derecha|miniaturadeimagen| El norbornano bicíclico puenteado, formalmente biciclo[2.2.1]heptano derecha|miniaturadeimagen| El compuesto espirocíclico espiro[5.5]undecano derecha|miniaturadeimagen| El DABCO (1,4-diazabiciclo[2.2.2]octano) a menudo se representa incorrectamente con un grupo etileno sesgado en aras de la claridad. Un compuesto bicíclico o simplemente biciclo, es un compuesto químico que presenta dos anillos unidos o fusionados. Las estructuras bicíclicas se encuentran ampliamente, por ejemplo en muchas moléculas biológicamente importantes como el α-tuyeno y el alcanfor. Un biciclo puede ser un carbociclo (todos los átomos del anillo son carbonos) o heterociclo (los átomos de los anillos constan de al menos dos elementos), como el DABCO. Además, ambos anillos pueden ser alifáticos (por ejemplo, decalina y norbornano), o aromáticos (por ejemplo, naftaleno), o una combinación de alifáticos y aromáticos (por ejemplo, tetralina).

Se pueden clasificar según el tipo de como se conectan los dos ciclos entre sí:

Bicíclicos fusionados: los dos anillos comparten dos átomos y el enlace entre ellos (ejemplo: decalina). Bicíclicos puenteados: los dos átomos principales están conectados mediante varios caminos o "puentes" (ejemplo: norbornano). Bicíclicos espiro: los dos anillos comparten un único átomo (ejemplo: espiro[5.5]undecano).

Propiedades distintivas Muchas propiedades de los hidrocarburos bicíclicos saturados son las mismas que las de sus análogos monocíclicos y acíclicos: son incoloros, combustibles y resistentes a muchas reacciones. Existen excepciones para los derivados del ciclopropano, que pueden sufrir una apertura del anillo. La característica distintiva de los compuestos bicíclicos es su rigidez relativa. Mientras que para el metilcicloheptano solo existe un estereoisómero, para el metilnorbornano son posibles siete, incluyendo tres pares de enantiómeros. Las fusiones de anillos son una fuente potencial de isomería, pero para anillos pequeños, las fusiones siempre son cis. Para la decalina bicíclica C10, se observan isómeros fusionados cis y trans, siendo el primero quiral, aunque no resoluble a temperatura ambiente debido a una rápida inversión. centro|miniaturadeimagen|340x340px| Hidrocarburos bicíclicos C4-C8.

Nomenclatura y terminología Los átomos de cabeza de puente son los carbonos que forman tres enlaces C-C. Los hidrocarburos bicíclicos originales (es decir, no sustituidos) tienen dos átomos de carbono en la cabeza de puente.

En los compuestos espiro, dos anillos comparten un único átomo, el átomo espiro, que suele ser un carbono cuaternario. Un ejemplo de compuesto espirocíclico es el interruptor fotocrómico espiropirano.

La nomenclatura IUPAC para los bicicloalcanos fusionados o con puentes sigue el sistema de nomenclatura propuesto por el químico Adolf von Baeyer.

El nombre comienza con el prefijo "biciclo-" seguido, entre corchetes, de tres números separados por puntos (por ejemplo: [3.2.1]), seguido del nombre del alcano correspondiente, es decir, aquel con el mismo número de átomos de carbono que el bicicloalcano en cuestión. Los tres números entre corchetes indican el número de átomos que forman los "puentes" que conectan las "cabezas de puente". Nomenclatura IUPAC para los biciclos

Los compuestos bicíclicos fusionados o con puentes reciben el prefijo biciclo, mientras que los compuestos espirocíclicos reciben el prefijo espiro. Nomenclatura IUPAC para los compuestos espiro

Por ejemplo, la estructura de carbono del norbornano contiene un total de 7 átomos, de ahí el nombre raíz heptano. Esta molécula tiene dos caminos de 2 átomos de carbono y un tercer camino de 1 átomo de carbono entre los dos carbonos de cabeza de puente, por lo que los corchetes se llenan en orden descendente: [2.2.1]. La adición del prefijo biciclo da como resultado el nombre completo biciclo[2.2.1]heptano.

Para nombrar compuestos bicíclicos fusionados simples, se aplica el mismo método que para los compuestos bicíclicos con puente, con la excepción de que el tercer camino entre los dos átomos de cabeza de puente ahora consta de cero átomos. Por lo tanto, los compuestos bicíclicos fusionados tienen un "0" incluido entre paréntesis. Por ejemplo, la decalina se denomina biciclo[4.4.0]decano. En ocasiones, se omiten los números en casos inequívocos. Por ejemplo, al biciclo[1.1.0]butano se le suele llamar simplemente biciclobutano.

Ejemplos de bicicloalcanos

Numeración y biciclos sustituidos Para biciclos con sustituyentes, el nombre del compuesto bicíclico va seguido de un sufijo que denota el grupo funcional con las reglas de Cahn-Ingold-Prelog. La numeración de la cadena de carbono siempre comienza en un átomo de cabeza de puente (donde se unen los anillos) y sigue la cadena de carbono a lo largo del camino más largo, hasta el siguiente átomo de cabeza de puente. Luego, la numeración continúa a lo largo del segundo camino más largo, y así sucesivamente.

El esqueleto de carbono del alcanfor también cuenta con 7 átomos, pero está sustituido por un carbonilo. La numeración del esqueleto de carbono comienza en el átomo de cabeza de puente con la mayor prioridad (el metilo va antes que el protón), por lo tanto, el carbono de cabeza de puente que está al frente recibe el número 1, el carbonilo recibe el número 2 y la numeración continúa a lo largo de la cadena de carbono siguiendo el camino más largo, hasta el carbono superior doblemente sustituido (número 7). El norbornano tiene dos caminos de 2 átomos de carbono y un camino de 1 átomo de carbono entre los dos carbonos de cabeza de puente, por lo que los números dentro de los corchetes se mantienen [2.2.1].

Sustituciones de heteroátomos Las estructuras bicíclicas destacadas se aplican a muchos compuestos donde los sitios CH2 y CH son reemplazados por otros elementos. El CH₂ suele sustituirse por O, NH y NR, así como por S. El CH suele sustituirse por N y P. La molécula heterocíclica DABCO tiene un total de 8 átomos en su estructura puenteada, de ahí el nombre raíz octano. Los dos átomos de cabeza de puente son de nitrógeno en lugar de átomos de carbono. Su nombre oficial es 1,4-diazabiciclo[2.2.2]octano.

Estereoisomería Hay biciclos que presentan un tipo especial de isomería: la isomería endo-exo. Determinar los estereoisómeros es algo complicado, aunque el proceso está bien definido. 160px|thumb|left|Isomería endo-exo para el 2-metil biciclo[1.1.0]butano. 200px|thumb|center|Isomería endo-exo en el norbornano.

Existencia en la naturaleza De las principales clases de biomoléculas, solo las purinas son bicíclicas. De lo contrario, los compuestos bicíclicos se limitan a cofactores y metabolitos secundarios. Los terpenos y alcaloides, conocidos por su complejidad estructural, suelen ser bicíclicos o incluso más complejos. 

Referencias

Categoría:Geometría molecular Categoría:Compuestos bicíclicos