10 правил названия органических веществ. "Номенклатура органических соединений" (учебное пособие)

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ

УНИВЕРСИТЕТ ИНЖЕНЕРНОЙ ЭКОЛОГИИ

Москва – 2006 г.

Министерство образования Российской Федерации

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ИНЖЕНЕРНОЙ ЭКОЛОГИИ

Кафедра «Общая и физическая химия»

НОМЕНКЛАТУРА ОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ

Методические указания

Под редакцией д.х.н., проф. В.С. Первова

Москва – 2006г.

Допущено редакционно-издательским советом

Составители: Г.Н.Беспалов,Г.С.Исаева,И.В.Ярошенко, Е.Д.Стрельцова

УДК. 5.4.7.1

Номенклатура органических соединений. Методические указания./Сост.:Г.Н.Беспалов, Г.С.Исаева, И.В.Ярошенко, Е.Д.Стрельцова

М.: МГУИЭ, 2006, 28 с., 2 табл.

Методические указания предназначены для студентов, обучающихся по специальностям 1705, 1705.06: 1705.07, 1712.03, изучающих органическую химию. В работе рассматриваются основы системы наименований веществ по рациональной номенклатуре и номенклатуре ИЮПАК. Для проверки усвоения материала предлагаются пятнадцать вариантов заданий.

Рецензенты: кафедра химической технологии плас-тических масс МХТИим. Д.И.Менделеева.

д.х.н., проф., А.Л.Русанов, ИНЭОС РАН.

ВВЕДЕНИЕ

Номенклатура – это система наименований веществ. Основное требование, предъявляемое к научной номенклатуре, состоит в том, чтобы она однозначно определяла то или иное химическое соединение, исключая возможность смешения этого соединения с другим, была бы простой и позволяла бы по названию соединения построить его структурную формулу.

Существует несколько различных систем. Одной из первых является тривиальная номенклатура . До сих пор многие органические соединения имеют случайные исторически сложившиеся названия. Одни из них связаны с нахождением в природе, другие с методом получения, третьи – отражают физическое состояние и так далее. Бензол, спирт, метан, гремучая кислота, муравьиная кислота, ацетон, эфир – это тривиальные названия органических веществ. Эти названия не объединены по определённому признаку в стройную систему и не отражают строение молекул органических веществ. Однако, многие природные и синтетические вещества сложной структуры до сих пор имеют тривиальные названия в силу их краткости и выразительности.

Появление теоретических основ органической химии привело к созданию новых систем классификации и, следовательно, новых способов наименования органических соединений, отражающих химическое строение. Это означает, что по названию можно однозначно составить структурные формулу вещества и по структурной формуле дать название вещества. Так появилась рациональная номенклатура и Женевская номенклатура, дальнейшее развитие которой привело к созданию системы ИЮПАК , преложенной Международным союзом чистой прикладной химии, рекомендованной для названия всех органических веществ. Однако в практической деятельности приходится сталкиваться с различными системами названий органических веществ.

Для составления названий органических веществ как по рациональной номенклатуре, так и по системе ИЮПАК необходимо знать названия углеводородных радикалов. Углеводородные радикалы – это частицы, которые получаются при отрыве одного или нескольких атомов водорода от молекулы углеводорода. В молекулах углеводородов следует различать первичные, вторичные, третичные и четвертичные атомы углерода, что определяется числом его связей с соседними углеродными атомами. Первичный имеет одну связь с атомом углерода, вторичный – две связи с атомом или атомами углерода, третичный – три, четверичный – четыре.

При отрыве атома водорода от первичного атома углерода получается первичный радикал (то есть свободная единица валентности имеется у первичного атома углерода), от вторичного – вторичный радикал , от третичного – третичный радикал .

В таблице 1 приведены формулы предельных углеводородов и образованных от них радикалов, а также их названия. Как видно из таблицы, от метана и этана можно образовать лишь по одному радикалу. От пропана, углеводорода с тремя атомами углерода, можно образовать уже два изомерных радикала – пропил и изопропил в зависимости от какого атома углерода (первичного или вторичного) отрывается атом водорода. Начиная с бутана, у углеводородов появляются изомеры . В соответствии с этим увеличивается и число изомерных радикалов: н.бутил, втор. бутил, изобутил, трет. бутил.

Название последующих углеводородов складывается из греческого числительного, соответствующего числу атомов углерода в молекуле и суффикса «ан».

С увеличением числа атомов углерода в углеводороде возрастает количество изомеров, растёт и количество радикалов, которые можно от них образовать.

