Основные принципы номенклатуры органических соединений

При построении названия по МН используются следующие операции:

1) выбор главной цепи,

2) нумерация цепи,

3) построения названия.

I. Выбор главной цепи: она не всегда самая длинная, но обязательно должна содержать старшую функциональную группу.

II.Нумерация цепи: главная функциональная группа должна иметь наименьший номер.

III.Название соединения.

При этом название состоит из следующих блоков:

Ключевым моментом в составлении названия является выбор основной цепи.

Алгоритм выбора основной цепи:

1) В основную цепь должна входить старшая характеристическая группа

2) В нее должны максимально быть включены кратные связи

3) Основная цепь должна быть максимально длинной

4) Выбирают самую разветвленную цепь.

5) Цепь нумеруется так, чтобы сумма номеров заместителей была наименьшей. В качестве примера назовем следующее соединение:

пентен-4–ол-2

 

Сопряженные системы - это системы с чередующимися двойными и одинарными связями. Они могут быть открытыми и закрытыми. Открытая система имеется в диеновых углеводородах (УВ).

Сопряжение – процесс энергетически выгодный, энергия (Е) при этом выделяется.

Ароматичность. Это понятие, включающее различные свойства ароматических соединений.

Условия ароматичности:

1) плоский замкнутый цикл;

2) все атомы С находятся в sp²-гибридизации;

3) образуется единая сопряженная система всех атомов цикла;

4) выполняется правило Хюккеля: в сопряжении участвуют (4n + 2)р-электронов, где n = 1, 2, 3

5) Простейший представитель ароматических углеводородов – бензол. Он соответствует всем четырем условиям ароматичности.

Правило Хюккеля: 4n + 2 = 6, n = 1.

Взаимное влияние атомов. Причиной смещения валентных электронов в

молекуле является различие в электроотрицательности элементов,

образующих молекулу.

Взаимное влияние атомов в молекуле передается двумя путями:

индуктивным и мезомерным эффектами.

Индуктивный эффект (I-эффект) – это передача электронного влияния заместителей по цепи σ-связей.

Электрооттягивающие заместители снижают элекронную плотность в системе σ-связей, и их называют электроноакцепторными, вызывая (-I) эффект. К ним относят: Hal, -OH, -OR, -NH₂, -COH, -COOH, -NO₂, -SO₃H.

Элекроноподающие заместители повышают электроннную плотность в цепи σ-связей по сравнению с атомом водорода, т. е. проявляют +I эффект и являются элекронодонорными. К ним относятся атомы с низкой электроотрицательностью (алкил-радикалы, металлы), а также отрицательно заряженные атомы или группы, обладающие избытком электронной плотности, которую они стремятся перераспределить на соседние связи.

Мезомерный эффект, или эффект сопряжения (М-эффект), - это передача электронного влияния эаместителей по сопряжённой системе. Заместители влияют на одни и те же положения в кольце, но с различным результатом. Часть из них, которые имеют +М- и +I-эффекты, увеличивают электронную плотность в кольце в целом, и по о- и п-положениям относительно себя, в частности. Заместители подразделяют на две группы в зависимости от проявляемого ими эффекта (мезомерного или индуктивного): электронодонорные и электроноакцепторные. Электронодонорные заместители проявляют +М- и +I-эффект и повышают электронную плотность в сопряженной системе. К ним относятся гидроксильная группа —ОН и аминогруппа —NН₂. Неподеленная пара электронов в этих группах вступает в общее сопряжение с p -электронной системой бензольного кольца и увеличивает длину сопряженной системы. В результате электронная плотность сосредоточивается в орто- и пара-положениях:

Алкильные группы не могут участвовать в общем сопряжении, но они проявляют +I-эффект, под действием которого происходит аналогичное перераспределение p -электронной плотности.

Электроноакцепторные заместители проявляют - М-эффект и снижают электронную плотность в сопряженной системе. К ним относятся нитрогрупла —NO₂, сульфогруппа —SO₃Н, альдегидная —СНО и карбоксильная —СООН группы.

Эти заместители образуют с бензольным кольцом общую сопряженную систему, но общее электронное облако смещается в сторону этих групп. Таким образом, общая электронная плотность в кольце уменьшается, причем меньше всего она уменьшается в мета-положениях:

Полностью галогенизированные алкильные радикалы (например, —ССl₃) проявляют -I-эффект и также способствуют понижению электронной плотности кольца.

Закономерности преимущественного направления замещения в бензольном кольце называют правилами ориентации.

