Номенклатура органических соединений.

Лекция 1. Номенклатура органических соединений.
Номенклатура – совокупность правил составления химических названий веществ,
классов, групп и др.
Первоначально, в период накопления фактических знаний, веществам давали названия,
никак не указывающие на их строение. В названии отражали исходное сырье (лимонен),
особо заметные свойства (флуоресцеин), способ получения (пирогаллол), имя ученого
(реактив Иоцича), форму молекулы (кубан) и т.д. Эти тривиальные (традиционные)
названия – историческая номенклатура – в большинстве своем сохранилась и
используется по сей день. По мере развития и систематизации химических знаний
веществам стали давать названия, указывающие на их сходство с другими веществами по
строению (метиловый, этиловый, пропиловый спирт). Они составляют рациональную
номенклатуру (от лат. ratio – разум). Рациональная номенклатура рассматривает все
вещества определенного класса как производные главного и наиболее простого его
представителя. Например, для предельных углеводородов таким веществом является
метан, для непредельных – этилен и ацетилен.
СН3
/
СН3 – СН – СН3
триметилметан
Н3С – СН=СН – С3Н7 метилпропилэтилен
Н3С – С≡С – С2Н5 метилэтилацетилен
Первое соединение можно рассматривать как метан, у которого три атома водорода
замещены на три метильные группы. Второе соединение – как этилен, у которого два
атома углерода замещены на два радикала - метил и пропил. Третье соединение – как
ацетилен, у которого вместо двух атомов водорода находятся метильная и этильная
группы. Рациональную номенклатуру используют для названия сравнительно небольших
молекул.
Главное место занимает международная систематическая заместительная
номенклатура (IUPAC – International Union of Pure and Applied Chemistry),
разрабатываемая комиссией Международного союза теоретической и прикладной химии
(ИЮПАК).
Согласно этой номенклатуре строение молекул органических веществ выражают при
помощи сложных слов-названий. Различные части этих слов отражают особенности
строения. Так например, у соединений насыщенного ряда (алканов) корень обозначает
число углеродных атомов в главной цепи (самой длинной) или связанной с ней
функциональной группе:
С
С–С
С–С–С
С–С–С–С
С–С–С–С–С
-мет
-эт
-проп
-бут
-пент и далее корни греческих числительных.
Обозначения боковых заместителей (меньших по числу углеродных атомов) цепей,
вводят в виде приставок к корню в алфавитном порядке. В названиях радикалов к
обозначению числа углеродных атомов добавляют «ил» (метил, этил, пропил). Отсутствие
или наличие двойной, тройной связи обозначают соответственно суффиксами «ан», «ен»,
«ин».
В сучае наличия повторяющихся заместителей используют умножающие приставки («ди»,
«три», «тетра» и т.д.) перед соответствующим элементом.
Местоположение заместителей указывают с помощью локантов – цифр или букв, для
разделения которых применяют дефисы, запятые, скобки. При этом сумма локантов
должна быть наименьшей.
Старшую характеристическую группу обозначают в последнем суффиксе. Если она
расположена не у крайнего углеродного атома главной цепи (и возможны другие
варианты расположения) – используют соответствующий локант.
Правильно составленному названию соответствует только одна формула.
Таким образом, согласно этой номенклатуре, в органическом соединении выделяется
основа, в которую вместо одного или нескольких атомов водорода входят какие-то
заместители. Для углеводородов, например, необходимо выбрать главную, т.е. наиболее
длинную цепь, а затем пронумеровать атомы углерода в ней. При этом начало нумерации
определяет близость к концу цепи кратной (непредельной) связи или большего числа
простейших заместителей. Количество атомов углерода в основной цепи определяет
корень названия этой основыв соответствии с названием предельного углеводорода,
содержащего то же число атомов (эт-, бут-, гекс- и т.д.). Затем следует суффикс,
определяющий наличие или отсутствие кратных связей (-ан – когда нет кратных связей;
ен-1 двойная связь; диен -2 двойные связи; -ин – 1 тройная связь и т.п.). Заместители в
соответствии с их качеством и количеством перечисляются в начале названия, при этом
цифра перед названием заместителя указывает тот атом углерода в основной цепи, при
котором он находится:
1 2 3
4 5
6 7
Н2С= С - СН = С – СН – СН - СН3
|
| |
|
СН3
Cl C2H5 СН3
2,6-диметил-4-хлор-5-этил-гептадиен-1,3
Цифры в конце названия указывают атомы углерода, после которых расположены
кратные связи.
СН3
5
4 3| 2 1
Н2С = СН – С – С ≡ СН 3-метил-3-этилпентен-4-ин-1
|
C2H5
В циклических соединениях начало нумерации определяется по тем же принципам
(наличию кратной связи или заместителя). Следует отметить, что для бензола при наличии
двух и более заместителей, помимо цифровых обозначений, часто используют приставки:
орто- (о), мета- (м), пара- (п). Если положение первого заместителя соответствует цифре 1,
то другие положения называются соответственно: 2 и 6 – орто-положениями; 3 и 5 –метаположениями; 4 – пара-положеним.