Специальных названий большинство изомеров не имеет. Однако по рациональной номенклатуре и номенклатуре ИЮПАК можно назвать любое сколь угодно сложное соединение, используя названия простых радикалов.

Таблица 1.

Предельные углеводороды и их радикалы.

Углеводород


CH 3 -CH 2 -CH 3		CH 3 -CH 2 -СН 2 -	изопропил (втор.пропил)
CН 3 - _ СН 2 - СН 2 -СН 3		СН 3 -CН 2 -СН 2 -СН 2 - СН 3 -СН 2 -СН	втор.бутил
	изобу-тан	СН 3 – СН - СН 2 -	изобутил трет.бутил

В таблице 2. приведены некоторые непредельные и ароматические углеводороды и соответствующие им радикалы Таблица 2. Непредельные и ароматические углеводороды и их радикалы.

Углеводороды		Радикалы

СН 2 =СН-СН 3	пропилен	СН 2 =СН-СН 2 - СН=СН-СН 3 СН 2 =С-СН 3	пропенил изопропенил
	ацетилен		ацетиленил или этинил

			п(пара)-толилы

РАЦИОНАЛЬНАЯ НОМЕНКЛАТУРА

Рациональная номенклатура базируется на теории типов . В основе этой системы лежит названия простейших членов гомологических рядов: метана , если отсутствуют двойные связи, этилена , если присутствует одна двойная связь, и ацетилена , если в соединении есть одна тройная связь. Все остальные углеводороды рассматриваются как производные этих простейших углеводородов, полученные путём замещения одного или нескольких атомов водорода на углеводородные радикалы . Для того, чтобы назвать то или иное соединение нужно перечислить радикалы-заместители, а затем назвать соответствующий углеводород. Перечисление радикалов нужно начать с простейшего метила, а затем по мере усложнения – этил, пропил и т.д.. Разветвленные радикалы считаются более сложными, чем нормальные с тем же числом атомов углерода. Такое
соединение можно назвать метилэтилизопропилметан. Если в соединении содержится несколько одинаковых радикалов, то следует указать сколько этих радикалов содержится в соединении, используя умножающие приставки – греческие числительные: 2 – ди, 3 – три, 4 – тетра, поэтому соединение будет называться триметилэтилметан.

За центральный атом метана лучше выбирать тот углеродный атом, при котором находится наибольшее число заместителей. В зависимости от того, какой атом углерода выбирается за центральный атом метана, одному и тому же веществу по рациональной номенклатуре можно дать несколько различных названий.

Аналогичным образом называются и соединения с двойной и тройной связями:

Для того, чтобы различить два изомерных соединения можно использовать два способа. В первом соединении радикалы-заместители располагаются у двух разных углеродных атомов, связанных двойной связью, симметрично относительно двойной связи. Во втором соединении оба радикала располагаются у одного и того же углеродного атома, т.е. несимметрично относительно двойной связи.

Поэтому они так и называются: первое – симметрично метилэтилен , а второе - несимметрично метилэтил-этилен. Во втором способе один углеродный атом углерода, соединенный с более простым радикалом обозначается греческой буквой  , другой - . При названии таких соединений указывают, при каком углеродном атоме какой находится радикал. Таким образом первое соединение будет называться  -метил-  -этилэтилен , а второе -  -метил-  -этилэтилен.

Название углеводородов, молекула которых имеет симметричное строение, т. е. состоит из двух одинаковых радикалов, составляется из названий этих радикалов и приставки ди-

Циклические углеводороды в рациональной номенклатуре рассматриваются как полиметилены и называются по количеству метиленовых групп, входящих в кольцо, причём используются греческие числительные:

Если в цикле имеются заместители, то они перечисляются перед названием основного цикла. Такое

соединение будет называться метилгексаметилен.

Рациональная номенклатура до сих пор используется при наименовании сравнительно простых соединений, особенно, когда хотят подчеркнуть фукциональный тип соединения. Однако наименование сильно разветвлённых углеводородов вызывает затруднения, так как отсутствуют названия сложных радикалов.

НОМЕНКЛАТУРА ИЮПАК

Номенклатура ИЮПАК (IUPAC), предложенная Международным союзом чистой и прикладной химии, даёт возможность назвать любое сколь угодно сложное соединение. Эта номенклатура является развитием и упорядочением Женевской номенклатуры, с которой она имеет много общего.

