Nomenclatura de los cicloalcanos

3 - 1 0 C Nomenclatura de los cicloalcanos

Los cicloalcanos se nombran de manera muy parecida a como se nombra a los alcanos ací-

clicos. Los cicloalcanos sustituidos utilizan al cicloalcano como el nombre base, con los gru­

pos alquilo nombrados como sustituyentes. Si sólo hay un sustituyeme, no se necesita nu­

meración alguna.

CH3

c — c h 3

\

c h 3

metilciclopentano

c h 3 c h 3

\ I

c — c — c h 3

H H

ter-butilc ic 1 ohe ptano ( l, 2 -dimetilpropil)ciclohexano

Si hay dos o más sustituyentes en el anillo, se numeran los carbonos del anillo para dar los

números más bajos posibles para los carbonos sustituidos. La numeración comienza con uno de

los carbonos sustituidos del anillo, y continúa en la dirección que da los números más bajos

posibles para los demás sustituyentes. En el nombre, los sustituyentes se colocan en orden al­

fabético. Cuando la numeración pueda iniciaren cualquiera de los dos grupos alquilo (como en

un cicloalcano disustituido), comience con el que alfabéticamente aparece primero.

T T

4__ 1

H

¿-C H

\ H

c h 2 c h 3

1 -etil-2 -metilc iclobutano

h 3c c h 3

c h 3

1,1,3-trimetilciclopentanone

c h 2 c h 3

C Í ^ C H ,

1, l-dietil-4-isopropilciclohexano

Cuando la parte acíclica de la molécula contenga más átomos de carbono que la parte cícli­

ca (o cuando contenga un grupo funcional importante), la parte cíclica se nombra, en algunas

ocasiones, como un sustituyeme cicloalquilo.

Éste es un alquino.

Observe el enlace triple.

2 3 4

H — C = C — CH2— CH2— CH2

5

5-ciclobutilpent- 1-ino ciclopentilciclohexano

PROBLEMA 3 - 1 4

Dé los nombres IUPAC para los siguientes compuestos.

CH3 — C H — CR,CH3

(a) (b)

CH,

CH,

PROBLEMA 3 -1 5

(c)

Dibuje la estructura y dé la fórmula molecular de cada uno de los siguientes compuestos.

(a) l-etil-3-metilcicloheptano

(c) ciclopropilciclopentano

(e) 3-etil-2,4-dimetilhexano

(b) isobutilciclohexano

(d) 3-etil-l,l-dimetilciclohexano

(f) 1,1 -dietil-4-(3 3-dimetilbutil)ciclohexano

3-12 Estabilidad d e los cicloalcanos. Tensión d e a n illo 1 0 5

Los aléanos de cadena abierta (acíclicos) experimentan giros alrededor de sus enlaces sencillos

carbono-carbono, por lo que tienen la libertad de asumir cualquiera de entre un número infinito

de conformaciones. Los alquenos tienen enlaces dobles rígidos que evitan el giro, lo que da

lugar a isómeros cis-transcon orientaciones distintas en los grupos del enlace doble (sección

2-8). Los cicloalcanos se parecen a los alquenos en este aspecto. Un cicloalcano tiene dos caras

distintas. Si dos sustituyentes apuntan hacia la misma cara, son cis. Si apuntan hacia ca­

ras opuestas, son tr a n s . Estos isómeros geo m étrico s no pueden convertirse uno en otro sin

romper y volver a formar los enlaces.

La figura 3-13 compara los isómeros cis-trans del 2-buteno con los del 1,2-dimetilci-

clopentano. Haga modelos de estos compuestos para convencerse de que el cisy el trans- 1,

2 -dimetilciclopentano no pueden convertirse uno en el otro por medio de giros simples alre­

dedor de los enlaces.

PROBLEMA 3 -1 6

¿Cuál de los siguientes cicloalcanos tiene la capacidad de presentar isomería geométrica (cis-trans)?

Dibuje los isómeros cisy trans.

(a) 3-etil-1,1 -dimetilciclohexano (b) l-etil-3-metilcicloheptano

(c) l-etil-3-metilciclopentano (d) l-ciclopropil-2-metilciclohexano

PROBLEMA 3 -1 7

Dé los nombres IUPAC de los siguientes cicloalcanos.

