книги из ГПНТБ / Пальм, В. А. Введение в теоретическую органическую химию учеб. пособие

НОМЕНКЛАТУРНЫЕ п р а в и л а д л я о б о з н а ч е н и я

ПРИСУТСТВИЯ И ПОЛОЖЕНИЯ двойны х и ТРОЙНЫХ СВЯЗЕЙ

В систематической номенклатуре названия непредельных нормаль­ ных углеводородов производят из названий соответствующих алка­ нов, заменяя окончание -ан новым окончанием согласно правилам, изложенным ниже.

Наличие одной двойной связи обозначается окончанием -ен. Соот­ ветствующая группа соединений называется алкены (более старое наз­ вание олефины не является систематическим).

Для обозначения положения двойной связи атомы углерода нуме­ руются, начиная от того конца углеродной цепи, который находится ближе к двойной связи. Номер того из атомов углерода, связанных двойной связью, который расположен ближе к началу цепи, использу­ ется для обозначения положения двойной связи: согласно правилам женевской номенклатуры, этот номер добавляется после суффикса -ен, согласно правилам ШРАС — в начале названия в качестве до­ полнительной приставки (в приведенных ниже примерах в скобках

Присутствие одной тройной связи обозначается посредством окон­ чания -ин; соответствующая группа соединений называется алкины.

Названия алкинов производят аналогично алкенам, пользуясь окончанием -ин вместо -ен, например

(женевская номенклатура) цифры, обозначающие положение двойных связей. Две двойные связи, замыкающиеся на одном и том же атоме углерода (—С = С = С —), называются кумулированными, две двойные связи, разъединенные одной одиночной связью —С =С —С=С —,— сопряженными. Если между двумя двойными связями расположен один или несколько атомов углерода, то такие двойные связи называ­ ются изолированными. Присутствие нескольких тройных связей также обозначается окончаниями -адиин, -атриин, -атетраин и т. д. Если имеются как двойные, так и тройные связи, то первым ставят оконча­ ние, обозначающее число двойных связей: -ен, -адиен, -атриен и т. д., после чего следует окончание, обозначающее число тройных связей: -ин, -диин, -триин и т. д.*. Нумерацию углеродных атомов начинают

* Если окончание следует не после корня, а вслед за другими окончаниями, буква «а» в его начале опускается.

101

с того конца цепи, который ближе к двойной связи. Цифры, обозна­ чающие положения двойных и тройных связей, размещают, по женев­ ской номенклатуре, после соответствующих суффиксов. Согласно пра­ вилам ШРАС, цифры, указывающие расположение двойных связей, ставят перед названием соединения, цифры же, указывающие поло­ жение тройных связей,— перед соответствующими окончаниями:

1 2 3 4 5 6 10 3 8 7 6 5 4 3 2 1

сн г = с н —с н 2—с = с —с н 3 с н 3с н 2с = С -С Н = СН - СН2—СН=СН-СН3

Если в рассматриваемом соединении невозможна изомерия, свя­ занная с различным расположением двойных или тройных связей, то цифры, указывающие их положение, опускаются:

сн= с— с= сн

бутадиин

В приведенных примерах в скобках даны тривиальные названия, узаконенные правилами ШРАС в качестве систематических.

ацетилена, пользуясь при этом тривиальными названиями углеводо­

окончанием -илен. Поскольку здесь нумерация атомов углерода не принята, то в случае более сложных соединений возникают затруднения при различении изомеров, например

НОМЕНКЛАТУРА БОКОВЫХ ЦЕПЕЙ (УГЛЕВОДОРОДНЫХ ЗАМЕСТИТЕЛЕЙ)

Углеводородные заместители, или радикалы, могут быть одно-, двух- и трехвалентными, с одной, двумя или тремя свободными ва­ лентностями у одного и того же атома углерода. Они могут заместить один, два или три атома водорода. Возможны и такие двухвалентные радикалы, свободные валентности которых расположены у разных ато­ мов углерода.

102

рода выводится из наименования соответствующего алкана путем за­ мены окончания -ан на -ил. Конкретные примеры приведены в табл. 5. Общее наименование таких радикалов — алкилы.

