1.2.1 Радикало-функциональная номенклатура

Согласно правилам радикало-функциональной номенклатуры

название класса соединения, благодаря присутствию соответствующей функциональной группы, выражается одним словом (а несуффиксом), а остальная часть молекулы – углеводородными радикалами.

Атом или группа атомов в молекуле, которые имеют характерное химическое поведение или структурные особенности и позволяют классифицировать соединения вместе, называются функциональными группами. Функциональные группы важны по трем причинам. Вопервых, это структурные единицы, по которым мы делим органические соединения на классы. Во-вторых, это места характерных химических реакций: конкретнаяфункциональная группа,вкакомбысоединенииона ни находилась, подвергается одним и тем же типам химических превращений. В-третьих, функциональные группы служат основой для названий органических соединений.

Если соединение имеет одну функциональную группу, то его название строят изназвания углеводородного радикалаи функциональной группы или соответствующего класса соединений.

Например:

В случае более сложных соединений расположение заместителей указывают цифрами, приставками орто-, мета-, параили греческими буквами α, β, γ, δ и т.д.

16

Например:

γβ α

H2N CH2 CH2 CH2 COOH

γ - аминомасляная кислота

1.2.2Систематическая (заместительная) номенклатура

Внастоящеевремяобщепринятасистематическая(заместительная)

номенклатура (IUРАС) для органических соединений. Это язык органическойхимии,который позволяетназыватьданноеорганическое соединение на основе общепринятых правил. Названиекаждогоорганического соединения должносодержать правильные названия основного скелета углеводорода и заместителей, чтобы по названию можно было написать единственно правильную структурную формулу. В систематической номенклатуре основой названия служит один углеводородныйфрагмент,адругиегруппы(углеводородные,галогены и т.д.) рассматриваются как заместители водорода. Правила ИЮПАК (IUPAC) – системы принципов и правил номенклатуры для алканов, циклоалканов, алкильных групп приведены в курсе школьной химии. Например:

2-гидрокси-З- метилбутановая кислота

17

2-амино-3-меркапто-4- метилпентановая кислота

При составлении названий органических соединений по номенклатуре ИЮПАК используют такие номенклатурные понятия, как

родоначальная структура, органическийрадикал,характеристическая группа и заместитель.

Родоначальная структура – это химическая структура, лежащая в основе молекулы называемого соединения. В ациклических соединениях родоначальной структурой является главная углеродная цепь, в карбоциклических и гетероциклических соединениях - основная циклическая структура.

Функциональные или характеристические группы

Функциональные группы – это структурные единицы – атом или группа атомов (например, C, H, N, O, S, галогены) связанные с родоначальной структурой или частично входящие в структуру молекулы, которые обусловливают характерное химическое поведение, структурные особенности и позволяют классифицировать соединения

(Табл.1.1).

18

Каждый атом углерода в молекуле алкана (sp3 гибридизованных) принято классифицировать с точки зрения числа связанных с ним других углеродных атомов. Различают 4 типа атомов углерода (Рис. 1.5). Как видно из рисунка, к первичному атому углерода присоединен только один углерод, к вторичному атому углерода присоединены два другихатомауглерода,ктретичномуатомууглеродаприсоединенытри других атома углерода, а к четвертичному атому углерода присоединены четыре других атома углерода (Рис.1.5).

Рис. 1.5 Типы атомов sp3 гибридизованных углеродов

Заместитель – это любая характеристическая (функциональная) группа или углеводородный радикал, присоединенные к родоначальной структуре. Характеристические группы указываются либо в приставке, либо в окончании, согласно старшинству (Табл.1.2). Углеводородные радикалы (алкильные группы) можно рассматривать как часть углеводорода, которая остается при удалении одного атома водорода для создания доступного места связывания. Важно понимать, что алкильные группы сами по себе не являются соединениями. Алкильные группы – это просто гипотетические структуры частей, которые помогаютнамназыватьсоединения.Например,удалениеводородаизметана дает метильную группу –СН3, а удаление водорода из этана дает этильную группу – СН2СН3. Эти алкильные группы называются просто заменой -ан окончания исходного алкана на -ил окончание.

19

Таблица 1.2

Порядок старшинства характеристических (функциональных) групп

* (C)-атом углерода, заключенный в скобки, входит в состав углеродной цепи

Метан и этан, в отличие от более крупных алканов, имеют водороды только у первичных атомов углерода. Неважно, какой из четырех атомов водорода метана удаляется, потому что все четыре эквивалентны. Таким образом, имеется только один возможный метилрадикал. Точно так же не имеет значения, какой из шести эквивалентных атомов водорода этана удаляется, и возможен только один этил-радикал.

