC a los derivados de ácido carboxílico como se resume a continuación utilizando los nombres de sufijos o sustituyentes enumerados en la tabla. Algunos estudiantes encuentran los ésteres desafiantes de nombrar. Los carboxilatos pueden describirse como iones independientes, pero requieren un contenido para formar compuestos. Puede ser útil pensar en los ésteres como “carboxilatos alquilados”: identificar y nombrar el carboxilato, este nombre va precedido por la rama del grupo alquilo en el oxígeno carboxilo.

Grupo Funcional	Estructura	Nombre de sufijo	Nombre del sustituyente
ácido carboxílico		-ácido oico	carboxi-
carboxilato		-oate	ver arriba
éster		-oate	alcoxicarbonil
ácido dicarboxílico		-ácido dioico	no aplica
haluro de acilo		-haluro de oilo	no aplica
anhídrido		-anhídrido	no aplica
amida		-amida	amido-
nitrilo		-nitrilo	ciano-

Nombres comunes

Los nombres más comunes se derivaron de sistemas de nomenclatura más antiguos que algunos pueden argumentar que “no eran sistemáticos en absoluto”. Sin embargo, es útil señalar que los sistemas más antiguos de nomenclatura a menudo se basaban en características estructurales compartidas y/o reactividad química. Comprender los sistemas de nomenclatura más antiguos puede ofrecer información sobre la reactividad química y los patrones estructurales. Hay algunos nombres comunes que son tan frecuentes, necesitan ser memorizados. Los nombres comunes suelen existir cuando el grupo unido al carbono carbonilo es un grupo metilo (indicado con “acet” o “acetilo” en el nombre común) o un átomo de hidrógeno (indicado con “formilo” o “forma”). Por ejemplo CH ₃ C=N es etanonitrilo (o acetonitrilo) y HCONH ₂ es metanamida (o formamida).

Los nombres comunes para los compuestos con grupos carbonilo a menudo usan letras griegas para especificar la posición del carbono en relación con el carbono carbonilo.

Ejemplo

En este texto, aprenderemos sobre los patrones de reactividad para compuestos con estructuras beta-hidroxicarbonil como el que se muestra a continuación.

Nomenclatura de haluros de ácido

La nomenclatura de los haluros de ácido comienza con el nombre del ácido carboxílico correspondiente. El extremo —ácido ic se elimina y se reemplaza con el extremo -yl seguido por el nombre del halógeno con un final —ide. Esto es cierto tanto para la nomenclatura común como para la IUPAC. Al carbono carbonílico se le da el número de ubicación #1. No es necesario incluir el número de ubicación en el nombre porque se supone que el grupo funcional estará al final de la cadena padre.

Ejemplo

Nomenclatura de Anhídridos

El grupo funcional anhídrido de ácido resulta cuando dos ácidos carboxílicos se combinan y pierden agua (anhídrido = sin agua). Los anhidridos de ácido simétricos se denominan como ácidos carboxílicos, excepto que el ácido final se reemplaza por -anhídrido. Esto es cierto tanto para la IUPAC como para la nomenclatura común.

Anhídridos simétricos

Un anhídrido simétrico es un anhídrido de ácido carboxílico que tiene la siguiente fórmula estructural general.

donde ^{R1 =R2} = átomos de hidrógeno, grupos alquilo, grupos arilo

Anhídridos asimétricos

Un anhídrido mixto o asimétrico es un anhídrido de ácido carboxílico que tiene la siguiente fórmula estructural general.

donde ^{R1 R2}, pero son átomos de hidrógeno, grupos alquilo, grupos arilo. Al nombrar los anhidridos de ácido asimétricos, nombra ambos usando el método general alcanoico y luego ponga los dos nombres alfabéticamente. De ahí que primero nombre cada componente y los arregló alfabéticamente seguido de espacios y luego la palabra anhídrido.

Anhídrido propanoico

Anhídrido propanoico etanoico

Ejercicios

1. Dibuje la estructura de la línea de unión para el anhídrido benzoico.

Solución:

2. ¿Cuál es el nombre común para el compuesto a continuación?

Solución: anhídrido acético benzoico

Nombres comunes de anhídrido para conocer

anhídrido acético (Trate de nombrar a este anhídrido por el nombre propio. J)

anhídrido succínico (Trate de nombrar a este anhídrido por el nombre propio. J)

Nomenclatura de Ésteres

Los ésteres se elaboran a partir de un ácido carboxílico y un alcohol.

Los ésteres se nombran como si la cadena alquílica del alcohol es un sustituyente. No se asigna ningún número a esta cadena alquílica. A esto le sigue el nombre de la cadena parental que forma la parte de ácido carboxílico del éster con un —e eliminar y reemplazarse con el extremo —oato.