В этой номенклатуре первые четыре предельных углеводорода нормального строения имеют тривиальные названия: метан, этан, пропан и бутан. Названия последующих нормальных (неразветвлённых) углеводородов образуются от основы греческих числительных с добавлением окончания -ан: С 5 Н 12 - пентан, С 6 Н 14 - гексан, С 7 Н 16 -гептан и т. д. (см. табл.1)

Для названия разветвлённых углеводородов необходимо выбрать самую длинную нормальную цепь . Если в углеводороде можно выделить несколько цепей одинаковой длины, то следует выбрать самую разветвлённую цепь . Название этого углеводорода, соответствующего самой длиной цепи, принимается за основу названия данного углеводорода. Следовательно, углеводород, имеющий строение

будет рассматриваться как производное гептана. Эту самую длинную цепь нумеруют , причём направление нумерации выбирают так, чтобы цифры, указывающие положение боковых цепей, были бы наименьшими. Для каждого бокового заместителя арабской цифрой указывают место расположения его в цепи и дают название. Если в соединении находится несколько одинаковых заместителей, то наряду с указанием места расположения каждого заместителя с помощью умножающих приставок (греческих числительных) ди-, три-, татра- и так далее, указывается их количество. Боковые заместители перечисляют в порядке возрастания их сложности: метил СН 3 – менее сложен, чем этил С 2 Н 5 -, т.е. радикал с меньшим числом атомов углерода менее сложен, чем с большим числом атомов. При одинаковом числе атомов углерода менее сложен тот радикал, у которого основная цепь

длиннее: втор. бутил
менее сложен, чем трет. бутил

Таким образом, приведённое ранее соединение будет называться 2,2,5-триметил-3-этилгептан.

При наличии в углеводороде кратных связей за главную цепь принимается самая длинная, которая содержат двойную или тройную связь. Если в углеводороде имеется одна двойная связь, то окончание –ан в названии предельного углеводорода, соответствующего в этой цепи, заменяется на окончание – ен и арабской цифрой указывается номер атома углерода, у которого начинается двойная цепь. Так соединение

будет называться гептин-3.

Если в соединении содержатся две двойные или тройные связи, то окончания названий углеводородов должны быть – диен или - диин соответственно с указанием номеров атомов, у которых начинаются кратные связи:

При наличии двойной и тройной связей окончание в названии углеводорода будет –ен-ин с указанием номеров атомов, у которых начинаются соответствующие кратные связи:

В случае разветвлённых непредельных углеводородов главную цепь выбирают таким образом, чтобы положения двойных и ройных связей были обозначены наименьшими номерами.

Названия циклических углеводородов образуют, добавляя к названию предельного углеводорода с тем же числом атомов углерода приставку цикло-

При наличии боковых заместителей указывается их местоположение, количество и название, после чего называется циклический углеводород.

Если в цикле содержатся кратные связи, то это отражается на изменении окончания на -ен при наличии двойной связи или на окончание на –ин при наличии одной тройной связи.

Для простейшего моноциклического ароматического соединения сохраняется тривиальное название – бензол. Кроме того, сохраняются тривиальные названия некоторых замещённых ароматических углеводородов

Моноциклические ароматические углеводороды рассматриваются как производные бензола, полученные путём замещения атомов водорода на углеводородные радикалы. Для того, чтобы назвать то или иное ароматическое соединение следует пронумеровать атомы углерода бензольного кольца, указать положения заместителей в кольце, указать сколько их, назвать эти радикалы, после чего назвать ароматический углеводород. Положения заместителей следует обозначать наименьшими номерами. Таким образом, соединение

будет называться 1,4-диметил-2-этилбензол.

Если в бензольном кольце имеется только два заместителя, то вместо цифр 1,2- , 1,3- и 1,4- можно соответственно использовать обозначения орто (о-), мета (м-) и пара (п-)

Названия некоторых конденсированных и полициклических ароматических углеводородов и порядок нумерации атомов углерода приводятся далее.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК.

Павлов Б.А., Терентьев А.П.. Курс органической химии. М.-Л.

Домашнее задание 1

Вариант 1,16

а) (CH 3) 2 (CH) 2 (C 2 H 5) 2 ,

б) (CH 3) 2 CCH(CH 3)

а) метилизопропилтрет.бутилметан,

б) метилэтилацетилен.

а) 2,2,3-триметилбутан,

б) 3,4-диметилгексен-3.

Вариант 2,17

1. Напишите в развернутом виде структурные формулы следующих углеводородов и назовите их по рациональной номенклатуре и номенклатуре ИЮПАК. Укажите сколько первичных, вторичных, третичных и четвертичных углеродных атомов в каждом соединении:

а) (CH 3) 3 CCH(CH 3)CH(CH 3)(C 2 H 5)

б) (СН 3)(С 2 Н 5)С 2 (С 2 Н 5) 2 .

