Nomenclatura basada en la estructura Sistema IUPAC
La inadecuación de los sistemas de nomenclatura precedentes se fue manifestando conforme la sintetización de las estructura de los polímeros se fue volviendo cada vez más compleja. Las reglas de la IUPAC permiten nombrar una cadena simple de polímeros orgánicos en una manera sistemática basada en la estructura del polímero.
Los polímeros orgánicos de cadena simple tienen cualquier cantidad de pares de unidades de repetición adyacentes interconectadas a través de un solo átomo. Todos los polímeros tratados hasta este punto y la gran mayoría de polímeros de los que hablaré en esta serie son polímeros de cadena simple. Los polímeros de doble cadena tienen secuencias ininterrumpidas de anillos. Un polímero escalera es un polímero de doble cadena en el cual los anillos adyacentes tienen dos o más átomos en común. Por ejemplo, la siguiente estructura.
La base del sistema de nomenclatura IUPAC es la selección de la unidad constitucional repetida (Conocida como CRU). La CRU también es referida como la unidad estructural repetida. La CRU es la unidad más pequeña posible de repetición del polímero. Es una unidad bivalente para un polímero de cadena simple. El nombre del polímero es el nombre de la CRU en paréntesis, después del prefijo poli. La CRU es sinónimo de la unidad de repetición definida en COMPOSICIÓN Y ESTRUCTURA DE POLÍMEROS, excepto cuando la unidad de repetición consiste de dos mitades simétricas, como en los polímeros (–CH2CH2–)n y (–CF2CF2–)n. El CRU es CH2 y CF2, respectivamente, para polietileno y politetrafluoroetileno, mientras la unidad de repetición es CH2CH2 y CF2CF2, respectivamente.
La CRU se nombra tanto como sea posible, de acuerdo con las reglas de la nomenclatura de la IUPAC para pequeños compuestos orgánicos. Las reglas de la IUPAC para nombrar polímeros de cadena simple dictan la elección de un solo CRU para dar un nombre único, especificando tanto la “antigüedad” entre los átomos o subunidades que compongan el CRU como la dirección para continuar a lo largo de la cadena polimérica hasta el final de la CRU. Una CRU está compuesta de dos o más subunidades cuando no puede nombrarse por una unidad individual. A continuación, se enlista un resumen de las reglas más importantes de la IUPAC para el nombramiento de polímeros de cadena simple:
1.- El nombre de un polímero es el prefijo poli, seguido en paréntesis o corchetes por el nombre del CRU. La CRU es nombrada al nombrar sus subunidades. Las subunidades están definidas como las subunidades más grandes que pueden nombrarse con las reglas de la IUPAC para pequeños compuestos orgánicos.
2.- La CRU está escrita de derecha a izquierda iniciando con la subunidad de mayor “antigüedad” y siguiendo en la misma dirección involucrando la ruta más corta hacia la siguiente subunidad, tomando en cuenta su “antigüedad”.
3.-La “antigüedad” de los diferentes tipos de subunidades esta dada en el siguiente orden: Anillos heterocíclicos > heteroátomos o subunidades no-cíclicas conteniendo heteroátomos > anillos carbocíclicos > subunidades no cíclicas conteniendo solo carbono. La presencia de varios tipos de átomos, grupos de átomos o anillos que no son parte de la cadena polimérica principal pero son sustituyentes en la CRU que no afectan su orden de “antigüedad”.
4.- Para anillos heterocíclios la antigüedad es un sistema de anillos que contienen nitrógeno > un sistema de anillos teniendo un heteroátomo u otro nitrógeno en el orden de “antigüedad” definido en la regla 5 > un sistema de anillos que tenga el mayor número de heteroátomos > un sistema de anillos que tenga el anillo individual más grande > un sistema de anillos que tenga la mayor variedad de heteroátomos > un sistema de anillos que tenga el mayor número de heteroátomos más altos en el orden definido en la regla 5.
5.- Para heteroátomos o subunidades no cíclicas conteniendo heteroátomos, el orden de prioridad decreciente es: O, S, Se, Te, N, P, As, Sb, Bi, Si, Ge, Sn, Pb, B, Hg (Cualquier heteroátomo tiene una antigüedad mayor al carbono). La antigüedad de otros heteroátomos dentro de este orden es determinada por sus posiciones en la Tabla Periódica.
