Номенклатура по органической химии. Органическая химия. Алканы. Принципы тривиальной и рациональной номенклатуры

25.05.2022

Лекция № 1

КЛАССИФИКАЦИЯ, НОМЕНКЛАТУРА и изомерия ОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ

1. Классификация органических соединений.

2. Номенклатура органических соединений.

3. Структурная изомерия.

1. Классификация органических соединений.

Органические соединения классифицируют по двум основным признакам: строению углеродного скелета и функциональным группам.

По строению углеродного скелета различают ациклические, карбоциклические и гетероциклические соединения.

Ациклические соединения – содержат открытую цепь атомов углерода.

Карбоциклические соединения – содержат замкнутую цепь углеродных атомов и подразделяются на алициклические и ароматические. К алициклическим относятся все карбоциклические соединения, кроме ароматических. Ароматические соединения содержат циклогексатриеновый фрагмент (бензольное ядро).

Гетероциклические соединения - содержат циклы, включающие наряду с атомами углерода один или несколько гетероатомов.

По природе функциональных групп органические соединения делят на классы .

Таблица 1. Основные классы органических соединений.

Функциональная группа	Класс соединений	Общая формула
Отсутствует	Углеводороды
F, - Cl, - Br, - I (–Hal)	Галогенпроизводные
Гидроксильная	Спирты и фенолы
Алкоксильная	Простые эфиры
NH2, >NH, >N-
	Нитросоединения
Карбонильная >c=o <="" center=""> >c=o>	Альдегиды и кетоны
Карбоксильная	Карбоновые кислоты
Алкоксикарбонильная	Сложные эфиры
Карбоксамидная	карбоновых кислот
Тиольная
	Сульфокислоты

2. Номенклатура органических соединений.

В настоящее время в органической химии общепринятой является систематическая номенклатура, разработаннаяМеждународным союзом чистой и прикладной химии (IUPAC ). Наряду с ней сохранились и используются тривиальная ирациональная номенклатуры.

Тривиальная номенклатура состоит из исторически сложившихся названий, которые не отражают состава и строения вещества. Они являются случайными и отражают природный источник вещества (молочная кислота, мочевина, кофеин), характерные свойства (глицерин, гремучая кислота), способ получения (пировиноградная кислота, серный эфир), имя первооткрывателя (кетон Михлера, углеводород Чичибабина), область применения (аскорбиновая кислота). Преимуществом тривиальных названий является их лаконичность, поэтому употребление некоторых из них разрешено правилами IUPAC.

Систематическая номенклатура является научной и отражает состав, химическое и пространственное строение соединения. Название соединения выражается при помощи сложного слова, составные части которого отражают определенные элементы строения молекулы вещества. В основе правил номенклатуры IUPAC лежат принципы заместительной номенклатуры , согласно которой молекулы соединений рассматриваются как производные углеводородов, в которых атомы водорода замещены на другие атомы или группы атомов. При построении названия в молекуле соединения выделяют следующие структурные элементы.

Родоначальная структура – главная цепь углеродная цепь или циклическая структура в карбо- и гетероциклах.

Углеводородный радикал – остаток формульного обозначения углеводорода со свободными валентностями (см. таблицу 2).

Характеристическая группа – функциональная группа, связанная с родоначальной структурой или входящая в ее состав (см. таблицу 3).

При составлении названия последовательно выполняют следующие правила.

1. Определяют старшую характеристическую группу и указывают ее обозначение в суффиксе (см. таблицу 3).

2. Определяют родоначальную структуру по следующим критериям в порядке падения старшинства: а) содержит старшую характеристическую группу; б) содержит максимальное число характеристических групп; в) содержит максимальное число кратных связей; г) имеет максимальную длину. Родоначальную структуру обозначают в корне названия в соответствии с длиной цепи или размером цикла: С1 – “мет”, С2 – “эт”, С3 – “проп”, С4 – “бут”, С5 и далее – корни греческих числительных.

3. Определяют степень насыщенности и отражают ее в суффиксе: “ан” – нет кратных связей, “ен” – двойная связь, “ин” – тройная связь.

4. Устанавливают остальные заместители (углеводородные радикалы и младшие характеристические группы) и перечисляют их названия в префиксе в алфавитном порядке.

5. Устанавливают умножающие префиксы – “ди”, “три”, “тетра”, указывающие число одинаковых структурных элементов (при перечислении заместителей в алфавитном порядке не учитываются).

6. Проводят нумерацию родоначальной структуры так, чтобы старшая характеристическая группа имела наименьший порядковый номер. Локанты (цифры) ставят перед названием родоначальной структуры, перед префиксами и перед суффиксами.

Таблица 2. Названия алканов и алкильных радикалов, принятые систематической номенклатурой IUPAC.

	Название	Алкильный радикал	Название



	Изопропил
	н-Бутан		н-Бутил
	втор-Бутил
	Изобутан		Изобутил
	трет-Бутил
CH3CH2СН2CH2СН3	н-Пентан	CH3CH2СН2CH2СН2-	н-Пентил
	Изопентан		Изопентил
	Неопентан		Неопентил

Таблица 3. Названия характеристических групп (перечислены в порядке убывания старшинства).