2. Напишите структурные формулы следующих соединений

и назовите их по номенклатуре ИЮПАК:

б) -метил--этил--втор.бутилэтилен.

3.Напишите структурные формулы следующих соединений и назовите их по рациональной номенклатуре:

а) 2,2,3,4-тетраметил-3-этилпентан,

б) 2,5-диметилгексин-3.

: Вариант 3,18

1. Напишите а развернутом виде структурные формулы следующих углеводородов и назовите их по рациональной номенклатуре и номенклатуре ИЮПАК. Укажите сколько первичных, вторичных, третичных и четвертичных углеродных атомов в каждом соединении:

а) (CH 3) 3 ССН(С 2 Н 5)СН(СН 3)(С 2 Н 5),

б) (CH 3) 2 CHС 2 СН(CH 3) 2 .

2. Напишите структурные формулы следующих соединений и назовите их по номенклатуре ИЮПАК

а) этилдивтор.бутилметан,

б) изопропилтрет.бутилацетилен.

3. Напишите структурные формулы следующих соединений и назовите их по рациональной номенклатуре:

а) 2,2-диметил-3-этилпентан,

б) 2,2,5,5-тетраметилгексен-3

Вариант 4,19

а) (CH 3) 2 (СН) 4 (СН 3)(С 2 Н 5),

б) (CH 3) 3 С 2 (СН 3)(С 2 Н 5)СН(СН 3) 2 .

а)метилизопропилтрет.бутилметан,

б)сим.втор.бутилтрет.бутилэтилен.

3. Напишите структурные формулы следующих соединений и назовите их по рациональной номенклатуре:

а)2,2,4,4-тетраметил-3-этилпентан,

б) 2,2,5-триметилгексин-3.

Вариант 5,20

а) СН 3 (СН 2) 2 СН(С 2 Н 5)СН(СН 3)(С 2 Н 5),

б) (CH 3) 3 С 4 (СН 3) 3 .

2. Напишите структурные формулы следующих соединений и назовите их по номенклатуре ИЮПАК

а) этилизопропилизобутилметан,

б)-этил--изопропил--втор.бутилэтилен.

3. Напишите структурные формулы следующих соединений и назовите их по рациональной номенклатуре:

а) 2-метил-3,3-диэтилпентан,

б) бутадиен-1,3

Вариант 6, 21

а) (CH 3) 3 С(СН 2) 2 СН(СН 3) 2 ,

б) СН 2 С(СН 3)СНСН 2 .

2. Напишите структурные формулы следующих соединений и назовите их по номенклатуре ИЮПАК

а) метилэтилизопропилтрет.бутилметан,

б) ,-диметил--вторбутилэтилен.

Название класса соединений	Общая формула
Алканы	С n H 2 n +2
Алкены, циклоалканы	С n H 2 n
Алкины, алкадиены, циклоалкены	С n H 2 n -2
Одноатомные спирты, простые эфиры	С n H 2n+1 OH
Двухатомные спирты	С n H 2n (OH) 2
Трехатомные спирты	С n H 2n-1 (OH) 3
Альдегиды (предельные), кетоны	С n H 2n+1 CHO
Одноосновные карбоновые кислоты, сложные эфиры	С n H 2n+1 COOH
Двухосновные карбоновые кислоты	С n H 2n (COOH) 2
Амины	С n H 2n+1 NH 2
Нитросоединения	С n H 2n+1 NO 2
Аминокислоты	С n H 2n NH 2 COOH
Ароматические углеводороды, гомологи бензола	С n H 2n-6
Ароматические одноатомные спирты	С n H 2n-7 OH
Ароматические двухатомные спирты	С n H 2n-8 (OH) 2
Ароматические альдегиды	С n H 2n-7 CHO
Ароматические одноосновные кислоты	С n H 2n-7 COOH

Алгоритм составления формул изомеров алканов

1. Определите число атомов углерода по корню названия углеводорода.

2. Изобразите схему нормальной углеродной цепи и пронумеруйте в ней атомы углерода.

3. Изобразите схему пронумерованной углеродной цепи изомеров, которых по сравнению с нормальной цепью на один атом углерода меньше, этот атом углерода присоедините во всевозможных положениях к атомам углерода пронумерованной главной цепи, кроме крайних.