Если свободная валентность насыщенного радикала с нормальным строением углеродного скелета находится не у одного из концевых ато­ мов углерода, то такие радикалы рассматривают как алкил, замещен­ ный другим алкилом. Самая длинная углеродная цепь, считая от атома углерода со свободной валентностью, принимается главной и нумеру­ ется, начиная с указанного атома углерода. Более короткая цепь рас­ сматривается в качестве алкильного заместителя. Например

с н 3— с н 2—с н 2—с н —с н 2—с н 3

I

1- э т и л б у т и л

Вслучае разветвленного алкильного радикала также выделяется

главная углеродная цепь — самая длинная, считая с атома углерода со «свободной валентностью»,— которая нумеруется, начиная с этого атома. Все разветвления рассматривают в качестве алкильных замести­ телей в соответствующем алкиле. Названия заместителей перечисляют­ ся перед названием алкила, соответствующего главной цепи, либо в порядке увеличения их сложности, либо в алфавитном порядке. Их положение обозначают порядковыми номерами тех углеродных атомов главной цепи, к которым они примыкают, а соответствующие цифры пишут перед названием каждого из заместителей. Если с главной цепью соединено несколько одинаковых заместителей, то используются при­ ставки ди-, три-, тетра- и т. д., перед которыми располагают в воз­ растающей последовательности цифры, указывающие их положение.

Названия двух- и трехвалентных радикалов производят путем за­ мены окончания -ил на -идеи или -идин.

Наличие двойных и тройных связей, их число и положение обозна­ чается так, как сказано в предыдущем разделе, но при этом нумерация начинается от углеродного атома со свободной валентностью, а в ка­ честве главной углеродной цепи выбирается та, которая содержит на­ ибольшее число двойных и тройных связей. При наличии альтернати­ вы предпочтение отдается цепи с наибольшим числом двойных связей. Окончание -ил в этом случае добавляется в самом конце.

Р а ц и о н а л ь н а я н о м е н к л а т у р а для простейших ра­ дикалов пользуется их тривиальными названиями, более же сложные рассматривает как замещенный метил.

Присваивая радикалам тривиальные названия, принято различать углеродные атомы по числу связей с другими углеродными атомами! Атом углерода в первом валентном состоянии, связанный только с од­ ним углеродным атомом, называется первичным, с двумя — вторич­ ным, с тремя — третичным и с четырьмя — четвертичным. В зави­ симости от того, у какого углеродного атома расположена свободная валентность, радикал называют первичным, вторичным или третичным.

Исторически тривиальные названия радикалов сложились из три­ виальных наименований соответствующих спиртов. С этим связано правило образования наименований радикалов, исходя из соответству­

103

ющих рациональных названий спиртов, и их общее название — кар- б'инил.

Названия наиболее часто встречающихся радикалов и примеры не­ которых сложных случаев приведены в табл. 6.

Т а б л и ц а 6

Названия радикалов

Название

*По правилам женевской номенклатуры вся нумерация, связанная с окончаниями,

следует после соответствующего окончания: пропен-2-ил, пентен-1-ин-З-ил, пропин-1-ил пропин-2-ил.

**Эти тривиальные названия приняты правилами IUPAC в качестве систематических.

ПРАВИЛА ПЕРЕЧИСЛЕНИЯ ЗАМЕСТИТЕЛЕЙ И УКАЗАНИЯ ИХ ПОЛОЖЕНИЯ

Чтобы образовать с и с т е м а т и ч е с к и е н а з в а н и я для углеводородов с разветвленной углеродной цепью, беря при этом за основу номенклатуру углеводородов с нормальным строением, нужны правила для выделения главной углеродной цепи в молекуле любого

1 0 4

алифатического углеводорода. Это позволяет рассматривать данный углеводород как производное нормального алкана, соответствующего главной цепи, полученное из него путем введения радикалов-замести- телей и двойных и тройных связей.

При определении главной углеродной цепи необходимо учитывать три правила, которые приводятся в порядке убывающей предпочти­ тельности,— каждое последующее применяется только в том случае, если предыдущие не позволяют однозначно выделить главную углерод­ ную цепь.

В качестве главной цепи выделяется та, которая содержит наиболь­ шее число:

1)кратных (двойных или тройных) связей,

2)атомов углерода,

3)двойных связей.

Выбор главной цепи не должен зависеть от способа написания струк­ турной формулы.