¥ / V (CHj)3

H - C H 3 \ H X i^CH, (a) H J ___I (b ) \ J ______ / H (C)

CH 2 CH 2 CH 3 CHjCHj h 3c

H H H,C H

V , V ,

/ \ / \

h 3c c h 3 h c h3

m -but-2 -eno /rans-but-2 -eno

cis- 1,2 -dimetilciclopentano

H3 c 4 h ^ H

H CH3

trans-1, 2 -dimetilciclopentano

Aunque todos los cicloalcanos simples (de hasta C 20) han sido sintetizados, la mayoría de los

anillos comunes contienen cinco o seis átomos de carbono. Estudiaremos con detalle la estabi­

lidad y las conformaciones de estos anillos, ya que nos ayudarán a determinar las propiedades

de muchos compuestos orgánicos importantes.

¿Por qué los anillos de cinco y seis miembros son más comunes que los de otros tamaños?

Adolf von Baeyer fue el primero que intentó explicar las estabilidades relativas de las molécu­

las cíclicas, a finales del siglo xix, y en 1905 se le otorgó el Premio Nobel por este trabajo.

Baeyer pensó que los átomos de carbono de los aléanos acíclicos tenían ángulos de enlace de

109.5°. (Ahora explicamos este ángulo de enlace mediante la geometría tetraèdrica de los áto­

mos de carbono con hibridación sp3).

3-11

Isomería c i s - t r a n s

en los cicloalcanos

■ FIGURA 3-13

Isomería cis-transen los cicloalcanos.

Cómo los alquenos, los anillos de los

dcloalcanos están restringidos para un

libre giro. Dos de los sustituyentes de

un cicloalcano deben estar del mismo

lado (cis)o en el lado opuesto (trans)

del anillo.

3-12

Estabilidad de

los cicloalcanos.

Tensión de anillo

1 0 6 CAPÍTULO 3 Estructura y estereoquím ica d e los alcanos

eclipsado eclipsado

ánj

tetraèdrico

de 109.5/

■ FIGURA 3-14

La tensión del anillo de un ciclobutano

plano se debe a dos factores: la tensión

angular que resulta de comprimir los

ángulos tetraédricos de enlace de

109.5° hasta 90°, y la tensión torsional

de los enlaces eclipsados.

proyecciones de Newman

del ciclobutano plano

Si un cicloalcano requiere de ángulos de enlace diferentes a 109.5°, los orbitales de estos

enlaces carbono-carbono no pueden lograr un traslape óptimo y el cicloalcano debe tener cierta

t e n s ió n a n g u l a r (algunas veces llamada t e n s ió n d e B a e y e r ) asociada con él. La figura 3-14

muestra que es de esperar que el ciclobutano plano, con ángulos de enlace de 90°, tenga una

tensión angular importante.

Además de esta tensión angular, la proyección de Newman de la figura 3-14 muestra que

los enlaces están eclipsados, de manera parecida a la conformación totalmente eclipsada del

butano (sección 3-7). Este eclipsamiento de los enlaces da pie a la tensión torsional. La suma de

la tensión angular y la torsional da lugar a lo que llamamos t e n s ió n d e a n illo del compuesto

cíclico. El valor de la tensión de anillo depende principalmente del tamaño del anillo.

Antes de que analicemos la tensión de anillo de distintos cicloalcanos, debemos considerar

cómo se mide ésta. En teoría, debemos medir la cantidad total de energía del compuesto cíclico

y restarle la cantidad de energía de un compuesto de referencia libre de tensión. La diferencia

debe ser la cantidad de energía adicional que se debe a la tensión de anillo del compuesto cícli­

co. Pór lo general estas mediciones se llevan a cabo utilizando calores de combustión.

3 -1 2 A Calores de combustión

El c a lo r d e c o m b u s t ió n es la cantidad de calor liberado cuando se quema un compuesto con

exceso de oxígeno en un recipiente sellado, llamado bomba calorimétrica.Si el compuesto

tiene energía adicional como resultado de la tensión de anillo, esa energía extra es liberada du­

rante la combustión. El calor de combustión se mide

...