4. Составьте схему пронумерованной углеродной цепи изомеров, в которых по сравнению с нормальной цепью на два атома углерода меньше; эти два атома углерода присоедините всевозможных положениях к атомам углерода пронумерованной главной цепи, кроме крайних.

5. Впишите атомы водорода с учетом недостающих единиц валентности у атомов углерода в схемах углеродной цепи (валентность углерода – IV).

6. Количество атомов углерода и водорода в углеродной цепи изомеров не должно меняться.

Алгоритм составления формул углеводородов по их названию

1. Определите число атомов углерода в молекуле по корню названия углеводорода.

2. Изобразите углеродную цепь в соответствии с числом атомов углерода в молекуле.

3. Пронумеруйте углеродную цепь.

4. Установите наличие соответствующей углеродной связи в молекуле по суффиксу названия углеводорода, изобразите эту связь в углеродной цепи.

5. Подставьте радикалы в соответствии с номерами атомов углерода в цепи.

6. Обозначьте черточками недостающие валентности у атомов углерода.

7. Впишите недостающие атомы водорода.

8. Представьте структурную формулу в сокращенной записи.

Названия некоторых органических веществ

Химическая формула	Систематическое название вещества	Тривиальное название вещества
СH 2 Cl 2	Дихлорметан	Хлористый метилен
CHCl 3	Трихлорметан	Хлороформ
CCl 4	Тетрахлорметан	Четыреххлористый углерод
C 2 H 2	Этин	Ацетилен
C 6 H 4 (CH 3) 2	Диметилбензол	Ксилол
C 6 H 5 CH 3	Метилбензол	Толуол
C 6 H 5 NH 2	Аминобензол	Анилин
C 6 H 5 OH	Гидроксибензол	Фенол, карболовая кислота
C 6 H 2 CH 3 (NO 2) 3	2,4,6-тринитротолуол	Тол, тротил
С 6 Н 3 (ОН) 3	1,2,3 - тригидроксибензол	Пирогаллол
С 6 Н 4 (ОН) 2	1,3 - дигидроксибензол	Резорцин
С 6 Н 4 (ОН) 2	1,2- дигидроксибензол	Пирокатехин
С 6 Н 4 (ОН) 2	1,4 - дигидроксибензол	Гидрохинон
C 6 H 2 OH(NO 2) 3	2,4,6- тринитрофенол	Пикриновая кислота
C 3 H 5 (OH) 3	Пропантриол -1,2,3	Глицерин
C 2 H 4 (OH) 2	Этандиол – 1,2	Этиленгликоль
C 6 H 5 CH 2 OH	Фенилметанол	Бензиловый спирт
С 6 H 8 (OH) 6	Гексангексаол-1,2,3,4,5,6	Сорбит
C 3 H 6 O	Прапанон	Ацетон
CH 3 OH	Метанол (метиловый спирт)	Древесный спирт
СН 2 О	Метаналь	Формальдегид
С 2 Н 4 О	Этаналь	Уксусный альдегид, ацетальальдегид
С 3 Н 6 О	Пропаналь	Пропионовый альдегид
С 3 Н 4 О	Пропеналь	Акролеин
С 6 Н 5 СОН	Бензальдегид	Бензойный альдегид
С 4 Н 8 О	Бутаналь	Масляный альдегид
С 5 Н 10 О	Пентаналь	Валериановый альдегид
НСООН	Метановая кислота	Муравьиная кислота(соль - формиат)
СН 3 СООН	Этановая кислота	Уксусная кислота(соль – ацетат)
С 2 Н 5 СООН	Пропановая кислота	Пропионовая кислота
С 3 Н 7 СООН	Бутановая кислота	Масляная кислота
С 4 Н 9 СООН	Пентановая кислота	Валериановая кислота
С 5 Н 11 СООН	Гексановая кислота	Капроновая кислота
С 6 Н 13 СООН	Гептановая кислота	Энантовая кислота
С 7 Н 15 СООН	Октановая кислота	Каприловая кислота
С 8 Н 17 СООН	Нонановая кислота	Пеларголовая кислота
НООС - СООН	Этандиовая кислота	Щавелевая кислота(соль – оксалат)
НООС –СН 2 - СООН	Пропандиовая кислота	Малоновая кислота
НООС –(СН 2) 2 - СООН	Бутандиовая кислота	Янтарная кислота
С 17 Н 33 СООН(непред)	Октадекеновая кислота	Олеиновая кислота
С 15 Н 31 СООН(пред)	Гексадекановая кислота	Пальмитиновая кислота
С 17 Н 35 СООН(пред)	Октадекановая кислота	Стеариновая кислота(соль – стеарат)

В настоящее время известно более 10 млн органических соединений. Такое громадное количество соединений требует строгой классификации и единых международных номенклатурных правил. Этому вопросу уделяется особое внимание в связи с использованием компьютерных технологий для создания разнообразных баз данных.