Если в насыщенном углеводороде имеется несколько углеродных цепей равной длины, то следует привлечь следующие дополнительные правила, излагаемые также в порядке убывающей предпочтительности. Главная цепь имеет:

4) наибольшее число боковых цепей (радикалов-заместителей),

5)боковые цепи с наименьшими номерами положения,

6)больше атомов углерода в меньших боковых цепях,

7)наименее' разветвленные боковые цепи.

При нумерации атомов углерода главной углеродной цепи руковод­ ствуются следующими правилами:

1)номера положений двойных и тройных связей должны быть наименьшими из возможных,

2)номера положений радикалов-заместителей должны быть по воз­

можности меньшими.

Боковые цепи (радикалы-заместители) перечисляются перед наз­ ванием главной цепи либо в порядке возрастания их сложности, либо в алфавитном порядке. Оба эти способа разрешены правилами ШРАС, поскольку однозначность названия соединения не зависит от порядка перечисления заместителей.

Менее сложным считается тот заместитель, в котором

1)имеется наименьшее число атомов углерода,

2)имеется наиболее длинная главная цепочка,

3)наиболее длинный заместитель имеет наименьший номер поло­

жения,

4)второй по длине заместитель характеризуется наименьшим но­ мером положения,

5)имеется меньшее число двойных и тройных связей,

6)кратная связь характеризуется меньшим номером положения *. Наличие нескольких одинаковых заместителей обозначается при­

ставками ди-, три-, тетра- и т. д. При наличии нескольких одинако-

* Необходимость в привлечениях этих правил возникает только в случае доста­ точно сложных соединений.

105

Т а б л и ц а 7

Названии разветвленных углеводородов

*Эти тривиальные названия приняты правилами 1UPAC в качестве систематических.

**Согласно правилам женевской номенклатуры эти соединения называются метилбута- диен-1,3 и 3,4-бис (1-метилпропил)-гексадиен-1,3-ин-5.

106

вых в свою очередь замещенных заместителей используются пристав­

углеводороды рассматривают как замещенный метан. Алкены и алкины рассматриваются как замещенные этилен и ацетилен.

Примеры. названий разветвленных углеводородов приводятся в табл. 7.

3. НОМЕНКЛАТУРА АЛИЦИКЛИЧЕСКИХУГЛЕВОДОРОДОВ

МОНОЦИКЛИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯ

Насыщенные моноциклические углеводороды именуются циклоалка­ нами и их названия производят из названий алканов с тем же числом атомов углерода, пользуясь приставкой цикле-: циклопропан, циклобу­ тан, циклопентан, циклогексан и т. д. Имеющиеся в цикле двойные и тройные связи обозначаются окончаниями -ен и -ин так же, как и в случае алифатических углеводородов.

Названия циклических радикалов (циклоалкилов) производят из названий соответствующих циклоалканов так же, как и названия ал­ килов. Нумерация атомов также начинается с углеродного атома, обладающего свободной валентностью.

Алифатические боковые цепи рассматривают в качестве заместите­ лей, используя для них указанную выше номенклатуру. Для обозна­ чения положения двойных связей и заместителей в цикле атомы угле­ рода в нем нумеруются так, чтобы положение двойных связей или, при

Если в молекуле имеется несколько изолированных друг от друга циклов или алифатическая углеродная цепь, примыкающая к циклу, достаточно длинна или сложна, то название такого углеводорода можно получить, исходя из номенклатуры алифатических углеводородов, рас­ сматривая при этом цикл в качестве одного из заместителей. Например

/ \

М

•— L сн2—сн2—сн—сн3

дициклопропилметан 1 -циклобутил-3- циклогексилбутан

107

БИЦИКЛИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯ

В. бициклических системах циклы должны быть либо непосредст­ венно связаны друг с другом одиночной или двойной связью, либо должны обладать одним или несколькими общими углеродными атома­ ми. В зависимости от числа общих углеродных атомов можно выделить следующие подтипы бициклических систем:

В бициклических сомкнутых системах углеродные атомы каждого цикла нумеруются отдельно, начиная с атома, через который осуще­ ствляется связь со вторым циклом, причем один из циклов нумеруется цифрами с штрихами. Если оба цикла идентичны, то название произ­ водится из названия соответствующего циклического радикала с по­ мощью приставки би-

Если циклы не идентичны, один из них рассматривают как за- меститель

циклопропилциклопентан

В номенклатуре спиранов, конденсированных и мостиковых систем название производят из наименования алкана, число атомов углерода в котором равно общему числу атомов углерода в обоих циклах. В слу­ чае спиранов к названию алкана добавляют приставку спиро-, после чего в квадратных скобках указывают количество атомов углерода в обоих циклах, связанных с общим для них атомов углерода, начиная с меньшего из этих чисел — таким образом, каждое число на единицу меньше числа звеньев в соответствующем цикле

3 5 6

спиро-[3,5 ]•нонан

103

Нумерация начинается с атома углерода в меньшем цикле, непосред­ ственно связанного с общим для обоих циклов атомом углерода (спиро­ углеродом).