Ситуация более сложная в случае более крупных алканов, которые содержатболее одногоструктурноготипа водорода.Пропан,например,

20

имеет два разных типа водорода. Удаление любого из шести атомов водорода, присоединенных к концевым углеродам, дает алкильную группу с прямой цепью, называемую н-пропилом (–CH2–CH2–CH3), тогда как удаление одного из двух атомов водорода, присоединенных к центральному углероду, дает разветвленную алкильную группу, называемую изопропилом –CH(CH3)2. (Префикс «н» в н -пропиле означает «нормальный», то есть с прямой цепью.) Бутан еще более сложен. Существует четыре 4х-углеродных (бутильных) радикала, называемыхн-бутил,втор-бутил,изобутилитрет-бутил.Префиксвтор- во втор-бутиле означает вторичный, а префикс трет- в трет-бутиле означает третичный с учетом количества других атомов углерода, присоединенных к основному алкильному углероду. Существуют три возможные схемы замещения: у первичного, вторичного, третичного углеродов. Символ R используется как общее сокращение для любой алкильной группы. Группа R может представлять собой метил, этил, пропил или любой из множества других вариантов. Удаление атома водорода от первичного атома углерода дает алкильную группу с прямой цепью, но удаление от вторичного или третичного атома углерода дает разветвленную алкильную группу. При названии одновалентных радикалов суффикс «ан» заменяется на «ил»:

Для двухвалентных радикалов, свободные валентности которых находятся наконцах молекулы, используется суффикс «илен»: этилен–

21

CH2CH2 –; если у одного и того же углеро да – «илиден» -этилиден –

CH3 CH

Радикалы кислот, ацильные радикалы:

ацетил-радикал

O

бензоил-радикал

Схема структуры сложного соединения, используемая в систематической номенклатуре, дана в рис.1.6.

Рис.1.6 Схема структуры сложного соединения

22

Формирование названия любого органического соединения по международной номенклатуре осуществляется в следующем порядке:

•Определяется старшая характеристическая (функциональная) группа по Табл. 1.2. В названии соединения она отражается окончанием.

•Определяется родоначальная структура (главная углеродная цепь, главная циклическая структура) по следующим критериям:

а) наиболее длинная непрерывная цепь углеродных атомов в молекуле, включая старшую характеристическую группу и максимальное числозаместителей,

б) максимальное число кратных связей, г) максимальное число углеводородных радикалов.

Каждый последующий критерий является определяющим в случае, если предыдущий не дает однозначного ответа.

•Последовательная нумерация атомов родоначальной структуры производится так, чтобы старшая характеристическая группа получила наименьший номер. Если это правило не позволяет выбрать однозначную нумерацию, то цепь (или цикл) нумеруют так, чтобы атомы углерода несущие заместители получили наименьшие номера.

•Определяется название родоначальной структуры (по гомологичному ряду алканов) и старшей характеристи-ческой группы (окончание). Если соединение содержит две и более различных функциональных групп, одна из функциональных групп выбирается в качестве основной функциональной группы (таблица старшинства, табл. 1.2), а остальные функциональные группы рассматриваются как заместители в названиях IUPAC.

•Степень насыщенности родоначальной структуры отражается суффиксами: ан – насыщенный углеродный скелет, ен – наличие двойной и ин – тройной связи.

23

•Определяетсяназваниезаместителей(функциональныегруппы, углеводородные радикалы), обозначая их приставками последовательно в алфавитном порядке. Положение каждого заместителя и каждой кратной связи указывают локантами – цифрами, соответствующими номерам (положению) атомов углерода в главной цепи, с которыми связаны заместители (для кратной связи указывают возможный наименьший номер). Локантыставятпослесуффиксовипередприставками.Вслучае альдегидов и карбоновых кислот цифра после суффикса не ставится. Если в соединении имеется несколько одинаковых заместителей или кратных связей, то перед соответствующим обозначением ставят умножающий префикс ди-, три-, тетра-, пента,гексаит.д.,алоканты отделяютдруг отдруга запятыми.

В случае приставок после цифр, в случае суффиксов перед цифрами ставят дефис (черточку).

Примечание: Если в соединении имеются двойные и тройные связи, то преимущество в выборе главной цепи принадлежит двойным связям.

Если в соединении имеются две или большее число кратных связей, то в основную цепь должно войти наибольшее количество кратных связей (правило максимального числа кратных связей в родоначальной структуре). Упрощенно приоритетность можно представить в виде следующего ряда:

Основная функциональная группа > двойная связь > тройная связь > заместители

Например: