Номенклатура органических соединений. Учебное пособие

1.5. Функциональные производные углеводородов

К функциональным производным углеводородов относят соединения, содержащие в составе молекулы функциональные группы.

Функциональными группами называют атомы или группы атомов, которые, присутствуя в молекуле в качестве заместителей, изменяют физико-химические свойства соединения. Молекула, содержащая одну функциональную группу, называется монофункциональной, содержащая много одинаковых функциональных групп – полифункциональной, а несколько разных – соединением со смешанными функциями (гетерофункциональной).

В органической химии известны десятки функциональных групп. Для составления названия в заместительной номенклатуре ИЮПАК предусмотрена возможность называть эти группировки двумя способами: при помощи приставок и суффиксов. Чтобы не перегружать название большим количеством суффиксов, в случае

21

гетерофункциональных соединений из всех имеющихся функциональных групп выбирается только одна главная функциональная группа (характеристическая группа), которая называется суффиксом. Все остальные функциональные группы называются при помощи приставок, даже если они могут быть названы суффиксами. Группы, которые называются только приставками, не могут быть выбраны главными. Некоторые функциональные группы и соответствующие им приставки и суффиксы приведены в табл. 1 в порядке убывания старшинства.

Обратите внимание, что для карбоновых кислот, их производных и альдегидов в табл. 1 приведено по две формулы функциональной группы. Естественно, что они равноценны химически, но неравноценны с точки зрения номенклатуры. Если в этих формулах углерод заключен в скобки, то этот атом принадлежит не функциональной группе, а главной цепи. Такое бывает тогда, когда эти группы находятся в алифатической цепи. В этом случае им соответствует только суффикс и поэтому они обязательно выбираются главными.

Вторая формула обычно соответствует случаю, когда функциональная группа присоединена к циклической системе, являющейся главной цепью, и ее углерод не принадлежит этой цепи.

Т а б л и ц а 1

Названия некоторых функциональных групп, применяемых в заместительной номенклатуре ИЮПАК

22

* Атомы углерода функциональных групп, заключенные в скобки, входят в состав главной цепи.

23

В последовательности действий при составлении названия функционального производного по сравнению с углеводородами добавляется новый шаг – выбор главной группы, который выполняется в первую очередь. Поэтому составление названия функционального производного включает следующие действия:

-выбор главной группы,

-выбор главной цепи,

-выделение заместителей,

-нумерация главной цепи,

-составление полного названия.

Выбор главной группы осуществляется следующим образом. Если в соединении имеется только один тип функциональной группы, называемой суффиксом, то она и является главной. В зависимости от количества таких групп суффикс может снабжаться умножающими приставками: «-ол», «-диол», «-триол» и т.д. Если в соединении имеется несколько типов функциональных групп, называемых суффиксом, то та из них, которая в табл. 3 находится выше остальных, выбирается главной и называется суффиксом, а оставшиеся тогда не являются главными и называются приставками.

При выборе главной цепи самым старшим признаком является главная группа, затем следуют кратные связи, протяженность цепи и, наконец, число заместителей. В ациклических соединениях из всех имеющихся в соединении цепей в качестве главной выбирают ту, которая содержит максимальное количество главных групп. Если таких цепей несколько, то среди них выбирают ту, которая содержит максимальное количество кратных связей. Если кратных связей нет, или таких цепей несколько, то выбор проводят аналогично, пользуясь оставшимися критериями: длина цепи и количество заместителей в ней. В циклических соединениях возможны два варианта. Если главная группа находится в циклической системе, то главной цепью является цикл. Если же она находится в боковой цепи, то соединение рассматривается как алифатическое, в котором циклический фрагмент является заместителем.

24

Все фрагменты молекулы, не вошедшие в главную цепь и не являющиеся главными группами, рассматриваются в качестве заместителей. Они называются в виде приставок, приведенных в табл. 1, а углеводородные радикалы– как описано выше

(разд. 1.1- 1.3).

Если заместитель не имеет стандартного названия, то название заместителя любой сложности может быть составлено по правилам заместительной номенклатуры. Сначала выбирается главная цепь радикала по обычным правилам заместительной номенклатуры. Затем эта цепь нумеруется так, чтобы номер 1 получил атом углерода главной цепи заместителя, присоединенный к главной цепи основной части молекулы. Дальнейшая нумерация осуществляется по обычным правилам. Любые вторичные заместители при этом называются только приставками. Например:

CH3-CH=C-CH2-

H3C

CH3

Обычно названия таких сложных заместителей в названиях -со единений записываются в скобках. Например: 4-(3-гидроксибу- тил)-бензойная кислота.