6.- Para anillos carbocíclicos la antigüedad es un sistema de anillos que tenga el mayor número de anillos > el sistema de anillos que tenga el anillo individual más grande > el sistema de anillos que tenga el mayor número de átomos comunes en sus anillos.
7.- Para un sistema de anillos carbocíclico o heterocíclico dado: a) cuando los anillos difieren solamente en el grado de insaturación, la antigüedad incrementa con el grado de insaturación; b) para el mismo sistema de anillos, la antigüedad es más alta para el sistema de anillos que tiene la menor ubicación (Conocido como localizador), la cual designa el primer punto de diferencia de las uniones entre anillos.
8.- Estas órdenes de antigüedad son sustituidos por el requisito de minimizar el número de valencias libres en el CRU, esto es, el CRU debe ser una unidad bivalente siempre que sea posible.
9.- Donde existan subunidades alternas debe orientarse hacia los resultados del localizador más bajo para los sustituyentes.
En las siguientes estructuras podremos ver como se aplican las reglas, al nombrar algunos polímeros. Para el polímero
Las CRUs posibles son:
Observen que las CRUs IV a VI son los inversos de I a III. La aplicación de las reglas de nomenclatura dicta la elección de solo una de esas estructuras como CRU. La regla 5 indica que el oxígeno tiene una antigüedad más alta que el carbón, lo que elimina a la mayoría, excepto III e IV como la CRU. Con la aplicación de la regla 8 resulta III como la CRU y el nombre poli[oxi(2-fluoroetileno)], dado por el localizador más alto para el sustituyente flúor. El nombre poli[oxi(fluorometilenometileno)] es incorrecto porque no define la subunidad más grande posible (La cual es CHFCH2 contra CHF más CH2).
La regla 7 especifica a –CH=CH– como la CRU correcta en preferencia a =CH–CH=, dado que el primero es bivalente, mientras que el último es tetravalente. El polímero –(–CH=CH–)n– es poli(eteno 1,2 diilo).
La mayor antigüedad de los anillos heterocíclicos sobre los anillos carbocíclicos (Regla 3) y la alta antigüedad con una mayor insaturación para las subunidades cíclicas (Regla 7) cede el paso a la CRU 7 con el nombre poli (piridina-2-4-diilo-1,4-fenilciclohexano-1,4diilo).
La mayor antigüedad de las subunidades cíclicas sobre las unidades acíclicas (Regla 3) y la mayor antigüedad de una subunidad con un localizador relativamente bajo a la misma subunidad con un mayor localizador (Regla 7) cede el paso a la CRU 8 con el nombre poli (ciclohexano-1,3-diilociclohexano -1,4-diilo-1-metilpropano-1,3-diilo). Noten que todas las unidades acíclicas excepto CH2 y CH2CH2 son nombradas como alcano-unidad, unidad-diilo. Las subunidades CH2 y CH2CH2 son nombradas metileno y etileno respectivamente.
En el sistema de la IUPAC los localizadores son colocados inmediatamente antes de la parte del nombre al cual se aplican, por ejemplo, subunidades tales como piridina-2.4-diilo y 1-metilpropano-1,3-diilo. Una de las pocas excepciones es la subunidad fenileno, por ejemplo, 1,4 fenileno en CRU 7. El sistema de nomenclatura IUPAC está siempre evolucionando y algunos de los detalles (Por ejemplo, el nombre de las subunidades) ha cambiado en años recientes. Uno debe tener cuidado cuando se utilicen referencias más antiguas que las descritas.
El sistema de nomenclatura de la IUPAC reconoce que la mayoría de los polímeros comunes (comerciales) tienen nombres basados en fuentes o nombres semi-sistemáticos que están bien establecidos por su uso. La IUPAC no pretende que esos nombres sean sustituidos por la nomenclatura de la misma IUPAC pero se espera que al menos se utilicen. El sistema de nomenclatura de la IUPAC es generalmente utilizado para todos, excepto para los polímeros más comunes. Los nombres IUPAC para varios de los polímeros comunes son indicados en las siguientes imágenes, debajo del nombre comercial:
Continúa en Nombres Comerciales de Polímeros
Referencias
Principles of Chemical Nomenclature – A guide to IUPAC recommendations.
GJ Leigh, HA Favre, WV Metanomski
A guide to IUPAC nomenclature of organic compounds.
R Panico, WH Powell, JC Richer
Compendium of Polymer Terminology and Nomenclature
M. Hess et al.
Corrections to a guide to IUPAC nomenclature of organic compounds
HA Favre et al.