Номенклатура органических соединений. Учебное пособие

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ

ФГБОУ ВО «ВОРОНЕЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ

УНИВЕРСИТЕТ ИНЖЕНЕРНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ»

В. М. БОЛОТОВ, П. Н. САВВИН, Е. В. КОМАРОВА

НОМЕНКЛАТУРА ОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ

Утверждено редакционно-издательским советом университета

в качестве учебного пособия

ВОРОНЕЖ

2018

1

ИСТОРИЯ НОМЕНКЛАТУРЫ И ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ НАЗВАНИЙ ОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ

Номенклатура органических соединений развивалась и совершенствовалась по мере развития самой органической химии как науки. На первоначальном этапе использовались случайные названия, связанные или с источником нахождения вещества в природе (молочная кислота, кофеин), или со способом получения (пирогаллол), или свойством вещества (масляная кислота) и т. д. Такая номенклатура называется тривиальной(см. прил. 3), и ее главный недостаток заключается в том, что название не связано со структурой вещества. Часто одному и тому же веществу разные авторы присваивали разные названия, что приводило к неизбежной путанице. Поэтому к середине XIX века возникла необ-

ходимость создания научной номенклатуры с определенными правилами образования названий. Эти правила должны были решить двуединую задачу: по известной формуле вещества написать однозначное название, а по известному названию– однозначную формулу. В их основу был положен принцип, составивший основу и всех последующих номенклатур: молекула разбивается на фрагменты, каждому фрагменту присваивается стандартное, общепринятое название, а затем – по определенным правилам – из этих названий составляется слово, которое и становится названием вещества. Поскольку с каждой частью этого слова можно соотнести строго определенный фрагмент молекулы, то становится возможной и обратная задача– составление формулы по названию.

Первые такие правила были созданы в рамках теории типов. Эта номенклатура получила название рациональной. Она быстро завоевала признание, так как правила были простыми: все соединения рассматривались как производные простейшего члена гомологического ряда, у которого один или несколько атомов водорода замещены на радикалы. Наименование соединения складывалось из названий радикалов и названия родоначального соединения. Однако очень скоро оказалось, что по этим правилам

3

трудно, а зачастую и невозможно давать названия соединениям со сложной структурой. Поэтому снова возникла необходимость создания новых, более эффективных правил.

В1890-х гг. английское и американское химические общества пришли к соглашению о единой практике наименования химических соединений среди химиков, говорящих по-английски.

Они были подготовлены специальной комиссией и утверждены Женевским конгрессом в 1892 г., эта номенклатура получила название женевской. Она представляла собой свод из62 правил, устанавливающих порядок составления названий. Основное преимущество женевской номенклатуры перед рациональной заключалось в том, что в ней за основу выбиралась не минимальная, а максимальная часть молекулы – ее родоначальный углеводородный скелет. Поэтому радикалы получались более простыми и не возникало больше проблем с их названиями. Второе важное усовершенствование касалось полифункциональных соединений– основной проблемы рациональной номенклатуры. Женевская номенклатура позволяла использовать любое количество функциональных группировок в виде приставок или суффиксов.

В1913 г. Совет Международной ассоциации химических обществ создал Комиссию по химической номенклатуре. Однако по объективным причинам (Первая мировая война) она прервала свою работу.В 1919 г. с целью стандартизации химической номенклатуры, химических терминов, атомных масс, способов проведения эксперимента и представления полученных результатов был организован Международный союз чистой (теоретической) и

прикладной химии (InternationalUnionofPureandAppliedChemistry

– IUPAC).

Правила женевской номенклатуры в основном касались соединений алифатического ряда и требовали дальнейшей разработки, которая велась практически непрерывно. В 1922 г. была создана специальная комиссия по номенклатуре, которая периодически публиковала усовершенствованные правила, ныне известные как Номенклатура ИЮПАК.

4

В 1930 г. в Льеже состоялся очередной съезд химиков, на котором в номенклатуру были внесены дополнительные правила, и ее стали называть льежской.

После съезда ИЮПАК в Лондоне в 1947 г. большая работа по исправлению и расширению правил была проведена Комиссией ИЮПАК по номенклатуре органических соединений. Съезды ИЮПАК в 1957 и 1965 гг. рекомендовали разработанную ею номенклатуру, которую стали называтьноменклатура ИЮПАК. Правила этой номенклатуры выходили в разные годы отдельными изданиями, а в 1979 г. были собраны в «Голубой книге», кото-

рая представляла собой полный свод современных правилно менклатуры органических соединений.

Огромное многообразие и сложность органических соединений так и не позволили создать единые правила составления названий, основанные на одном принципе. Поэтому современная номенклатура ИЮПАК включает в себя несколько типов номенклатур. Наиболее употребительными являются заместительная, в которой основой названия служит один фрагмент, все остальные части молекулы рассматриваются как заместители водорода в основном фрагменте, и радикально-функциональная, в которой основу названия составляет наименование функциональной группы, к которому присоединяются наименования радикалов. Эти и другие термины, наиболее часто используемые в номенклатуре органических соединений, приводятся в Приложении 1.

Подробно правила построения названий органических соединений изложены в издании «Номенклатурные правила IUPAC по химии». Т. 2, ВИНИТИ, 1979.

