Idruri progenitori e nomenclatura sostitutiva

In organica si impara subito che l’etano è il «genitore» dell’etanolo, del cloroetano, dell’acetaldeid: si parte da un idrocarburo e si sostituisce. In chimica inorganica vale la stessa logica, ma il «genitore» è un idruro progenitore — azano NH₃, ossidano H₂O, fosfano PH₃, silano SiH₄ — e il sistema si chiama nomenclatura sostitutiva. Permette di nominare silani, borani, fosfani, arsani e catene omopolinucleari con una logica unificata e potente che i manuali di primo anno raramente spiegano fino in fondo.

Vediamo la tavola degli idruri progenitori, le regole per le catene e gli anelli omopolinucleari, il convenzione λ per i valori di valenza non standard e i motivi per cui fosfano/arsano/stibano sostituiscono fosfina/arsina/stibina.

La tavola degli idruri progenitori

Il capitolo IR-6.2.1 del testo IUPAC elenca gli idruri progenitori come radici della nomenclatura sostitutiva. Ogni elemento dei gruppi 13–17 ha il suo nome binario con H che funge da base: borano (BH₃), silano (SiH₄), germano (GeH₄), stannano (SnH₄), plumbano (PbH₄); azano (NH₃), fosfano (PH₃), arcano (AsH₃), stibano (SbH₃), bismutano (BiH₃); ossidano (H₂O), solfano (H₂S), selanio (H₂Se), tellano (H₂Te); fluorano (HF), clorano (HCl), bromano (HBr), iodano (HI).

Azano e ossidano: una distinzione fondamentale

Una delle note più importanti del testo IUPAC riguarda azano (NH₃) e ossidano (H₂O): queste denominazioni sono previste esclusivamente per la costruzione di nomi sostitutivi di derivati, e non come nomi pratici dell’ammoniaca e dell’acqua. Servono come punto di partenza per formare nomi come «triazano» (H₂N-NH-NH₂) o «dioxidano» (H₂O-OH, ossia il perossido di idrogeno nell’interpretazione come catena). Nella pratica quotidiana l’acqua rimane «acqua» e l’ammoniaca «ammoniaca».

Chicca: anche il nome «metacarbano» (metano sistematicamente) esiste per indicare CH₄ come idruro progenitore del carbonio, ma IUPAC consiglia di usare «metano» per l’uso comune in quanto universalmente riconosciuto.

PH₃ (fosfano) + Cl sostituzione → PCl₃ = trichlorophosphane (sostitutiva) = trichloridophosphorus (additiva)

Catene omopolinucleari: silani, fosfani, calcogeni

I nomi degli idruri progenitori si concatenano aggiungendo il prefisso moltiplicativo («di», «tri», «tetra», …) all’idruro mononucleare: disilano Si₂H₆, trisilano Si₃H₈, tetrasilano Si₄H₉; difosfano H₂PPH₂; diazano H₂NNH₂ (il nome sistematico dell’idrazina). Per le catene omoatomiche il numero di atomi va sempre specificato perché è parte dell’informazione strutturale: «distannano» designa Sn₂H₆ e non un isomero.

Per i borani la situazione è diversa: il numero di atomi di idrogeno non è deducibile dal nome e deve essere specificato esplicitamente con un numero arabico tra parentesi dopo il nome. Diborane(6) è B₂H₆; icosaboano(16) è B₂₀H₁₆. Questo è un’eccezione sistemica motivata dalla chimica peculiare del boro con legami a tre centri e strutture a gabbia che non seguono le valenze standard.

La convenzione λ: valenze non standard

Quando un atomo della catena ha un numero di legami diverso da quello standard definito nella tavola IR-6.1 (4 per Si, 3 per P, 2 per S, ecc.), si deve esplicitare con la convenzione λⁿ, dove n è il numero di legami effettivo. Il descrittore λⁱ precede il nome dell’idruro con un trattino. Esempi:

• PH₅ → λ⁵-fosfano (fosforo con 5 legami, non standard rispetto a 3)
• SH₆ → λ⁶-solfano (zolfo con 6 legami)
• H₅SSSH₄SH: catena 1,λ⁶,3,λ⁶-tetrasolfano

Nelle catene miste si assegnano i locanti più bassi agli atomi con valenza non standard, e tra questi si dà priorità alla valenza più alta (cioè λ⁶ prima di λ⁴). Questo sistema elegante permette di nominare qualsiasi stato di valenza del fosforo, zolfo, silicio e simili senza ambiguità.

Anelli omoatomici: Hantzsch-Widman e metodi alternativi

Per gli anelli monoatomici omopolinucleari IUPAC offre tre metodi: (i) il sistema Hantzsch-Widman (usato per anelli da 3 a 10 atomi, preferito per la nomenclatura di derivati organici); (ii) la sostituzione «a» (radice del nome dell’elemento + terminazione «-a» sostituisce il carbonio nel carbociclo); (iii) il prefisso «ciclo-» davanti al nome della catena corrispondente. Esempio: il ciclosilano Si₆H₁₂ si chiama cicloesilano (metodo iii), esasilacicloesano (metodo ii) o octasilocane (Hantzsch-Widman, metodo i). I tre nomi sono ugualmente sistematici; la scelta dipende dall’ambito.

Domande frequenti

Perché «fosfina» non è più accettata e si deve dire «fosfano»?

Perché «phosphine/fosfina» era usato sia come nome specifico di PH₃ sia come nome di classe delle fosfine organiche R₂PH e R₃P, creando ambiguità. IUPAC 2005 ha standardizzato «fosfano» per PH₃ come idruro progenitore, e di conseguenza «trifenilfosfano» al posto di «trifenilfosfina» per PPh₃. Lo stesso per arcano (AsH₃) e stibano (SbH₃).

Perché i borani richiedono il numero di H tra parentesi nel nome?

Perché i borani hanno legami a tre centri e strutture a gabbia che non permettono di dedurre il numero di idrogeni dal solo numero di atomi di boro. Un decaborano con 10 B può avere 14 o 16 H a seconda della struttura; solo specificando esplicitamente «decaborane(14)» o «decaborane(16)» il nome è inequivocabile.

Che cosa significa λ⁵-fosfano?

Indica il fosfano PH₃ nella variante in cui il fosforo esibisce 5 legami anziché 3 (il valore standard). λ⁵ è il descrittore della valenza non-standard: λ⁵-fosfano è PH₅, con P in stato di valenza 5. Il descrittore precede il nome dell’idruro separato da un trattino.

Azano è un nome alternativo dell’ammoniaca?

No. IUPAC 2005 specifica che «azano» è previsto esclusivamente per la nomenclatura sostitutiva come punto di partenza per nominare i derivati dell’ammoniaca (triazano, diazano, ecc.). Non è un nome pratico da usare al posto di «ammoniaca» nella comunicazione ordinaria.

Come si chiama sistematicamente l’idrazina?

Diazano (H₂NNH₂), ossia la catena a due atomi di azoto con gli idrogeni standard. Il nome «idrazina» è ancora accettato come nome comune non sistematico. Nella nomenclatura sostitutiva dei derivati si usa invece «diazano» come nome del composto padre.