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Los prefijos orto-, meta- y para- representan un antiguo sistema de nomenclatura que representaba los tres posibles patrones de sustitución en compuestos aromáticos monocíclicos disustituidos derivados del benceno. Independientemente de cuál de los carbonos sustituidos del anillo se tome como carbono principal, la disustitución solo puede dar origen a tres isómeros de posición distintos con sustituyentes en las posiciones 2, 3 o 4 con respecto al primer carbono. Cada uno de estos isómeros se denomina, respectivamente, isómero orto, meta y para.
Patrón de sustitución orto
El prefijo orto- se utiliza para representar el patrón de disustitución en el que ambos sustituyentes están adyacentes el uno al otro. Es decir, orto- representa el patrón de sustitución 1,2 del anillo aromático disustituido, como se muestra a continuación:
La sustitución orto también se puede representar con el símbolo o- el cual sustituye a los números 1,2- utilizados como prefijos para indicar las posiciones de los sustituyentes. Estos últimos corresponden a la numeración sistemática recomendada por la Unión Internacional de Química Pura y Aplicada (IUPAC, por sus siglas en inglés).
Ejemplos de compuestos orto-sustituidos
La siguiente imagen muestra tres ejemplos de bencenos disustituidos que presentan sustitución orto o 1,2. Como se puede observar en todos los casos, ambos sustituyentes se encuentran en carbonos adyacentes. En los dos primeros ejemplos se incluyen los nombres comunes con los que se conoce a estos derivados aromáticos y en todos los casos se muestran los nombres utilizando tanto el prefijo orto (o su símbolo o-) como la numeración recomendada por la IUPAC.
Patrón de sustitución meta-
El prefijo meta- indica una sustitución 1,3 en la que los grupos sustituyentes se encuentran separados por un carbono, como se muestra a continuación:
Al igual que en el caso de la sustitución orto, la sustitución meta puede representarse también con la letra m-, así como con la numeración 1,3 recomendada por la IUPAC.
Ejemplos de compuestos meta-sustituidos
La siguiente imagen muestra los isómeros meta– de los mismos compuestos mostrados anteriormente. En este caso, se puede observar el patrón de sustitución 1,3 en el que los sustituyentes del anillo se encuentran separados por un carbono. Nuevamente, se muestran los nombres comunes y sistemáticos utilizando tanto el prefijo meta– (o su símbolo m-) y la numeración recomendada por la IUPAC.
Patrón de sustitución para–
El prefijo para– indica un patrón de sustitución 1,4 en el cual los sustituyentes se encuentran en posiciones opuestas del anillo, como se muestra a continuación:
Al igual que antes, la sustitución para puede representarse también con la letra p-, así como con la numeración 1,4 recomendada por la IUPAC.
Ejemplos de compuestos para-sustituidos
La siguiente imagen muestra los isómeros para– de los mismos compuestos mostrados en los dos ejemplos anteriores. En este caso, se puede observar el patrón de sustitución 1,4 con los sustituyentes en posiciones opuestas del anillo. Nuevamente, se muestran los nombres comunes y sistemáticos utilizando tanto el prefijo para– (o su símbolo p-) y la numeración 1,4 recomendada por la IUPAC.
Usos adicionales de los prefijos orto-, meta- y para-
Como se mencionó al principio del artículo, este sistema de prefijos se utiliza principalmente en la nomenclatura de compuestos aromáticos disustituidos. Sin embargo, al ser un sistema de posicionamiento relativo, también se suele utilizar para indicar la posición de uno o dos carbonos del anillo bencénico con respecto a un sustituyente de interés.
En estos casos, los prefijos orto-, meta- y para- no indican necesariamente las posiciones absolutas 1,2, 1,3 y 1,4 del anillo, sino más bien ambas posiciones 2, 3 y la única posición 4 con respecto a un sustituyente o carbono particular del anillo, como si dicho carbono fuera el carbono 1 (a pesar de que puede que no lo sea).
En esta situación, resulta irrelevante si el compuesto tiene dos sustituyentes o no, ya que las posiciones orto, meta y para se utilizan únicamente para identificar posiciones relativas en el anillo y no necesariamente la posición real de sustituyentes.
