Номенклатура органических соединений.

Овладение научной терминологией - первый и непременный этап в изучении любой науки. Важнейшая часть профессионального языка химиков - точное название химических веществ.

Чтобы дать точное название неорганическому соединению, достаточно указать, как правило, состав его молекулы. В органической же химии из-за широкого распространения явления изомерии этого недостаточно: полностью однозначное название органического соединения должно выражать не только состав, но и порядок соединения атомов, их пространственное расположение, т.е. структурную истинную формулу.

Номенклатура органических соединений должна давать возможность перейти от структурной формулы к названию и наоборот. Для этой цели служат сложные слова – названия, построенные из обозначений более простых составных частей и цифр или букв, характеризующих расположение составных частей. Описать словами структурную формулу вещества можно по–разному, поэтому существует и параллельно применяется несколько систем номенклатуры органических соединений. Каждое более или менее сложное органическое соединение может иметь несколько разных названий.

Казалось бы, что проще: разработать единую, охватывающую все классы органических соединений, систему номенклатуры и рекомендовать химикам только ее. Однако, номенклатура – это часть языка. Нельзя декретировать введение новой номенклатуры, забыв о старой, хотя бы уже потому, что вся старая литература стала бы непонятной. Существование разных систем номенклатуры, множественность названий органических веществ создают дополнительные трудности при изучении органической химии. Вместе с тем эти трудности преодолимы, если с самого начала твердо усвоить основные принципы, общие для всех употребляемых ныне систем номенклатуры.

В настоящее время наиболее употребляемыми является номенклатуры: тривиальная /Т/, рациональная /Р/ и IUPAC, обычно в учебных пособиях последнюю называют систематической /С/. Она создана на базе «Женевской», первоначальной, научной номенклатуры, которая несколько раз после усовершенствовалась, что отражалось в названиях, например, Льежская, IUPAC и т. д. В основном, различие этих номенклатур сводится к правилам выбора главной цепи, порядку нумерации и положения замещающих радикалов или функциональных групп и употреблению разных названий для радикалов. Для освоения всей номенклатуры органических соединений надо хорошо понять и усвоить номенклатуру предельных углеводородов, на примере которых следует уяснить основные положения, применяемые в остальных случаях. Тривиальная номенклатура использует названия, данные случайно, по продукту, из которого впервые выделено это соединение, например: нафтеновые углеводороды (выделенные из нефти), древесный, винный спирт, масляная, молочная, винная, яблочная кислоты и т. д.: по особым свойствам: парафины (parum offinis- не имеющие сродства), олефины (oleum- маслообразующие). Эти названия следует просто заучить, так как тривиальные название некоторых веществ сохранились и будут использоваться при работе в органическом практикуме.

В основе рациональной номенклатуры лежит принцип названия соединений по названию простейшего представителя из данного класса веществ. Так, например, все предельные углеводороды рассматриваются как производные от первого представителя этого класса соединений – метана (этан – метилметан, пропан – диметилметан), а спирты называются от простейшего представителя – карбинола (СН₃ОН), например, метилкарбинол, диметилкарбинол и т. д.

НОМЕНКЛАТУРА УГЛЕВОДОРОДОВ.

Первые четыре парафиновых углеводорода с неразветвленной цепью (нормального строения) имеет тривиальные (случайные, несистематические) названия, в последующих используют в качестве корня число атомов углерода по-гречески, добавляя к ним окон­чание "ан". Названия радикалов, получающихся при отнятии одного атома водорода от концевого углеродного атома неразветвленных предельных углеводородов, образуются из названий соответствующих углеводородов заменой окончания "ан" на "ил" (таблица I).