Ejemplo

Exercises

3. Draw the bond-line structure for phenyl hexanoate.

Solution

4. What is the IUPAC name for the compound below?

Solution

methyl benzoate

Nomenclature of Lactones (Cyclic Esters)

Cyclic esters are called lactones. A Greek letter identifies the location of the alkyl oxygen relative to the carboxyl carbonyl group.

Nomenclature of Amides

Primary amides

Primary amides are named by changing the name of the acid by dropping the -oic acid or -ic acid endings and adding -amide. The carbonyl carbon is given the #1 location number. It is not necessary to include the location number in the name because it is assumed that the functional group will be on the end of the parent chain.

methanamide or formamide (left), ethanamide or acetamide (center) , benzamide (right)

Exercises

5. Draw the bond-line structure for 3-chloro-N-ethylbenzamide.

Solution

6. What is the IUPAC name the compound below?

Solution

pentanamide

Secondary amides

Secondary amides are named by using an upper case N to designate that the alkyl group is on the nitrogen atom. Alkyl groups attached to the nitrogen are named as substituents. The letter N is used to indicate they are attached to the nitrogen. Tertiary amides are named in the same way.

N-methylpropanamide

Exercises

7. Draw the bond-line structure for N,N-dimethylformamide.

Solution

8. What are the IUPAC and common names the compound below?

Solution

N-phenylethanamide and N-phenylacetamide, respectively

Cyclic amides are called lactams. A Greek letter identifies the location of the nitrogen on the alkyl chain relative to the carboxyl carbonyl group.

Nomenclature of Nitriles

Name the parent alkane (include the carbon atom of the nitrile as part of the parent) followed with the word -nitrile. The carbon in the nitrile is given the #1 location position. It is not necessary to include the location number in the name because it is assumed that the functional group will be on the end of the parent chain. A nitrile substituent, e.g. on a ring, is named carbonitrile.

include the location number in the name because it is assumed that the functional group will be on the end of the parent chain.

Example

(3-methylbutanenitrile (or isovaleronitrile) cyclopentanecarbonitrile

Nomenclature of Thioesters

Thiosters are made from a carboxylic acid and an thiol.

Thioesters are named as if the alkyl chain from the alcohol is a substituent. No number is assigned to this alkyl chain. This is followed by the name of the parent chain from the carboxylic acid part of the thioester named as an alkane with the ending –thiooate.

Example

Nomenclature of Phosphates

Phosphoryl groups are derivatives of phosphoric acid, a strong acid that is commonly used in the laboratory. The fully deprotonated conjugate base of phosphoric acid is called a phosphate ion, or inorganic phosphate (often abbreviated 'P_i'). When two phosphate groups are linked to each other, the linkage is referred to as a 'phosphate anhydride', and the ion is called 'inorganic pyrophosphate' (abbreviation PP_i).

When a phosphate ion is attached to a carbon atom on an organic molecule, the chemical linkage is referred to as a phosphate ester, and the whole species is called an organic monophosphate. Glucose-6-phosphate is an example.

If an organic molecule is linked to two or three phosphate groups, the resulting species are called organic diphosphates and organic triphosphates.

Isopententyl diphosphate and adenosine triphosphate (ATP) are good examples:

Oxygen atoms in phosphate groups are referred to either 'bridging' and 'non-bridging', depending on their position. An organic diphosphate has two bridging and five non-bridging oxygens.

When a single phosphate is linked to two organic groups, the term 'phosphate diester' is used. The backbone of DNA is composed of phosphate diesters.

The term 'phosphoryl group' is a general way to refer to all of the phosphate-based groups mentioned in the paragraphs above.

Recall that phosphate groups on organic structures are sometimes abbreviated simply as 'P', a convention that we will use throughout this text. For example, glucose-6-phosphate and isopentenyl diphosphate are often depicted as shown below. Notice that the 'P' abbreviation includes the oxygen atoms and negative charges associated with the phosphate groups.

Exercise

1. Name the following compounds using IUPAC conventions

(a)

(b)

(c)

(d)

(e)

(f)

(g)

(h)

(i)

Answer

1.

a) 3-methylpentanoyl chloride

b) 2-cyclopentylacetamide

c) propyl2-methylpropanoate

d) cyclohexylbutanoate

e) tert-butylcyclopentanecarboxylate

f) 1-methylbutylcyclopentane carboxylate

g) N-methyl-3-butenamide

h) (S)-2-hydroxypropanoyl phosphate

i) propyl 2,3-dimethyl-2-butenethioate

Contributors and Attributions

• Dr. Dietmar Kennepohl FCIC (Professor of Chemistry, Athabasca University)

• Prof. Steven Farmer (Sonoma State University)

• Organic Chemistry With a Biological Emphasis by Tim Soderberg (University of Minnesota, Morris)

• Richard Banks (Boise State University)

• William Reusch, Professor Emeritus (Michigan State U.), Virtual Textbook of Organic Chemistry