Для пространственных изомеров применяют стереохимическую номенклатуру.
Оптические изомеры, вращающие плоскость поляризованного света вправо
(правовращающие), обозначают знаком (+), левовращающие – знаком (-). Направление
вращения определяется экспериментально.
Часто используемой и точной в обозначении изомеров является система Кана-ИнгольдаПрелога (R-, S-). Она позволяет определить абсолютную конфигурацию атомов и групп
вокруг каждого хирального центра. Для этого необходимо:
1. Определить порядок старшинства групп, соединенных с асимметрическим атомом.
Атом, имеющий наибольший атомный номер, считается старшим. Если в первом
круге старшинство совпадает – сравнивают сумму порядковых номеров атомов
второго круга. Кратные связи считают за две и три соответственно.
2. Ориентировать хиральный центр в пространстве таким образом, чтобы младший
заместитель оказался в максимально удаленном положении. При этом три старшие
группы будут направлены на наблюдателя.
3. Соединить воображаемой стрелкой старшие заместители последовательно от 1-го
ко 2-му и к 3-му.
4. Если старшинство убывает по часовой стрелке, то атому присваивают
наименование R ( от латинского rectus – правый), если против часовой – S ( от
латинского sinister – левый).
Обозначение изомеров в этом случае не имеет никакого отношения к направлению
вращения и имеет историческое происхождение.
Для геометрических изомеров употребляют обозначения цис- или Z (одинаковые или
родственные заместители расположены по одну сторону плоскости двойной связи или
цикла) и транс- или Е (одинаковые или родственные заместители расположены по
разные стороны плоскости двойной связи или цикла).
Специфичность частных случаев пространственной изомерии выделяет их
номенклатуру в специальный раздел – стереохимическую номенклатуру.
Пример 1.
Назвать по систематической номенклатуре (IUPAC):
Решение.
1. Определяем главную функциональную группу и выбираем для неё суффикс,
обозначающий принадлежность к классу (табл.1). В данном случае
функциональная группа отсутствует.
2. Выбираем главную (самую длинную) цепь, определяющую корень в названии.
Главная цепь содержит 7 атомов углерода – корень «гепт».
3. Oпределяем степень насыщенности: соединение относится к предельным
углеводородам – суффикс «ан».
4. Устанавливаем характер имеющихся заместителей и располагаем их в алфавитном
порядке в префиксной части названия: заместители одного вида – метил.
5. Определяем умножающие приставки, имея в виду, что они не учитываются при
алфавитном размещении префиксов.
6. Проводим нумерацию главной цепи с учётом того, что сумма локантов (номеров,
указывающих положения заместителей у атомов цепи) должна быть наименьшей.
Цифры (локанты) ставят перед префиксами и после суффиксов, к которым они
относятся: 2,2,3,5-тетраметил.
7. Компонуем название, используя соответствующие разделительные знаки: 2,2,3.5тетраметилгептан.
Пример 2.
Назвать следующее соединение: СН3-СНCl-СН(CH3)-СН=СCl-СН3
Решение.
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
Функциональной группы, обозначаемой префиксом, нет.
Главная цепь: шесть углеродных атомов «гекс».
Cтепень ненасыщенности: двойная связь «ен».
Заместители: «метил», «хлор».
Умножающие приставки: два атома хлора «ди».
Нумерация справа налево (двойная связь должна получить наименьший номер 2).
Локанты заместителей 4,2,5.
Название в целом: 4-метил-2,5-дихлоргексен-2
Таблица 1
Классы соединений и названия характеристических групп
Класс
катионы
карбоновые кислоты
сульфоновые
кислоты
амиды
Префикс
онио
карбокси
сульфо
Суффикс
оний
карбоновая кислота
сульфокислота
нитрилы
-СОONH2
-C(O)NH2
-С≡N
карбамоил
циано
-
карбоксамид
амид
карбонитрил
нитрил
альдегиды
кетоны
спирты, фенолы
тиолы
амины
двойная связь
тройная связь
эфиры (простые)
галогенпроизводные
-СНО
›С(О)
-ОН
-SH
- NH2
=
≡
-OR
F, Cl, Br, I
нитрозосоединения
нитросоединения
диазосоединения
азиды
-NO
-NO2
-N2
-N3
формил, оксо
оксо
гидрокси, окси
меркапто
амино
алкокси
фтор, хлор, бром,
йод
нитрозо
нитро
диазо
азидо
карбальдегид, аль
он
ол
тиол
амин
-ен
-ин
фторид, хлорид,
бромид, иодид
диазоний
азид
*
Формула*
-СООН
-SO3H
- группа, стоящая выше, считается старшей
Таблица 2
Названия важнейших радикалов