Бициклические системы с конденсированными циклами или мости­ ками рассматриваются как два атома углерода, связанные тремя уг­ леродными цепями. В качестве углеродной цепи может выступать и ковалентная связь между этими атомами (число звеньев цепи равно нулю). За основу берется название алкана, содержащего столько же атомов углерода, сколько их в рассматриваемой бициклической сис­ теме. К названию алкана добавляется приставка бицикло-, после чего в квадратных скобках в порядке убывания приводится число атомов углерода в каждом из трех мостиковых цепей. Нумерация начинается с одного из атомов углерода, на которых замыкаются эти цепи, причем первой нумеруется самая длинная цепь, а последней — самая короткая.

Приведем несколько примеров

Нумерация бициклических систем не зависит от присутствия крат­ ных связей и заместителей. Обозначение кратных связей и заместите­ лей осуществляется как обычно.

4. НОМЕНКЛАТУРА АРОМАТИЧЕСКИХ УГЛЕВОДОРОДОВ

Карбоциклические ароматические углеводороды подразделяются на бензеноидные и небензеноидные.

БЕНЗЕНОИДНЫЕ АРОМАТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ

Бензеноидные ароматические соединения могут рассматриваться как производные'бензола или как соединения, содержащие несколько бензольных колец.

В русской химической литературе по настоящее время употребля­ ется тривиальное название бензол, хотя, согласно правилам IUPAC, следует пользоваться названием бензен. Последнее логичнее и по суще­ ству, поскольку окончание -ен ассоциируется с ненасыщенностью, а бензен, представленный одной из структур Кёкуле, формально можно назвать 1,3,5-циклогексатриеном. Окончание -ол является номенкла­ турным признаком спиртов и фенолов. Поэтому в дальнейшем мы вме­ сто бензол будем употреблять название бензен. Аналогично вместо наф­ талин будет употребляться нафтален и т. д.

Называя производные бензена, их либо рассматривают как заме­ щенный бензен, либо считают радикал СвН5— заместителем, пользуясь

109

в этом случае соответствующим номенклатурным обозначением фе­ нил-. Для простейших замещенных бензена правилами ШРАС узако­ нены тривиальные названия.

Наряду с нумерацией атомов цикла в случае дизамещенных бен­ зена для обозначения взаимного расположения заместителей в цикле используют приставки орто- или о- (положение 1, 2), мета- или м,- (положение 1, 3) и пара- или п- (положение 1, 4). Двухвалентные ра­ дикалы, получаемые от бензена путем отнятия двух атомов водорода, называются о-, м- и п-фениленами.

Соединения, содержащие несколько бензеновых циклов, связанных с одним и тем же алифатическим или алициклическим углеродным ске­ летом, рассматриваются как полифенилзамещенные алифатические или алициклические углеводороды. Соединение, представляющее собой два бензеновых кольца, связанных одиночной связью, называется би­ фенилом.

Существует множество бензеноидных ароматических систем с кон­ денсированными циклами. Каждая из них характеризуется своим спе­ цифическим тривиальным номенклатурным названием и нумерацией атомов. Наряду с нумерацией иногда пользуются греческими буквами а, Р и у.

Примеры названий бензеноидных ароматических соединений при­ ведены в табл. 8.

Поскольку различные алициклические системы могут быть полу­ чены путем присоединения атомов водорода к ароматическим систе­ мам (процесс гидрирования), то их называют также, исходя из назва­ ний соответствующих ароматических соединений, пользуясь пристав­ кой гидро-, перед которой указывается число присоединившихся ато­ мов водорода, или пергидро-, если это число максимальное из возмож­ ных для данной системы

НЕБЕНЗЕНОИДНЫЕ АРОМАТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ

Выше уже были рассмотрены следующие небензеноидные карбоциклические ароматические системы:

но