*Атом углерода, заключенный в скобки, входит в состав родоначальной структуры.

**Алкокси-группы и все следующие за ними перечисляются в префиксе по алфавиту и не имеют порядка старшинства.

Рациональная (радикально-функциональная) номенклатура используется для названий простых моно - и бифункциональных соединений и некоторых классов природных соединений. Основу названия составляет название данного класса соединений или одного из членов гомологического ряда с указанием заместителей. В качестве локантов, как правило, используются греческие буквы.

3. Структурная изомерия.

Изомеры – это вещества, имеющие одинаковый состав и молекулярную массу, но разные физические и химические свойства. Различия в свойствах изомеров обусловлены различиями в их химическом или пространственном строении.

Под химическим строением понимают природу и последовательность связей между атомами в молекуле. Изомеры, молекулы которых отличаются по химическому строению, называют структурными изомерами .

Структурные изомеры могут отличаться:

по строению углеродного скелета

по положению кратных связей и функциональных групп

по типу функциональных групп

1. Изомерия

Понятие «изомеры» введено Берцелиусом в 1830г. Он определил «изомеры» как вещества, имеющие одинаковый состав (молекулярную формулу), но различные свойства. Представление об изомерах Берцелиус ввел после того как установил, что циановая кислота НОСN идентична по составу гремучей или изоциановой кислоте О=С=NН.

Различают два основных вида изомерии: структурную и пространственную (стереоизомерию).

Структурные изомеры отличаются друг от друга порядком связей между атомами в молекуле; стереоизомеры - расположением атомов в пространстве при одинаковом порядке связей между ними.

2. Структурная изомерия

Структурная изомерия подразделяется на несколько разновидностей.

Изомерия углеродного скелета обусловлена различным порядком связи между атомами углерода, образующими скелет молекулы. Так, может существовать только один нециклический насыщенный углеводород с тремя атомами С - пропан (I). Углеводородов такого же типа с четырьмя атомами С может быть уже два: н -бутан (II) и изобутан (III), а с пятью атомами С - три: н -пентан (IV), изопентан (V) и неопентан (VI):аммиаком , тогда как 1,3-динитробензол (XI) в реакцию с NH3 не вступает.

В ряду алифатических простых эфиров, сульфидов и аминов существует специальный вид изомерии - метамерия , обусловленная различным положением гетероатома в углеродной цепи. Метамерами являются, например, метилпропиловый (XII) и диэтиловый (XIII) эфиры:

Изомерия непредельных соединений может быть вызвана различным положением кратной связи, как, например, в бутене-1 (XIV) и бутене-2 (XV), в винилуксусной (XVI) и кротоновой (XVII) кислотах:

В большинстве случаев структурные изомеры сочетают признаки изомерии скелета и изомерии положения, содержат различные функциональные группы и принадлежат к разным классам веществ, вследствие чего они отличаются друг от друга значительно больше, чем рассмотренные выше изомеры веществ одного и того же типа. Например, изомерами являются пропилен (XVIII) и циклопропан (XIX), оксид этилена (XX) и ацетальдегид (XXI), ацетон (XXII) и пропионовый альдегид (XXIII), диметиловый эфир (XXIV) и этиловый спирт (XXV), аллен (XXVI) и метилацетилен (XXVII):

Особым видом структурной изомерии является таутомерия (равновесная динамическая изомерия) - существование вещества в двух или более изомерных формах, легко переходящих друг в друга. Так, ацетоуксусный эфир существует в виде равновесной смеси кетонной (XXVIII) и енольной (XXIX) форм:

Название класса соединений	Общая формула
Алканы	С n H 2 n +2
Алкены, циклоалканы	С n H 2 n
Алкины, алкадиены, циклоалкены	С n H 2 n -2
Одноатомные спирты, простые эфиры	С n H 2n+1 OH
Двухатомные спирты	С n H 2n (OH) 2
Трехатомные спирты	С n H 2n-1 (OH) 3
Альдегиды (предельные), кетоны	С n H 2n+1 CHO
Одноосновные карбоновые кислоты, сложные эфиры	С n H 2n+1 COOH
Двухосновные карбоновые кислоты	С n H 2n (COOH) 2
Амины	С n H 2n+1 NH 2
Нитросоединения	С n H 2n+1 NO 2
Аминокислоты	С n H 2n NH 2 COOH
Ароматические углеводороды, гомологи бензола	С n H 2n-6
Ароматические одноатомные спирты	С n H 2n-7 OH
Ароматические двухатомные спирты	С n H 2n-8 (OH) 2
Ароматические альдегиды	С n H 2n-7 CHO
Ароматические одноосновные кислоты	С n H 2n-7 COOH

Алгоритм составления формул изомеров алканов

1. Определите число атомов углерода по корню названия углеводорода.

2. Изобразите схему нормальной углеродной цепи и пронумеруйте в ней атомы углерода.

3. Изобразите схему пронумерованной углеродной цепи изомеров, которых по сравнению с нормальной цепью на один атом углерода меньше, этот атом углерода присоедините во всевозможных положениях к атомам углерода пронумерованной главной цепи, кроме крайних.