В качестве заместителя в органических молекулах часто рассматривается остаток карбоновой кислоты, лишенный гидроксила. Такой остаток имеет общее название«ацил», а названия конкретных ацилов строятся путем замены суффиксов «-овая кислота» и «-карбоновая кислота» соответственно на суффиксы «-оил» и «-карбонил». Для ацилов допускается использование тривиальных названий, записанных в приведенных ниже примерах после систематических:

25

Главная группа является старшим признаком и при нумерации главной цепи. Поэтому нумерацию алифатической цепи начинают от того конца, чтобы главная группа (или группы) получила наименьший номер. Если этот признак не позволяет сделать выбор, то последовательно применяют критерии, ранее использованные в углеводородах: двойная связь, тройная связь, заместители (при необходимости с учетом алфавитного порядка). Эти критерии используют до тех пор, пока не останется одна цепь. В циклических углеводородах эти признаки используют дважды: сначала для нахождения начальной точки отсчета, а затем – направления нумерации.

Составление названия проводят аналогично углеводородам, только здесь появляется новый суффикс главной группы. Ее локант ставится перед корнем, если нет других нумеруемых суффиксов, в противном случае он ставится перед суффиксом. Локант главной группы опускается, если ее положение не вызывает сомнения.

Применение этих правил со всеми приставками и суффиксами табл.1 показано на нижеследующих примерах:

26

4-гидроксициклогексан- 4-(метоксикарбо нил)бензол - 4-(диметиламино)бензол-

27

2. РАЦИОНАЛЬНАЯ НОМЕНКЛАТУРА

Рациональная номенклатура исторически является первым способом построения систематических названий органических соединений по строению молекул и в настоящее время она применяется для наименований наиболее распространенных и простых по строению молекул.

Врациональной номенклатуре за основу названия соединения в структуре молекулы выбирают наиболее простой по строению фрагмент, соответствующий первому представителю гомологического ряда, а остальные фрагменты молекулы рассматривают как заместители и называют в виде приставок с указанием их мест присоединения.

Внекоторых случаях в качестве основного структурного фрагмента молекулы выбирается наиболее простой, но не первый представитель гомологического ряда.

2.1. Углеводороды

2.1.1. Насыщенные углеводороды

Согласно рациональной номенклатуре, предельные углеводороды с разветвленной углеродной цепью рассматриваются как производные метана, образованные замещением атомов водорода в его молекуле на соответствующие радикалы. Для того, чтобы дать название по рациональной номенклатуре приведенному ниже углеводороду тетрадекану С14Н30,

CH3

мысленно выбираем «центральный» атом углерода (соединенный с максимальным количеством других атомов углерода) так, чтобы можно было однозначно назвать связанные с ним радикалы. При построении названия алкана радикалы располагают по алфавиту, указывая количество однотипных (ди-, три-, тетра- и т. д.).

28

Название завершается наименованием основного соединения–

метана. Приведенный выше алкан НС называется втор-

14 30

бутилизопропилметилнеопентилметан.

Следует отметить, что ранее было принято называть заместители в порядке убывания старшинства(старшим считался радикал более простого строения).

2.1.2. Ненасыщенные углеводороды

Ненасыщенные углеводороды с одной двойной связью называют как алкилзамещенные этилена:

Ненасыщенные углеводороды с одной тройной связью называют как производные ацетилена, в котором один или оба атома водорода замещены углеводородными радикалами:

Диеновые углеводороды с кумулированными двойными связями называют как производные аллена (СН3 – СН = С = СН2метилаллен), а с изолированными – как производные насыщенного углеводорода (СН2 = СН – СН2 – СН = СН2дивинилметан).

Некоторые диеновые углеводороды называют с указанием соответствующих радикалов:

29

2.1.3. Циклические насыщенные углеводороды

По рациональной номенклатуре, цикланы рассматриваются как замкнутые цепочки, построенные из метиленовых групп, так как двухвалентный радикал –СН2– называется метиленом:

2.1.4. Ароматические углеводороды

Одноядерные ароматические углеводороды называют как производные первого члена гомологического ряда– бензола. Название гомологов складываются из названий в виде приставок углеводородных радикалов к слову бензол с указанием при необходимости их взаимного расположения:

30