1.1. Классификация

Строение органических соединений описывается с помощью структурных формул.

Структурной формулой называют изображение последовательности связывания атомов в молекуле при помощи химических символов.

С понятием последовательности соединения атомов в молекуле непосредственно связано явление изомерии, т. е. существования соединений одинакового состава, но различного химического стро- ения, называемых структурными изомерами (изомеры строения). Важнейшей характеристикой большинства неорганических соединений служит состав, выражаемый молекулярной формулой, например хлороводородная кислота HC1, серная кислота H 2 SO 4. Для органи- ческих соединений состав и соответственно молекулярная формула не являются однозначными характеристиками, так как одному и тому же составу может соответствовать много реально существующих соединений. Например, структурные изомеры бутан и изобутан, имея одинаковую молекулярную формулу С 4 Н 10, различаются последовательностью связывания атомов и имеют разные физико-химические характеристики.

Первым классификационным критерием служит деление органических соединений на группы с учетом строения углеродного скелета (схема 1.1).

Схема 1.1. Классификация органических соединений по строению углеродного скелета

Ациклические соединения - это соединения с незамкнутой цепью атомов углерода.

Алифатические (от греч. a leiphar - жир) углеводороды - простейшие представители ациклических соединений - содержат только атомы углерода и водорода и могут быть насыщенными (алканы) и ненасыщенными (алкены, алкадиены, алкины). Их структурные формулы часто записывают в сокращенном (сжатом) виде, как показано на примере н -пентана и 2,3-диметилбутана. При этом обозначение одинарных связей опускают, а одинаковые группы заключают в скобки и указывают число этих групп.

Углеродная цепь может быть неразветвленной (например, в н-пентане) и разветвленной (например, в 2,3-диметилбутане и изопрене).

Циклические соединения - это соединения с замкнутой цепью атомов.

В зависимости от природы атомов, составляющих цикл, различают карбоциклические и гетероциклические соединения.

Карбоциклические соединения содержат в цикле только атомы углерода и делятся на ароматические и алициклические (циклические неароматические). Число атомов углерода в циклах может быть различным. Известны большие циклы (макроциклы), состоящие из 30 атомов углерода и более.

Для изображения циклических структур удобны скелетные формулы, в которых опускают символы атомов углерода и водорода, но символы остальных элементов (N, O, S и др.) указывают. В таких

формулах каждый угол многоугольника означает атом углерода с необходимым числом атомов водорода (с учетом четырехвалентности атома углерода).

Родоначальником ароматических углеводородов (аренов) является бензол. Нафталин, антрацен и фенантрен относятся к полициклическим аренам. Они содержат конденсированные бензольные кольца.

Гетероциклические соединения содержат в цикле, кроме атомов углерода, один или несколько атомов других элементов - гетероатомов (от греч. heteros - другой, иной): азот, кислород, серу и др.

Большое многообразие органических соединений можно рассматривать в целом как углеводороды или их производные, полученные путем введения в структуру углеводородов функциональных групп.

Функциональная группа - это гетероатом или группа атомов неуглеводородного характера, определяющие принадлежность соеди- нения к определенному классу и ответственных за его химические свойства.

Вторым, более существенным классификационным критерием, служит деление органических соединений на классы в зависимости от природы функциональных групп. Общие формулы и названия важнейших классов приведены в табл. 1.1.

Соединения с одной функциональной группой называют монофункциональными (например, этанол), с несколькими одинаковыми функциональными группами - полифункциональными (например,

Таблица 1.1. Важнейшие классы органических соединений

* К функциональным группам иногда причисляют двойную и тройную связи.

** Применяемое иногда название тиоэфиры использовать не следует, так как оно

относится к серосодержащим сложным эфирам (см. 6.4.2).

глицерин), с несколькими разными функциональными группами - гетерофункциональными (например, коламин).

Соединения каждого класса составляют гомологический ряд, т. е. группу родственных соединений с однотипной структурой, каждый последующий член которого отличается от предыдущего на гомологическую разность СН 2 в составе углеводородного радикала. Например, ближайшими гомологами являются этан С 2 Н 6 и пропан С з Н 8 , метанол

СН 3 ОН и этанол СН 3 СН 2 ОН, пропановая СН 3 СН 2 СООН и бутановая СН 3 СН 2 СН 2 СООН кислоты. Гомологи обладают близкими химическими свойствами и закономерно изменяющимися физическими свойствами.