ТАБЛИЦА І

НАЗВАНИЯ АЛКАНОВ И АЛКИЛОВ

	Алканы	Алкилы
№№ п/п	формула	Название	формула	название
1. 2. 3. 4. 5. 6.	СН4 С2Н6 С3Н8 С4Н10 С5Н12 С6Н14	Метан Этан Пропан Бутан Пентан Гексан	CH3- CH3-CH2- CH3-(CH2)2- CH3-(CH2)3- CH3-(CH2)4- CH3-(CH2)5-	Метил Этил Пропил Бутил Пентил (амил) Гексил

 

Разветвленные радикалы:

обозначаются приставкой “изо”;

 

 

изопропил изобутил

 

В названии радикалов широко используется известное понятие о первичных, вторичных, третичных и четвертичных атомах углерода. Как известно, эти обозначения указывают, сколько валентностей потратил данный углеродный атом на связь с другими атомами углерода: первичный – одну, вторичный – две, третичный – три, четвертичный – четыре:

С¹

1 2 | 4 3 2 1

С - С - С - С - С - С

| |

С¹ С¹

Очевидно, что первичные атомы углерода могут находиться только на концах углеродной цели, вторичные - внутри цепи (или цикла), третичные и четвертичные - в местах разветвлений. В зависимости от природы углеродного атома, содержащего свободную валентность, соответственно называются и радикалы:

 

СН₃ –СН₂ – СН –СН₃ вторичный бутил (втор.-бутил),

|

 

СН₃

|

СН₃ - С - третичный бутил (трет.-бутил).

|

СН₃

Обозначение многих непредельных и ароматических радикалов используется в качестве составных частей названий более сложных органических соединений. Некоторые представители таких радикалов приведены в таблице 2.

Таблица 2

№	Формула	Название
	СН2 =	Метилен
	СН2=СН-	Винил
	СН2=СН-СН2 -	Аллил
	СНºС - СН2 -	Пропаргил
	СН3- СН=СН –	Пропенил
	СН3- СН=	Этилиден
	СН2 = С - СН3	Изопропенил
	; С6Н5 -	Фенил
	СН2 -; С6Н5СН2-	Бензил
10	; (СН3 С6Н4 -) СН3	(о-, м-, п -)-Толил

 

Исторически первый тип структурных названий - это рациональные названия - номенклатурное выражение теории типов. Эта номенклатура нагляднее передает строение несложных органических соединений путем сравнения структуры называемого вещества ее со структурой простейшего прототипа, положенного в основу названия.

Например:

метил

СН₃

|

СН₃ – СН₂ – С – СН₂ – СН₃ - диметилдиэтилметан (прототип-метан)

этил | этил

CH₃

метил

 

Это следует понимать как соединение, у которого «два» (ди)метила, два (ди)этила заместили водороды в первоначальном метане.

 

 

СН₃- СН=С-СН₃ метил - триметилэтилен

метил |

CH₃ метил

Три метила заместили водороды этилена (прототип – этилен).

 

- мета-диэтилбензол (прототип–бензол)

 

В качестве прототипа обычно применяют первый член гомологи­ческого ряда. В названиях ароматических соединений широко при­меняется понятия "орто" (- о), "мета," (- м) и "пара" (- п) для обозначения взаимного расположения заместителя. В рациональной номенклатуре часто применяются для обозначения положения заместителей буквы греческого алфавита (α,b,g).

Например:

- α - этилнафталин

 

В структуре нафталина все положения обозначены таким образом:

 

α (8) α (1)

 

β (7) β (2)

 

β (6) β (3)

 

α (5) α (4)

 

Номенклатура систематическая рассматривает каж­дый углеводород, как состоящий из основной цепи нормального строения и радикалов, замещающих водороды в этой цепи.

Обозначение углеродного скелета дает основу названия, на­личие кратных связей и заместителей отражается в виде дополни­тельных суффиксов и префиксов. Любое органическое соединение по этой номенклатуре рассматривается как происходящее от углеводородов.

Например, предельные углеводороды имеют суффикс "ан", олефины - "ен", ацетиленовые углеводороды - "ин". Если углеводород имеет несколько двойных связей, то перед суффиксом ставится чис­ло этих связей "диен", "триен"» "«тетраен» и т.д. Для обозначения положений двойных и тройных связей или радикалов "основную цепь" нумеруют арабскими цифрами с ближайшего конца от характер­ной функции и цифру ставят перед названием.