5

1. ЗАМЕСТИТЕЛЬНАЯ НОМЕНКЛАТУРА IUPAC

1.1. Насыщенные углеводороды

1.1.1. Неразветвленные алканы

По номенклатуре ИЮПАК, для наименования алканов нормального (неразветвленного) строения первые четыре члена гомологического ряда сохраняют тривиальные названия:

Названия последующих членов гомологического рядасо ставляются из корня, в качестве которого используется греческое числительное (иногда латинское: нона- и ундека-), соответствующее числу атомов углерода в молекуле, и суффикса «-ан». Например:

Названия одновалентных радикалов, образованных из таких углеводородов удалением атома водорода от концевого атома углерода, составляют заменой в названии соответствующего углеводорода суффикса «-ан» на суффикс «-ил» (см. прил. 2). Например, радикал СН3(СН2)10СН2 получает название «додецил».

1.1.2. Разветвленные алканы

Для разветвленных алканов допускаются тривиальные -на звания четырех углеводородов:

6

Другие разветвленные алканы в заместительной номенклатуре рассматриваются как производные неразветвленных, у которых один или несколько атомов водорода замещены на радикалы.

Для составления названий разветвленных алканов необходимо выполнить следующие действия: выбрать и назвать основную цепь, определить и назвать замещающие группы, пронумеровать основную цепь, составить полное название.

В качестве основной цепи необходимо среди всех цепей, имеющихся в углеводороде, выбрать самую длинную. Если таких цепей несколько, то найти среди них ту, к которой присоединено наибольшее число замещающих групп. Если и такая цепь не одна, то выбрать среди них любую. Название основной цепи производят так же, как для неразветвленных алканов – по числу атомов углерода.

Все боковые ответвления основной цепи рассматриваются как замещающие группы (радикалы). В зависимости от структуры замещающей группы ей присваиваются следующие стандартные названия:

7

То есть названия радикалов составляются не только по названию алкана с заменой суффикса «-ан» на «-ил», но и с добавлением некоторых приставок – в том случае, если от одного углеводорода можно произвести несколько радикалов(см. прил. 2). Этим способом образуют названия только вышеприведенных радикалов, а более сложные производят по правилам составления названий молекул.

Нумерацию основной цепи осуществляют, начиная с ближайшего к разветвлению конца. Если два разветвления находятся на одинаковом расстоянии от обоих концов цепи, то нумеруют с той стороны, которая ближе к первому различию в расположении других заместителей. Если и по этому признаку невозможно сделать выбор, то учитывают алфавитный порядок заместителей, при этом наименьший номер должен получить тот заместитель, который следует по алфавиту первым. Присвоенные атомам основной цепи номера (локанты) далее используются для указания места нахождения заместителей.

Полное название составляется в следующей последовательности. Сначала перечисляются все заместители в алфавитном порядке. (При этом не учитывают приставки, отделенные от основного названия дефисом, и учитывают приставки, записываемые слитно.Например: втор-бутил начинается с буквы «б», а изобутил

– с буквы «и»). Если какого-то сорта заместителей в формуле имеется несколько, то его название записывается один раз с соответствующей умножающей приставкой (ди-, три-, тетра- и т.д.). Перед названием каждого типа заместителей ставятся локанты, указывающие положение каждого заместителя в основной цепи. При записи названия последовательно следующие локанты отделяются друг от друга запятыми, а от буквенной части названия – дефисами. Эти правила продемонстрированы на следующих примерах:

8

CH3

Здесь из трех цепей, содержащих 4, 5, и 6 атомов углерода, выбрана самая длинная. Нумерация проведена справа, чтобы заместитель получил наименьший локант.

CH3-CH2-CH2-CH-CH-CH2-CH2-CH3 4-метил-5-этилоктан

H3C CH2-CH3

Из шести имеющихся цепей (содержащих 5, 7, 8, 5, 6 и 6 атомов углерода) выбрана самая длинная, а так как замещение в этой молекуле симметричное, то нумерация проведена с учетом алфавитного порядка заместителей.

Из шести самых длинных(пятиуглеродных) равнозначных цепей выбрана любая. Нумерация слева, чтобы наименьшийлокант получили два заместителя.

9

Из многих семиуглеродных цепей выбрана одна из тех, которые (их шесть) содержат по пять (четыре метила и этил), а не по четыре (три метила и изопропил) заместителя.

1.1.3. Циклоалканы

Номенклатура ИЮПАК для циклических углеводородов сохраняет принципы построения названий ациклических соединений, хотя и включает некоторые дополнения.

Названия незамещенных карбоциклических соединений составляются из названий соответствующих алканов путем добавления приставки «цикло-». Например: циклопропан, циклопентан. Аналогично названиям алкилов строятся и названия соответствующих циклических одновалентных радикалов: циклопропил, циклопентил.

При построении названий замещенных циклоалканов руководствуются следующими правилами:

–углеводороды, содержащие незамещенные циклические группировки, присоединенные к длинным алифатическим цепям, рассматриваются как производные ациклического углеводорода с циклоалкильным заместителем;

–если циклический углеводород содержит малые алкильные группы, то его называют как производное циклоалкана.

Например:

При нумерации циклическихалканов необходимо сначала выбрать углерод, которому присваивается номер 1, а затем выбирать направление нумерации. В каждом случае руководствуются

10