Ejemplos de aplicaciones adicionales de orto-, meta- y para-
Grupos activadores y directores orto-para: en un anillo bencénico, la presencia de ciertos grupos funcionales tales como el grupo hidroxilo y el grupo amino, hace que los carbonos que se encuentran adyacentes y en la posición opuesta del anillo con respecto a dichos grupos sean más reactivos para las reacciones de sustitución electrofílica aromática.
Esto quiere decir que, si un compuesto aromático que tiene un grupo –OH se somete a una sustitución electrofílica, es más probable que esta ocurra sobre los carbonos que están en posición orto (los dos carbonos adyacentes) y sobre el carbono que está en posición para con respecto al grupo –OH que sobre los dos carbonos meta. Entonces, a este tipo de sustituyentes se les denomina activadores (porque hacen que la reacción sea más rápida) y directores orto-para, porque la reacción se dirige principalmente a esos carbonos.
En compuestos con más de dos sustituyentes: Si tenemos un anillo con tres o más sustituyentes podemos utilizar los prefijos orto-, meta- y para- para indicar las posiciones relativas de unos con respecto a otros, independientemente del hecho de que el compuesto no pueda nombrarse como un isómero orto, meta o para (ya que, en nomenclatura, estos prefijos solo aplican para anillos disustituidos). Por ejemplo, en el 2,4,6-trinitrotolueno, cuya estructura se muestra a continuación, podemos decir que todos los grupos nitro (–NO2) se encuentran en posición meta unos con respecto a los otros. También podemos decir que dos de ellos (los que están en las posiciones 2 y 6) se encuentran en posición orto con respecto al grupo metilo, mientras que el otro está en posición para (el que está en el carbono 4).
Origen de los prefijos orto-, meta- y para-
Los prefijos orto-, meta- y para- provienen de prefijos griegos. Orto- proviene del griego orthos-, que significa bien o correcto. El prefijo meta- significa siguiente, lo cual tiene sentido, ya que se trata de la posición que le sigue a la posición orto. En último lugar, para- en griego significa adyacente a, al margen de o contra. En el presente caso, se está utilizando el último significado (contra), ya que, como vimos, se trata del carbono opuesto en el anillo bencénico.
Estos prefijos fueron introducidos en química orgánica originalmente por Wilhelm Körner en 1867, aunque con un significado distinto al que se le da hoy en día. No fue sino hasta 1879 cuando la Royal Society of Chemistry (la Sociedad Real de Química británica) adoptó por consenso orto, meta y para para indicar la sustitución antes descrita.
A pesar de ser un sistema de nomenclatura considerablemente antiguo, la IUPAC aun permite su uso. Sin embargo, no lo recomienda, en particular debido a la ambigüedad que se puede presentar con los compuestos aromáticos heterocíclicos.
Limitaciones de los prefijos orto-, meta- y para-
Este es un sistema de posicionamiento relativo que únicamente puede aplicarse aplicado a compuestos derivados del benceno por sustitución de sus átomos de hidrógeno. Como tal, no se puede aplicar a compuestos aromáticos policíclicos como los derivados del naftaleno, antraceno y fenantreno, por nombrar algunos.
Tampoco se puede utilizar la nomenclatura orto, meta y para en compuestos aromáticos heterocíclicos, incluso si poseen anillos aromáticos de seis miembros como el caso de la piridina. La razón de esta limitación es que, en estos casos, las distintas posiciones en las que pueden conectarse sustituyentes no son iguales entre sí debido a la presencia del heteroátomo.
Finalmente, tampoco se puede utilizar orto-, meta- y para- en la nomenclatura de anillos aromáticos disustituidos que no tengan anillos de 6 carbonos.
Referencias
ACD Labs. (s. f.). Rule A-12. Substituted Aromatic Compounds (MONOCYCLIC HYDROCARBONS). ADC Labs. https://www.acdlabs.com/iupac/nomenclature/79/r79_61.htm#a_12_3
Carey, F. (2021). Quimica Organica (9.a ed.). MCGRAW HILL EDDUCATION.
Naming the Benzenes. (2015, July 18). https://chem.libretexts.org/@go/page/32469
Origin of «ortho», «meta», «para». (2016, 17 octubre). Chemistry Stack Exchange. https://chemistry.stackexchange.com/questions/61153/origin-of-ortho-meta-para