4. Составьте схему пронумерованной углеродной цепи изомеров, в которых по сравнению с нормальной цепью на два атома углерода меньше; эти два атома углерода присоедините всевозможных положениях к атомам углерода пронумерованной главной цепи, кроме крайних.

5. Впишите атомы водорода с учетом недостающих единиц валентности у атомов углерода в схемах углеродной цепи (валентность углерода – IV).

6. Количество атомов углерода и водорода в углеродной цепи изомеров не должно меняться.

Алгоритм составления формул углеводородов по их названию

1. Определите число атомов углерода в молекуле по корню названия углеводорода.

2. Изобразите углеродную цепь в соответствии с числом атомов углерода в молекуле.

3. Пронумеруйте углеродную цепь.

4. Установите наличие соответствующей углеродной связи в молекуле по суффиксу названия углеводорода, изобразите эту связь в углеродной цепи.

5. Подставьте радикалы в соответствии с номерами атомов углерода в цепи.

6. Обозначьте черточками недостающие валентности у атомов углерода.

7. Впишите недостающие атомы водорода.

8. Представьте структурную формулу в сокращенной записи.

Названия некоторых органических веществ

Химическая формула	Систематическое название вещества	Тривиальное название вещества
СH 2 Cl 2	Дихлорметан	Хлористый метилен
CHCl 3	Трихлорметан	Хлороформ
CCl 4	Тетрахлорметан	Четыреххлористый углерод
C 2 H 2	Этин	Ацетилен
C 6 H 4 (CH 3) 2	Диметилбензол	Ксилол
C 6 H 5 CH 3	Метилбензол	Толуол
C 6 H 5 NH 2	Аминобензол	Анилин
C 6 H 5 OH	Гидроксибензол	Фенол, карболовая кислота
C 6 H 2 CH 3 (NO 2) 3	2,4,6-тринитротолуол	Тол, тротил
С 6 Н 3 (ОН) 3	1,2,3 - тригидроксибензол	Пирогаллол
С 6 Н 4 (ОН) 2	1,3 - дигидроксибензол	Резорцин
С 6 Н 4 (ОН) 2	1,2- дигидроксибензол	Пирокатехин
С 6 Н 4 (ОН) 2	1,4 - дигидроксибензол	Гидрохинон
C 6 H 2 OH(NO 2) 3	2,4,6- тринитрофенол	Пикриновая кислота
C 3 H 5 (OH) 3	Пропантриол -1,2,3	Глицерин
C 2 H 4 (OH) 2	Этандиол – 1,2	Этиленгликоль
C 6 H 5 CH 2 OH	Фенилметанол	Бензиловый спирт
С 6 H 8 (OH) 6	Гексангексаол-1,2,3,4,5,6	Сорбит
C 3 H 6 O	Прапанон	Ацетон
CH 3 OH	Метанол (метиловый спирт)	Древесный спирт
СН 2 О	Метаналь	Формальдегид
С 2 Н 4 О	Этаналь	Уксусный альдегид, ацетальальдегид
С 3 Н 6 О	Пропаналь	Пропионовый альдегид
С 3 Н 4 О	Пропеналь	Акролеин
С 6 Н 5 СОН	Бензальдегид	Бензойный альдегид
С 4 Н 8 О	Бутаналь	Масляный альдегид
С 5 Н 10 О	Пентаналь	Валериановый альдегид
НСООН	Метановая кислота	Муравьиная кислота(соль - формиат)
СН 3 СООН	Этановая кислота	Уксусная кислота(соль – ацетат)
С 2 Н 5 СООН	Пропановая кислота	Пропионовая кислота
С 3 Н 7 СООН	Бутановая кислота	Масляная кислота
С 4 Н 9 СООН	Пентановая кислота	Валериановая кислота
С 5 Н 11 СООН	Гексановая кислота	Капроновая кислота
С 6 Н 13 СООН	Гептановая кислота	Энантовая кислота
С 7 Н 15 СООН	Октановая кислота	Каприловая кислота
С 8 Н 17 СООН	Нонановая кислота	Пеларголовая кислота
НООС - СООН	Этандиовая кислота	Щавелевая кислота(соль – оксалат)
НООС –СН 2 - СООН	Пропандиовая кислота	Малоновая кислота
НООС –(СН 2) 2 - СООН	Бутандиовая кислота	Янтарная кислота
С 17 Н 33 СООН(непред)	Октадекеновая кислота	Олеиновая кислота
С 15 Н 31 СООН(пред)	Гексадекановая кислота	Пальмитиновая кислота
С 17 Н 35 СООН(пред)	Октадекановая кислота	Стеариновая кислота(соль – стеарат)

3. Номенклатура органических соединений

Номенклатура в химии – это, образно говоря, профессиональный язык химиков. Она, в идеале, точно и ясно должна отображать химическое строение, пространственную структуру веществ и их химические превращения.

Органические вещества многообразны и многочисленны. Однако каждое соединение должно иметь своё название, а названию соединения должно соответствовать лишь одна структурная формула . Ещё в последней четверти XIX в. органические вещества в основном называли по тривиальной (эмпирической) номенклатуре, позже стали использовать рациональные названия. Однако рациональная номенклатура не является официальной и современная научная номенклатура не рекомендует её применять. Поэтому в саамы современных учебниках рациональные названия сохранились лишь для узкого ряда соединений, например алкил - и диалкилацетилены.