1.2. Номенклатура

Номенклатура представляет собой систему правил, позволяющих дать однозначное название каждому индивидуальному соединению. Для медицины знание общих правил номенклатуры имеет особенно большое значение, так как в соответствии с ними строятся названия многочисленных лекарственных средств.

В настоящее время общепринята систематическая номенклатура ИЮПАК (IUPAC - Международный союз теоретической и прикладной химии)*.

Однако до сих пор сохраняются и широко применяются (особенно в медицине) тривиальные (обыденные) и полутривиальные названия, использовавшиеся еще до того, как становилось известным строение вещества. В этих названиях могут отражаться природные источники и способы получения, особо заметные свойства и области применения. Например, лактоза (молочный сахар) выделена из молока (от лат. lactum - молоко), пальмитиновая кислота - из пальмового масла, пировиноградная кислота получена при пиролизе виноградной кислоты, в названии глицерина отражен его сладкий вкус (от греч. glykys - сладкий).

Тривиальные названия особенно часто имеют природные соединения - аминокислоты, углеводы, алкалоиды, стероиды. Употребление некоторых укоренившихся тривиальных и полутривиальных названий разрешается правилами ИЮПАК. К таким названиям относятся, например, «глицерин» и названия многих широко известных ароматических углеводородов и их производных.

* Номенклатурные правила ИЮПАК по химии. Т. 2. - Органическая химия/пер. с англ. - М.: ВИНИТИ, 1979. - 896 с.; Хлебников А.Ф., Новиков М.С. Современная номенклатура органических соединений, или Как правильно называть органические вещества. - СПб.: НПО «Профессионал», 2004. - 431 с.

В тривиальных названиях дизамещенных производных бензола взаимное расположение заместителей в кольце обозначается префиксами орто- (о-) - для групп, находящихся рядом, мета- (м-) - через один атом углерода и пара- (п-) - напротив. Например:

Для использования систематической номенклатуры ИЮПАК необходимо знать содержание следующих номенклатурных терминов:

Органический радикал;

Родоначальная структура;

Характеристическая группа;

Заместитель;

Локант.

Органический радикал* - остаток молекулы, из которой удаляются один или несколько атомов водорода и при этом остаются свободными одна или несколько валентностей.

Углеводородные радикалы алифатического ряда имеют общее название - алкилы (в общих формулах обозначаются R), радикалы ароматического ряда - арилы (Ar). Два первых представителя алканов - метан и этан - образуют одновалентные радикалы метил СН 3 - и этил СН 3 СН 2 -. Названия одновалентных радикалов обычно образуются при замене суффикса -ан суффиксом -ил.

Атом углерода, связанный только с одним атомом углерода (т. е. концевой), называют первичным, с двумя - вторичным, с тремя - третичным, с четырьмя - четвертичным.

* Этот термин не следует путать с термином «свободный радикал», который характеризует атом или группу атомов с неспаренным электроном.

Каждый последующий гомолог из-за неравноценности атомов углерода образует несколько радикалов. При удалении атома водорода от концевого атома углерода пропана получают радикал н -пропил (нормальный пропил), а от вторичного атома углерода - радикал изопропил. Бутан и изобутан каждый образуют по два радикала. Буква н- (которую разрешается опускать) перед названием радикала указывает, что свободная валентность находится на конце неразветвленной цепи. Префикс втор- (вторичный) означает, что свободная валентность находится у вторичного атома углерода, а префикс трет- (третичный) - у третичного.

Родоначальная структура - химическая структура, составляющая основу называемого соединения. В ациклических соединениях в качестве родоначальной структуры рассматривается главная цепь атомов углерода, в карбоциклических и гетероциклических соединениях - цикл.

Характеристическая группа - функциональная группа, связанная с родоначальной структурой или частично входящая в ее состав.

Заместитель - любой атом или группа атомов, замещающие в ор- ганическом соединении атом водорода.

Локант (от лат. locus - место) цифра или буква, указывающая положение заместителя или кратной связи.

Наиболее широко применяются два вида номенклатуры: заместительная и радикально-функциональная.

1.2.1. Заместительная номенклатура

Общая конструкция названия по заместительной номенклатуре представлена на схеме 1.2.

Схема 1.2. Общая конструкция названия соединения по заместительной номенклатуре

Название органического соединения представляет собой сложное слово, включающее название родоначальной структуры (корень) и названия разного типа заместителей (в виде префиксов и суффиксов), отражающих их природу, местонахождение и число. Отсюда и название этой номенклатуры - заместительная.

