Номенклатура органических соединений.

<1 2 345 6 7 >

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

Рациональная (радикально-функциональная) номенклатураиспользуется 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.

триметилметан ацетилацетон фенилуксусная кислота

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.

Алкан	Название	Алкильный радикал	Название
CH₄	Метан	СН₃-	Метил
CH₃CH₃	Этан	CH₃CH₂-	Этил
CH₃CH₂CH₃	Пропан	CH₃CH₂CH₂-	Пропил
	Изопропил
CH₃CH₂СН₂CH₃	н-Бутан	CH₃CH₂СН₂CH₂-	н-Бутил
	втор-Бутил
	Изобутан		Изобутил
	трет-Бутил
CH₃CH₂СН₂CH₂СН₃	н-Пентан	CH₃CH₂СН₂CH₂СН₂-	н-Пентил
	Изопентан		Изопентил
	Неопентан		Неопентил
	Бензол Толуол		Фенил Бензил

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

Группа	Название
в префиксе	в суффиксе
-(C)OOH^*	-	овая кислота
-COOH	карбокси	карбоновая кислота
-SO₃H	сульфо	сульфоновая кислота
-(C)HO	оксо	аль
-CHO	формил	карбальдегид
>(C)=O	оксо-	он
-ОН	гидрокси	ол
-SH	меркапто	тиол
-NH₂	амино	амин
-OR^**	алкокси, арокси	-
-F, -Cl, -Br, -I	фтор, хлор, бром, иод	-
-NO₂	нитро	-

^*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.

Основу названия соединения составляет корень слова, обозначающий предельный углеводород с тем же числом атомов, что и главная цепь (например, мет-, эт-. пpoп-, бут-, пент-, гекс- и т.д.). Затем следует суффикс, характеризующий степень насыщенности, -ан, если в молекуле нет кратных связей, -ен при наличии двойных связей и -ни для тройных связей, например, пентан, пентен. Если кратных связей в молекуле несколько, то в суффиксе указывается число таких связей, например: -диен, -триен, а после суффикса обязательно арабскими цифрами указывается положение кратной связи (например, бутен-1, бутен-2, бутадиен-1,3):

СН₃-СН₂-СН=СН₂ СН₃-СН=СН-СН₃ СН₂=СН-СН=СН₂бутен-1 бутен-2 бутадиен-1,3

Далее в суффикс выносится название самой старшей характеристической группы в молекуле с указанием ее положения цифрой. Прочие заместители обозначаются с помощью приставок. При этом они перечисляются не в порядке старшинства, а по алфавиту. Положение заместителя указывается цифрой перед приставкой, например: 3-метил; 2-хлор и т.п. Если в молекуле имеется несколько одинаковых заместителей, то перед названием соответствующей группы словом указывается их количество (например, диметил-, трихлор- и т.д.). Все цифры в названиях молекул отделяются от слов дефисом, а друг от друга запятыми.

В качестве примера назовем следующее соединение:

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.

Изомерия

Свойства органических веществ зависят не только от их состава, но и от порядка соединения атомов в молекуле.

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

Так, например, состав этилового спирта и диметилового эфира выражается одной эмпирической формулой C₂H₆O, но свойства их различны: этиловый спирт – жидкость с температурой кипения 78,3 ^ОС, диметиловый эфир – газ, сжижающийся при температуре -23,6 ^ОС.

Разным строением молекулы объясняется, например, различное отношение этих веществ к металлическому натрию. Этиловый спирт взаимодействует с натрием по уравнению:

2C₂H₅OH + 2Na → 2C₂H₅ONa + H₂↑

Диметиловый эфир с натрием не взаимодействует.

В приведенном примере этиловый спирт и диметиловый эфир – изомеры. Структурные формулы имеют следующий вид:

H H H H

│ │ │ │

H – C – C – O –H H – C – O – C – H

│ │ │ │

H H H H

этиловый спирт диметиловый эфир

Для углеводородов пентана C₅H₁₂ возможны три изомера:

1) у первого все атомы углерода связаны в виде прямой цепи и каждый атом углерода в середине цепи соединен только с двумя соседними атомами углерода:

CH₃ – CH₂ – CH₂ – CH₂ – CH₃

нормальный пентан

2) у второго средний атом углерода связан одновременно с тремя атомами углерода, в результате чего цепь разветвляется:

CH₂– CH – CH₂ – CH₃

│

CH₃

изопентан

3) у третьего средний атом углерода одновременно соединен с четырьмя атомами углерода:

CH₃

│

CH₃ – C – CH₃

│

CH₃

тетраметилметан

Число изомеров резко возрастает по мере увеличения числа углеродных атомов в молекуле.

Так, например, бутан C₄H₁₀ имеет два изомера, углеводород C₅H₁₂ – три, C₆H₁₄ – пять, C₇H₁₆ – девять, C₁₀H₂₂ – семьдесят пять. Все указанные случаи изомерии относятся к структурной изомерии.

Существует также пространственная изомерия, возникающая в результате различного расположения отдельных частей молекулы в пространстве. Так молекулы соединений с двойной связью имеют плоское строение в месте, где находятся атомы углерода, соединенные связью. А метильные группы могут находиться по одну или по разные стороны этой плоскости:

по одну сторону с двух сторон плоской молекулы