В 1919 г. С целью стандартизации химической номенклатуры, химических терминов, атомных масс, способов проведения эксперимента и предоставления полученных результатов был организован Международный союз по теоретической и прикладной химии – ИЮПАК (от англ. International Union of Pure and Appied Chemistry – IUPAC )

После съезда ИЮПАК в Лондоне, который состоялся в 1947 г., большая работа по расширению и исправлению правил была проведена комиссией ИЮПАК по номенклатуре органических соединений. Съезды ИЮПАК в 1957 и 1965 гг. рекомендовали разработанную ею номенклатуру к использованию, и она стала называться номенклатурой ИЮПАК. Правила этой номенклатуры выходили в разные годы отдельными изданиями, а в 1979 г. Были собраны в «Голубой книге», которая представляет собой наиболее полный свод современных правил номенклатуры органических соединений.

3.1 Тривиальная, или эмпирическая номенклатура

Тривиальные, или эмпирические, названия веществ – это случайные названия. Обычно они отражают природный источник, метод получения или какое-нибудь свойство соединения. Например, мочевина содержится в моче, муравьиная кислота – в выделениях муравьёв, щавелевая кислота – в щавеле, молочная кислота – в кислом молоке, яблочная кислота - в яблоке, лимонная кислота - в лимоне, виноградная кислота – в винограде; пировиноградную кислоту и пирогаллол получают пиролизом виноградной и галловой кислот; глицерин, гликоли, глицин или гликокол – вещества имеющие сладкий вкус.

H 2 NCONH 2 – мочевина,

HCOOH – муравьиная кислота,

НООССООН – щавелевая кислота,

СН3СН(ОН)СООН – молочная кислота,

НООССН(ОН)СН2СООН – яблочная кислота,

НОСН2СН(ОН)СН2ОН – глицерин,

НОСН2СН2ОН – этиленгликоль,

H 2 NCH 2 COOH – гликокол, глицин.

3.2 Рациональная номенклатура.

Прежде чем рассматривать основы этой номенклатуры, ознакомимся с несколькими важными в органической химии понятиями. Атомы углерода в цепи могут различаться по числу связей с соседними атомами углерода. Ели число таких связей четыре, то углерод называется четвертичным (четверт.), три – третичным (трет.), две – вторичным (втор.), одна – первичным (перв.).

При отрыве атома углерода от молекулы углеводорода образуется углеводородный радикал. Названия предельных ациклических радикалов получаются заменой суффикса -ан в названии углеводорода на –ил . Исходя из количества связей углерода со свободной валентностью с соседними атомами углерода различают первичные, вторичные, третичные радикалы. Неразветвлённый первичный радикал называют нормальным и обозначают строчной буквой н -, которая пишется через дефис перед общим названием радикала.

Вещества, близкие по строению и очень похожие по химическим свойствам, но различающиеся по молекулярному составу лишь на одну или несколько метиленовых групп CH 2 , называют гомологами. Гомологи образуют гомологический ряд, где каждый последующий гомолог отличается от предыдущего на одну метиленовую группу. Гомологические ряды углеводородов получили своё название от названий первых представителей – родоначальников ряда. Например, предельные углеводороды называются метановыми, а непредельные – этиленовыми или ацетиленовыми. По рациональной номенклатуре все гомологи рассматриваются как вещества, полученные заменой одного или нескольких атомов водорода в родоначальнике ряда на углеводородные радикалы. Поэтому сначала находят метановый углерод или этиленовый или ацетиленовый фрагмент и определяют радикалы, связанные с ними. В ациклическом предельном углеводороде за метановый углерод принимаю прежде всего четвертичный, в его отсутствие – третичный и т. д. сначала перечисляют углеводородные радикалы с множительными префиксами, а затем добавляют название родоначальника ряда.

СН3СН 2СН3 – диметилметан,

СН3С (СН3)2СН2СН(СН3)СН3 – триметилизобутилметан,

СН3СН2СН=СН 2 –этилэтилен,

СН3С≡СН – метилацетилен.

3.3 Научные номенклатуры

Номенклатура ИЮПАК органических соединений представляет собой систему нескольких научных номенклатур и способов названия. Для составления названия вещества в целом используют преимущественно заместительную номенклатуру ИЮПАК, реже – радикально-функциональную. Главная ациклическая цепь, содержащая несколько нетерминальных гетероатомов, гетероциклы могут быть названы по заменительной номенклатуре. В органической химии неуглеродный элемент, кроме водорода, называется гетероэлементом . Кислород, азот , сера, фосфор, кремний – гетероэлементы, наиболее часто встречающиеся в составе органических соединений. Если гетероатом находится в конце ациклической цепи, его называют терминальным , если он внутри этой цепи, то нетерминальным . Если в замкнутой цепи атомов, т. е. в цикле, имеется хотя бы один атом гетероэлемента, то такой цикл называют гетероциклом , а соединение – гетероциклическим .