Например:

1 2 3 4 5

СН₃ - СН – СН₂ – СН₂ – СН₃ 2 - метилпентан

СН₃

 

СН₃

1 2 |3 4 5

СН₃ – СН₂ – С – СН₂ – СН₃ 3,3 - диметилпентан

СН₃

1 2 3 4 5

СН₃ - СН = СН – СН₂ – СН₃ 2 – пентен или пентен-2

1 2 3 4 5

СН₃ - СН = С – СН₂ – СН₃ 3-этил -2- пентен или 3-этилпентен-2

СН₂-СН₃

Цифру, объясняющую положение кратной связи, ставят либо в конце, либо в начале названия основной цепи.

1 2 3 4 5

СН≡С – СН₂ – С ≡ СН 1,4 – пентадиин или пентадиин-1,4.

В углеводородах, имеющих циклическую структуру, за «основную» цепь избирается одна сама циклическая структура или один из простейших гомологов, например, толуол.

 

 

- этилциклопентан;

 

- 1,4-диизопропилбензол

.

В этом случае нумерация циклической цепи начинает от углерода, связанного с одним из простейших заместителей, или по установленному правилу порядку.

 

 

2-изобутилтолуол (С);

орто-изобутилтолуол (Р).

 

 

2-метилнафталин (С), β –метилнафталин (Р).

Положения 1,4,5,8 - α; 2,3,6,7 - b

 

 

 

2-метилфуран 2-метил-3- этилтиофен.

 

2. НОМЕНКЛАТУРА СОЕДИНЕНИЙ С ФУНКЦИОНАЛЬНЫМИ ГРУППАМИ.

Более сложные, чем углеводороды, соединения содержат кро­ме углерода и водорода другие элемента: кислород, азот, серу, галоген, фосфор и т.д. Эти элементы, образуя функциональные группы, замещают водороды в цепи углеводородов, и образуют новые классы соединений. Каждому классу соединений соответствует своя функциональная группа, например, спиртам и фенолам гидроксильная, альдегидам и кетонам, карбонильная и т.д. К функциональным группам относится металлы, галогены, нитро-, азо-группы, гидроксильная, карбонильная, карбоксильная, аминогруппа и др.

Рациональные названия соединений с функциональными груп­пами строятся на основе тех же положений, что и для углеводородов. В качестве прототипов берутся либо первые члены гомоло­гического ряда, метиловый спирт (карбинол); либо простейшие представители гомологического ряда, наиболее полно отражающие химические свойства всех других гомологов, уксусная кислота, уксусный альдегид; либо сама функциональная группа, кетон, амин.

Например:

 

С₂Н₅ этил

СН₃ - СН – ОН карбинол метилэтилкарбинол;

Метил

 

О

СН₂ = СН – СН - С метилвинилуксусная кислота;

винил | ОН

СН₃ метил

О

СН₃ – С - метилфенилкетон;

метил фенил

СН₃ – СН₂ - С – СН – СН₃ этилизопропилкетон

Этил О СН₃ изопропил

 

 

СН₃ – NH₂ метиламин;

метил

 

СН₃ – СН₂ – N – СН₂ – СН₃ ^этил триэтиламин;

^этил СН₂ – СН₃ ^этил

О

СН₃ - - СН₂ – С толилуксусная кислота.

ОН

Систематическая номенклатура строит названия на основе со­ответствующего углеводорода. Присутствие функциональных групп обозначается: хлор-, нитрозо-(NO), нитро – (NO₂) или суффик­сами, или префиксами, в зависимости от сложности соединения. В таблице 3 приводятся принятые названия префиксов и суффиксов функциональных основных групп.

ТАБЛИЦА 3

Класс соединений	Формула	Префикс	Суффикс
Спирты, фенолы   Альдегиды   Кетоны   Карбоновые кислоты   Амины	-ОН О -С Н   С=О     О -С ОН     -NH2; =NH, ºN	Окси-   Формил   Оксо-   Карбокси-     Амино-	-ол   -аль   -он   -овая     -амин

 

Например:

 

5 4 3 2 1 О

СН₃-СН-СН₂- СН₂-С 4-метилпентановая кислота. СН₃ ОН

Карбоксильная и альдегидная группы всегда идут под номером «І»

 

6 5 4 3 2 1 О

СН₃-СН₂- СºС-СН₂-С 3-гексиналь;

ОН

 

4 3 2 1

СН_3-СН-СН-СН₃ 3-метилбутанол-2 или 3-метил-2-бутанол.