Заместители, обладающие +I-эффектом или +М-эффектом, способствуют электрофильному замещению в орто- и пара-положениях бензольного кольца и называются заместителями (ориентантами) первого рода:

 

 

Заместители, обладающие -I-эффектом или -М-эффектом, направляют электрофильное замещение в мета-положения бензольного кольца и называются заместителями (ориентантами) второго рода:

 

 

Так, толуол, содержащий заместитель первого рода, нитруется и бромируется в пара- и орто-положения:

Нитробензол, содержащий заместитель второго рода, нитруется и бромируется в мета-положение:

Помимо ориентирующего действия заместители оказывают влияние и на реакционную способность бензольного кольца: ориентанты 1-го рода (кроме галогенов) облегчают вступление второго заместителя; ориентанты 2-го рода (и галогены) затрудняют его.

 

Примеры решения задач

Пример 1.

Назвать по международной номенклатуре следующее соединение:

Решение:

Выбор цепи однозначен, следовательно, корень слова - пент, далее следует суффикс -ен, указывающий на наличие крат­ной связи; порядок нумерации обеспечивает старшей группе (-ОН) наименьший номер; полное название соединения заканчивается суффиксом, обозначающим старшую группу (в данном случае суффикс –oл указывает на наличие гидроксильной группы); положение двой­ной связи и гидроксильной группы указывается цифрами. Следовательно, приведенное соединение называется пентен-4-ол-2.

 

Пример 2.

Укажите вид и знаки электронных эффектов карбоксильной группы в пропановой и акриловой кислотах.

Решение:

В молекуле пропановой кислоты СН₃ –- СН₂ – СООН карбоксильная группа СООН– проявляет отрицательный индуктивный эффект (-I) и является электроноакцепторным заместителем.

В молекуле акриловой кислоты -I сохраняется, но имеются две двойные связи С=С и С=О, разделенные простой связью С-С. Поэтому создается п-п- сопряжение. Следовательно СООН– в акриловой кислоте проявляет и мезомерный эффект (-М), поэтому в результате суммарного действия -I и -М электронная плотность на СН₂ = пониженная (+), а на атоме кислорода С=О, повышенная. Следовательно, карбоксильная группа в молекуле акриловой кислоты является сильным электроноакцепторным заместителем.

 

Пример 3.

Укажите вид и и знаки электронного эффекта хлора в молекулах хлорбензола и хлористого бензила.

Решение:

В молекуле хлорбензола атом хлора проявляет -I из-за большой электроотрицательности хлора С₆ Н₅ СI. Кроме того, атом хлора проявляет мезомерный эффект, если допустить, что атом хлора находится в sр² –гибридизации и неподеленная пара электронов на негибридизированной р-орбители частично смещенав сторону бензольного кольца. Следовательно атом хлора проявляет как –I, так и -М.Установлено, что /-I / больше /-М /. Поэтому хлор проявляет только отрицательный индуктивный эффект. В молекуле хлористого бензила хлор проявляет только отрицательный индуктивный эффект –I.

Мезомерный эффект не проявляется, так как атом хлора отделен от бензольного кольца двумя сигма связями и его неподеленная пара не может вступать в сопряжение с п-электронной системой бензольного кольца С₆Н₅ СН₂ СI.

Следовательно, в молекуле хлорбензила атом хлора является электроноакцептором.

 

Задачи для самостоятельного решения

1. Назовите по правилам номенклатуры следующие соединения:
а) CH₃-CH(C₂H₅)-CH₃ б) СН₂=СН – СН₂ – СН (ОН) – СН₃

2. Пурин входит в состав нуклеиновых кислот. Исходя из его строения объясните, почему пурин является ароматическим соединением.

3. Аминалон – вещество, принимающее участие в обменных процессах головного мозга, имеет строение H₂ N–CH₂ –CH₂ –CH₂ –COOH. Назовите его по международной номенклатуре.

4. Напишите структурные формулы следующих веществ:

а) 3-этилпентин-1, б),2-диметилгексен-1, в) 2,2,3-триметилбутан

5. Промежуточным продуктом углеводного обмена - пировиноградная кислота является 2-оксопропановой кислотой. Напишите ее структурную формулу.

6. Продуктом расщепления гликогена является молочная кислота

СН₃ – СНОН – СООН. Какие функциональные группы она содержит?

7. Объясните, почему гемоглобин относится к термодинамически устойчивым соединениям? Докажите, что порфин является ароматической системой?

8. Фумаровая кислота, образующаяся в процессе углеводного обмена, является транс-бутендиовой кислотой. Напишите ее структурную формулу с учетом транс-изомерии.

9. Укажите вид и знаки электронного эффекта –ОН группы в молекулах этилового спирта и фенола.

10. Написать хлорирование фенола и бензойной кислоты.

 

Тестовые задания