Для гетероциклов разработан специальный способ названия расширенная система Ганча-Видмана , и названия гетероциклов по этой системе предпочтительны, чем названия по заменительной номенклатуре. Названия полиядерных карбоцилов, содержащих максимальное число некумулированных двойных связей, а также сложных систем, состоящих из карбо - и гетероцикла или нескольких гетероциклов, составляются по методу конденсирования .

3.3.1 Заместительная номенклатура

Заместительная номенклатура рассматривает любое органическое соединение как состоящее из родоночальной структуры и заместителей . Имеется также понятие характерных структурных элементов соединения , к которым относят заместители и типы связей или степень насыщенности. Степень насыщенности родоначальной структуры соединения и углеводородных радикалов передаётся суффиксами –ан (насыщенный, только одинарные связи), -ен (двойная связь), -ин (тройная связь). Если присутствует несколько одинаковых ненасыщенных связей, то используют множительные префиксы; ди-, три-, тетра- , и т. д.., например диен, диин, триен, триин.

Заместители делятся на углеводородные радикалы и характеристические группы. Последние в свою очередь формально разделяются на функциональные группы (ФГ) и нефункциональные группы (НФГ). Для ФГ имеется ряд старшинства:

RnN + H 3- n , COOH , SO 3 H , COOR , COHlg , CONH 2 , CN , CHO , > C = O , OH , SH , OOH , NH 2 .

Для НФГ и радикалов характерны только префиксные названия (в приведенном ниже примере 1: З-метил-5-хлоро-..; в примере 2: 5-бромо-...). Для ФГ характерны два названия: 1) для употребления в суффиксе (суффиксное обозначение или название), когда ФГ является старшей (в примере 3: ОН - старшая ФГ, суффиксное обозначение -ол; в примере 4: N Н2 - старшая ФГ, суффиксное название -амин); 2) для использования в префиксе (префиксное обозначение или название), когда ФГ является младшей (в приме ре 2: ОН - младшая ФГ, префиксное обозначение гидрокси-; в примере 1: N Н2 - младшая ФГ, префиксное название амино-).

Пример 1:

font-size:9.0pt;line-height:150%; font-family:Verdana">

Местоположения заместителей и ненасыщенных связей в родоначальной структуре указываются цифрами, которые получили н азвание локантов. Расположение локантов подчиняется простому правилу: локанты ставятся перед префиксами, но после суффик сов. Локанты отделяются друг от друга запятыми, а от префикса, суффикса и названия родоначальной структуры - черточками (см. примеры 1-4). Локанты конденсирования двух систем и более заключаются в квадратные скобки; они относятся к исходным компонентам (в примере 3 ), а не к конечной конденсированной системе. Цифры в квадратных скобках в названиях спира нов, бициклических и полициклических соединений не являются локантами, так как они указывают на число атомов в определенном звене (в примере 4 ), а не на их номера.

Если у одного и того же или у разных атомов родоначальной структуры имеется несколько одинаковых заместителей, то, соби рая их вместе, используют умножающие префиксы, например: 2,3,3-три метил-2,4-ди окси-, 2,3-ди оксо-1,5-ди хлоро-, .~ди а- мин-1,3, .-три ол- 1,3,4, .-ди карбоновая-1,4 кислота. Префиксные обозначения заместителей перечисляются в названии соединения в алфавитном порядке, но множительные префиксы не учитываются: СН3С(СН3)2СН(СН3)СН(С l )СН(С l )СООН -4,5,5-триметил-2,3-дихлорогексановая кислота.

В приведенных выше примерах 2-4 атомы углерода в циклах не изображены. Аналогичная запись формул используется также в ациклических системах. Например

Такую же форму записи можно применять и для обозначения углеводородных радикалов. В качестве примера приводятся алкилзамещенные бензолы:

В современной химической литературе углеводородные радиолы обозначаются двумя буквами их английских названий:

CH 3 – Me , C 2 H 5 – Et , н- C 3 H 7 – n - Pr , изо- C 3 H 7 – i - Pr , н- C 4 H 9 – n - Bu , втор.- C 4 H 9 – s - Bu , изо- C 4 H 9 – i - Bu , трет.- C 4 H 9 – t - Bu , C 6 H 5 – Ph , C 6 H 5 CH 2 – Bz .

Заместители бывают также простые (СН3, СН3(СН2)3СН2- , С6Н5, F , С l , J , N Н2, СN, ОН, NO , NO 2 ), составные, состоящие из двух или более простых, и сложные - из простого, с которым свя заны составные заместители. Как составные, так и сложные имеют единые префиксные названия, включая множительные приставки ди -, три - и т. д., причем их располагают в алфавитном порядке по первым буквам: д иметиламино-, м етиламино-, х лорометил, д ихлорометил, т рихлорометил, а минокарбонил-(СО N Н2), а лкоксикарбонил- (СОО R ), б ромокарбонил - (ВгСО), 3-г идрокси-2-(т рихлорометил)пропил [-СН2СН(СС l 3 )СН2ОН], 2-(д ихлорометил)-1-(трифторометил)-3,3,3-трихлоропропил [СС l 3 СН(СНС l 2 )СН(С F 3 )-]. Для составных и сложных заместителей, название которых, как правило, заключаются в скобки, используются умножающие префиксы бис-, трис-, тетракис- и т. д., которые при перечислении префиксов в алфавитном порядке не учитываются.