СН₃ ОН

В последнее время цифры при возможности ставятся впереди, освобождая окончание слова. В последующих примерах перемещение цифр привело бы к путанице.

5 4 3 2 1

СН₃ –СН=С – С - СН₃

СН₃ О 3-метилпентен-3-он-2;

4 3 2 1

СН₃ – СН = СН – СН₂ - ОН бутен-2-ол-І или

2-бутенол-І.

В соединениях с несколькими функциональными одинаковыми группами перед соответствующими префиксам или суффиксами указывается число этих функциональных групп по-гречески, например:

7 6 5 4 3 2 1

СН₃ – С – СН₂ – СН₂ – СН₂ – С – СН₃ 2,6 – гептадион.

О О

О 6 5 4 3 2 1 О

С – СН₂ – С º С – СН₂ – С 3-гексиндионовая кислота.

НО ОН

 

7 6 5 4 3 2 1

СН₃ – СН₂ – СН – СН – СН – СН – СН₂

ОН СН₃ ОН СН₃ ОН 2-4-диметил–1,3,5-гептантриол.
В ароматических соединениях применяют обычно обозначения с помощью префиксов:

1,2,3-триоксибензол. 1,8-диаминонафталин.

 

 

При названии соединений с разными функциональными группами вплоть до недавнего времени использовали принципы женевской номенклатуры, обозначая каждую функциональную группу соответствующим суффиксом, например:

 

4 3 2 1 О

НО – СН₂ – СН₂ – СН₂ – С бутанол-4-овая кислота.

ОН

1 2 3 4 5

СН₃ – С – СН – СН₂ – СН₃ пентанол-3-он-2.

О ОН

В настоящее время предпочитают применять для обозначе­ния одной группы префикс, а для другой – суффикс. Приведенные соединения будут называться соответственно 4-оксибутановая кислота и 3-оксипентанон-2.

Приведем еще несколько примеров, используя разные методы:

О

СН₃ – СН₂ – СН - С 2-оксибутаналь;

ОН Н бутанол-2-аль.

 

О О

С – СН – СН₂ – СН₂ – С 4-метилпентанальовая кислота;

Н СН₃ ОН 4-формилпентановая кислота.

Начало нумерации углеводородной цепи определяется, так называемым "старшинством группы". Чем выше степень окисления углерода в функциональной группе, тем выше "старшинство груп­пы", тем меньший номер положения в углеродной цепи ей соответ­ствует. В таблице 3 группы по старшинству распределены 4. 2. 3. І. Кроме приведенных номенклатур существуют номенклатуры, специфические для отдельных классов соединений, например, спирты часто называют радикалам: метиловый спирт СН₃ОН, изо -пропиловый спирт СН₃

СН –ОН;

СН₃

кислоты по углеводородной части молекулы - пропанкарбоновая кислота СН₃-СН₂ -СООН; или с применением тривиального названия соответствующей кислоты нормального строения, вносятся в качестве префиксов обозна­чения функциональном группы w-аминокапроновая кислота

NH₂ –CH₂ –(CH₂) ₄ –COOH, a,b - диоксиянтарная кислота

НООС-СНОН-СНОН-СООН; для соединений с функциональными одинаковыми группами расположенными на концах "нормальной" углеводо­родной цепи применяются названия с перечислением числа метиленовых (-СН₂-) и замещающих групп, например:

НО – СН₂ – СН₂ – СН₂ – ОН триметиленгликоль;

Cl – CH₂ – (CH₂)₂ – CH₂ - Cl тетраметилендихлорид;

NH₂ – CH₂ – (CH₂)₄ – CH₂ – NH₂ гексаметилендиамин.

 

В соединениях, которые считается производными соответ­ствующих классов, например, простые и сложные эфира, амиды - широко применяются в виде названий остатки спиртов, аминов, кислот, которые получается при отщеплении водорода или даже гидроксильной группы. Некоторые из применяемых таких названий приведены в таблице 4.

Таблица 4