4-(д иметиламино)-2,3,5-трим етил-2,3-бис(т рифторометил)гексановая кислота.

Согласно правилам заместительной номенклатуры, название органического соединения состоит из названия родоначальной структуры, префиксов и суффиксов с соответствующими локантами.

Название соединения
Перфиксы радикалов, младших ФГ, НФГ, гидро, т. е. определяемые префиксы в алфавитном порядке с локантами впереди	Название родоначальной структуры = неотделяемые префиксы + корень + суффикс степени насыщенности	Суффикс старшей ФГ

Префиксы, которые являются интегральной частью названия родоначальной структуры, например цикло - (примеры 2, 4), изо-, а-обозначения элементов (окса-, тиа~, аза-, фосфа-, и т. д., см. пример 4, окса-), название причлененнои структуры по методу конденсирования (бензо-, нафто-, антра-, тиено-, пирано - и т. д., см. пример 3, имидазо-), а также эпокси - и эпитио-, указывающие на присоединение, называются неотделяемыми, в то время как префиксы радикалов, характеристических групп и префикс гидро- - отделяемыми. Сначала отделяемые префиксы располагают в ал фавитном порядке, а затем вставляют умножающие префиксы и локанты.

3.3.2 Заменительная номенклатура

Заменительная номенклатура применяется для формирования научных названий гетероциклических систем, а также ациклической родоначальной структуры соединения, состоящей из ряда неодинаковых фрагментов, соединенных друг с другом посредством гетероатомов. Основу названия родоначальной структуры по этой номенклатуре составляет название гипотетической открытой или циклической углеродной цепи (гептан или циклопентадиен, см. примеры 1 и 2 далее), которые получаются

заменой гетероатомов на атомы углерода. Причём в ациклической системе на атомы углерода заменяют лишь неконцевые гетероатомы (пример 1). К этому названию по порядку убывания старшинства добавляют неотделимые префиксы, указывающие на природу гетероатомов (а-обозначения элементов) и их локанты (3,6-оксаза + гептан → 3,6-оксазагептан в примере 1; 1,3-тиаза + циклопентадиен-2,4 → 1,3-тиазациклопентадиен-2,4 в примере 2); а-обозначения элементов образуются заменой окончания в их латинском названии на «а». Старшинство гетероэлементов в Периодической системе элементов уменьшается всерху вниз в группах и справа налево в периодах (кислород – самый старший, алюминий – самый младший в этом фрагменте системы), как показано ниже:

Органическая химия – это химия соединений углерода, или, иначе, химия углеводородов и их производных. Какова же классификация и номенклатура органических соединений?

Что такое органические соединения?

По составу органические соединения делятся на классы – углеводороды и функциональные производные углеводородов.

Углеводороды – это органические соединения, в состав которых входят только атомы углерода и водорода (и в основе которых лежит цепь, построенная из углеродных атомов).

Рис. 1. Таблица углеводородов.

Функциональные производные углеводородов имеют одну или несколько функциональных (действующих) групп, которые содержат атомы других элементов (кроме углерода и водорода) и определяют свойства данного класса соединений. В состав функциональных групп входят атомы таких элементов, как кислород, азот, сера. Основные классы органических соединений характеризуются видом функциональных групп.

По форме углеродной цепи органические соединения делятся на соединения нормального и изостроения, а также на соединения с открытой углеродной цепью (ациклические) и с замкнутой углеродной цепью (циклические).

Соединения нормального строения имеют углеродную цепь без разветвлений, а соединения изостроения имеют разветвления в углеродной цепи

Рис. 2. Виды углеродных цепей.

По типу химической связи между атомами углерода органические соединения делятся на насыщенные (предельные) и ненасыщенные (непредельные). Насыщенные содержат только простые углерод-углеродные связи, а ненасыщенные – хотя бы одну кратную связь.

Соединения с открытой цепью – насыщенные и ненасыщенные – называют соединениями жирного ряда., или алифатическими.

Циклические соединения (насыщенные и ненасыщенные) называют алициклическими.

Существуют соединения с особым видом связи, которые называют ароматическими

Номенклатура органических соединений

В настоящее время органические соединения называют согласно правилам Международной систематической номенклатуры. Для распространенных в быту и промышленности соединений, особенно природных, используется тривиальная номенклатура, включающая исторически сложившиеся названия. Для некоторых, особенно монофункциональных, соединений применяется разновидность МСН – радикально-функциональная номенклатура.

Основные принципы составления названия соединения по МСН:

молекула рассматривается как производное предельного углеводорода;
в молекуле выбирают самую длинную углеродную цепь, содержащую функциональную группу или кратную связь, если они есть. цепь называют, как соответствующий предельный углеводород;
главную цепь нумеруют с того его конца, к которому ближе стоит старшая группа в молекуле;
если в главной цепи есть кратная связь, то в названии предельного углеводорода окончание -ан меняется на соответствующее;
если в главной цепи есть функциональная группа, то к названию главной цепи прибавляют соответствующее окончание;
перед названием главной цепи перечисляют названия радикалов, не входящих в главную цепь, но связанных с ней, с добавлением одного локанта на каждый радикал.

НОМЕНКЛАТУРА ОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ

Интернет урок Основные принципы номенклатуры органических соединений

В настоящее время для наименования органических соединений применяются три типа номенклатуры:

тривиальная, рациональная и систематическая номенклатура — номенклатура IUPAC (ИЮПАК) — International Union of Pure and Applied Chemistry (Международного союза теоретической и прикладной химии).

Тривиальная (историческая) номенклатура — первая номенклатура, возникшая в начале развития органической химии, когда не существовало классификации и теории строения органических соединений. Органическим соединениям давали случайные названия по источнику получения (щавелевая кислота, яблочная кислота, ванилин), цвету или запаху (ароматические соединения), реже — по химическим свойствам (парафины). Многие такие названия часто применяются до сих пор. Например: мочевина, толуол, ксилол, индиго, уксусная кислота, масляная кислота, валериановая кислота, гликоль, аланин и многие другие.

Рациональная номенклатура — по этой номенклатуре за основу наименования органического соединения обычно принимают название наиболее простого (чаще всего первого) члена данного гомологического ряда. Все остальные соединения рассматриваются как производные этого соединения, образованные замещением в нем атомов водорода углеводородными или иными радикалами (например: триметилуксусный альдегид, метиламин, хлоруксусная кислота, метиловый спирт). В настоящее время такая номенклатура применяется только в тех случаях, когда она дает особенно наглядное представление о соединении.

Систематическая номенклатура — номенклатура IUPAC — международная единая химическая номенклатура. Систематическая номенклатура основывается на современной теории строения и классификации органических соединений и пытается решить главную проблему номенклатуры: название каждого органического соединения должно содержать правильные названия функций (заместителей) и основного скелета углеводорода и должно быть таким, чтобы по названию можно было написать единственно правильную структурную формулу.

Процесс создания международной номенклатуры был начат в 1892 г. (Женевская номенклатура ), продолжен в 1930 г. (Льежская номенклатура ), с 1947 г. дальнейшее развитие связано с деятельностью комиссии ИЮПАК по номенклатуре органических соединений. Публиковавшиеся в разные годы правила ИЮПАК собраны в 1979 г. в “голубой книге ” . Своей задачей комиссия ИЮПАК считает не создание новой, единой системы номенклатуры, а упорядочение, “кодификацию”, имеющейся практики.

Результатом этого является сосуществование в правилах ИЮПАК нескольких номенклатурных систем, а, следовательно, и нескольких допустимых названий для одного и того же вещества. Правила ИЮПАК опираются на следующие системы: заместительную, радикало-функциональную, аддитивную (соединительную), заменительную номенклатуру и т.д.

В заместительной номенклатуре основой названия служит один углеводородный фрагмент, а другие рассматриваются как заместители водорода (например, (C6 H5 )3 CH - трифенилметан).

В радикало-функциональной номенклатуре в основе названия лежит название характеристической функциональной группы, определяющей химический класс соединения, к которому присоединяют наименование органического радикала, например:

C2 H5 OH — этиловый спирт ;

C2 H5 Cl — этилхлорид ;

CH3 -O-C2 H5 — метилэтиловый эфир ;

CH3 -CO-CH = CH2 — метилвинилкетон .

В соединительной номенклатуре название составляют из нескольких равноправных частей (например, C6 H5 -C6 H5 бифенил) или добавляя обозначения присоединенных атомов к названию основной структуры (например, 1,2,3,4-тетрагидронафталин, гидрокоричная кислота, этиленоксид, стиролдихлорид).

Заменительную номенклатуру применяют при наличии неуглеродных атомов (гетероатомов) в молекулярной цепи: корни латинских названий этих атомов с окончанием “а” (а-номенклатура) присоединяют к названиям всей структуры, которая получилась бы, если бы вместо гетероатомов был углерод (например, CH3 -O-CH2 -CH2 -NH-CH2 -CH2 -S-CH3 2-окса-8-тиа-5-азанонан).

Система ИЮПАК является общепризнанной в мире, и лишь адаптируется соответственно грамматике языка страны. Полный набор правил применения системы ИЮПАК ко многим менее обычным типам молекул длинен и сложен. Здесь представлено лишь основное содержание системы, но это позволяет осуществлять наименование соединений, для которых применяется система.

1. ПРЕДЕЛЬНЫЕ УГЛЕВОДОРОДЫ

1.1. Насыщеные неразветвленные соединения

Названия первых четырех предельных углеводородов тривиальные (исторические названия) — метан, этан, пропан, бутан. Начиная с пятого, названия образованы греческими числительными, соответствующими количеству атомов углерода в молекуле, с добавлением суффикса "-АН ", за исключением числа "девять", когда корнем служит латинское числительное "нона".

Таблица 1. Названия предельных углеводородов

ФОРМУЛА	НАЗВАНИЕ	ФОРМУЛА	НАЗВАНИЕ
СН4	метан	С6 Н14	гексан
С2 Н6	этан	С7 Н16	гептан
С3 Н8	пропан	С8 Н18	октан
С4 Н10	бутан	С9 Н20	нонан
С5 Н12	пентан	С10 Н22	декан

1.1.1. Одновалентные радикалы

Одновалентные радикалы, образованные из насыщенных неразветвленных предельных углеводородов отнятием водорода от конечного углеродного атома, называют заменяя суффикс"-АН " в названии углеводорода суффиксом "-ИЛ ".

Атом углерода со свободной валентностью получает номер? Эти радикалы называют нормальными или неразветвленными алкилами :

СН3 - — метил;

СН3 -СН2 -СН2 -СН2 - — бутил;

СН3 -СН2 -СН2 -СН2 -СН2 -СН2 - — гексил.

Таблица 2. Названия углеводородных радикалов

ФОРМУЛА	НАЗВАНИЕ	ФОРМУЛА	НАЗВАНИЕ
СН3 -	метил	С6 Н13 -	гексил
С2 Н5 -	этил	С7 Н15 -	гептил
С3 Н7 -	пропил	С8 Н17 -	октил
С4 Н9 -	бутил	С9 Н29 -	нонил
С5 Н11 -	пентил	С10 Н21 -	декил

1.2. Насыщенные разветвленные соединения с одним заместителем

Номенклатура ИЮПАК для алканов в индивидуальных названиях сохраняет принцип Женевской номенклатуры. Называя алкан, исходят из названия углеводорода, отвечающего самой длиной углеродной цепи в данном соединении (главная цепь), а затем указывают радикалы, примыкающие к этой основной цепи.

Главная углеродная цепь, во-первых, должна быть самой длинной, во-вторых, если имеются две или более одинаковые по длине цепи, то из них выбирается наиболее разветвленная.

* Для названия насыщенных разветвленных соединений выбирают самую длинную цепочку из атомов углерода:

* Нумеруют выбранную цепь от одного конца до другого арабскими цифрами, причем, нумерацию начинают с того конца, к которому ближе находится заместитель:

* Указывают положение заместителя (номер атома углерода, у которого находиться алкильный радикал):

* Называют алкильный радикал в соответствии с его положением в цепи:

* Называют основную (самую длинную углеродную цепь):

Если заместителем будет являться галоген (фтор, хлор, бром, йод), то все номенклатурные правила сохраняются:

Тривиальные названия сохраняются только для следующих углеводородов:

Если в углеводородной цепи находятся, несколько одинаковых заместителей, то перед их названием ставится приставка “ди”, “три”, “тетра”, “пента”, “гекса” и т.д., обозначающая число присутствующих групп:

1.3. Насыщенные разветвенные соединения с несколькими заместителями

При наличии двух и более разных боковых цепей, их можно перечислять: а) в алфавитном порядке или б) в порядке возрастания сложности.

а) При перечислении разных боковых цепей в алфавитном порядке умножающие префиксы не учитываются. Сперва названия атомов и групп располагают в алфавитном порядке, а затем вставляют умножающие префиксы и цифры местоположения (локанты):

2-метил-5-пропил-3,4-диэтилоктан

б) При перечислении боковых цепей в порядке возрастания сложности исходят из следующих принципов:

менее сложна, чем

Если две или более боковые цепи находятся в равнозначном положении, то более низкий номер получает та цепь, которая в названии перечисляется первой, независимо от того, соблюдается ли порядок возрастающей сложности или алфавитный:

а) алфавитный порядок:

б) порядок расположения по сложности:

Если в углеводородной цепи находятся несколько углеводородных радикалов и они различны по сложности, а при нумерации получаются различающиеся ряды нескольких цифр, их сравнивают, расположив цифры в рядах в порядке возрастания. “Наименьшими” считают цифры того ряда, в котором первая отличающаяся цифра меньше (например: 2, 3, 5 меньше, чем 2, 4, 5 или 2, 7, 8 меньше, чем 3, 4, 9). Этот принцип соблюдается независимо от природы заместителей.

В некоторых справочниках для определения выбора нумерации используют сумму цифр, нумерацию начинают с той стороны, где сумма цифр, обозначающих положение заместителей, наименьшая:

2, 3 , 5, 6, 7, 9 — ряд цифр наименьший

2, 4 , 5, 6, 8, 9

или

2+3+5+6+7+9 = 32 — сумма номеров заместителей наименьшая

2+4+5+6+8+9 = 34

следовательно, углеводородную цепь нумеруют слева направо, тогда название углеводорода будет:

(2, 6, 9-триметил-5,7-дипропил-3,6-диэтилдекан)

(2,2,4-триметилпентан, но не 2,4,4-триметилпентан)

Если в углеводородной цепи находится, несколько различных заместителей (например, углеводородные радикалы и галогены), то перечисление заместителей производится либо в алфавитном порядке, либо в порядке возрастания сложности (фтор, хлор, бром, йод):

а) алфавитный порядок 3-бром-1-иод -2-метил -5-хлорпентан;

б) порядок возрастания сложности: 5-хлор-3-бром-1-иод-2-метилпентан.

ПРОДОЛЖЕНИЕ

ПЕРЕЙТИ К