Заместители подразделяются на два типа:

Углеводородные радикалы и характеристические группы, обозначаемые только префиксами (табл. 1.2);

Характеристические группы, обозначаемые как префиксами, так и суффиксами в зависимости от старшинства (табл. 1.3).

Для составления названия органического соединения по заместительной номенклатуре используют приводимую ниже последовательность правил.

Таблица 1.2. Некоторые характеристические группы, обозначаемые только префиксами

Таблица 1.3. Префиксы и суффиксы, применяемые для обозначения важнейших характеристических групп

* Атом углерода, отмеченный цветом, включается в состав родоначальной структуры.

** Большинство фенолов имеет тривиальные названия.

Правило 1. Выбор старшей характеристической группы. Выявляют все имеющиеся заместители. Среди характеристических групп определяют старшую группу (если она присутствует), используя шкалу старшинства (см. табл. 1.3).

Правило 2. Определение родоначальной структуры. В качестве родо- начальной структуры в ациклических соединениях используют главную цепь атомов углерода, а в карбоциклических и гетероциклических соединениях - основную циклическую структуру.

Главную цепь атомов углерода в ациклических соединениях выбирают по приведенным ниже критериям, причем каждый последую- щий критерий используют, если предыдущий не приводит к однозначному результату:

Максимальное число характеристических групп, обозначаемых как префиксами, так и суффиксами;

Максимальное число кратных связей;

Максимальная длина цепи атомов углерода;

Максимальное число характеристических групп, обозначаемых только префиксами.

Правило 3. Нумерация родоначальной структуры. Родоначальную структуру нумеруют так, чтобы старшая характеристическая группа получила наименьший локант. Если выбор нумерации неоднозначен, то применяют правило наименьших локантов, т. е. нумеруют так, чтобы заместители получили наименьшие номера.

Правило 4. Название блока родоначальной структуры со старшей характеристической группой. В названии родоначальной структуры степень насыщенности отражают суффиксами: -ан в случае насыщенного углеродного скелета, -ен - при наличии двойной и -ин - тройной связи. К названию родоначальной структуры присоединяют суффикс, обозначающий старшую характеристическую группу.

Правило 5. Названия заместителей (кроме старшей характеристической группы). Дают название заместителям, обозначаемым префиксами в алфавитном порядке. Положение каждого заместителя и каждой кратной связи указывают цифрами, соответствующими номеру атома углерода, с которым связан заместитель (для кратной связи указывают только наименьший номер).

В русской терминологии цифры ставят перед префиксами и после суффиксов, например, 2-аминоэтанол H 2 NCH 2 CH 2 OH, бутадиен-1,3

СН 2 =СН-СН=СН 2 , пропанол-1 СН 3 СН 2 СН 2 ОН.

Для иллюстрации этих правил ниже приведены примеры построения названий ряда соединений в соответствии с общей схемой 1.2. В каждом случае отмечены особенности строения и способ их отражения в названии.

Схема 1.3. Построение систематического названия фторотана

2- бромо-1,1,1-трифторо-2-хлороэтан (средство для ингаляционного наркоза)

При наличии в соединении нескольких одинаковых заместителей при одном и том же атоме углерода локант повторяют столько раз, сколько имеется заместителей, с добавлением соответствующего умножающего префикса (схема 1.3). Заместители перечисляют по алфавиту, причем умножающий префикс (в данном примере - три-) в алфавитном порядке не учитывают. Схема 1.4. Построение систематического названия цитраля

После суффикса -аль, как и для сочетания -овая кислота, можно не указывать положение характеристических групп, так как они всегда находятся в начале цепи (схема 1.4). Двойные связи отражают суффиксом -диен с соответствующими локантами в названии родоначальной структуры.

Суффиксом обозначают старшую из трех характеристических групп (схема 1.5); остальные заместители, включая нестаршие характеристические группы, перечисляют по алфавиту как префиксы.

Схема 1.5. Построение систематического названия пеницилламина

Схема 1.6. Построение систематического названия щавелевоуксусной кислоты

оксобутандиовая кислота (продукт углеводного обмена)

Умножающий префикс ди- перед сочетанием -овая кислота указывает на наличие двух старших характеристических групп (схема 1.6). Локант перед оксо- опущен, так как иное положение оксогруппы соответствует той же структуре.

Схема 1.7. Построение систематического названия ментола

Нумерацию в цикле ведут от атома углерода, с которым связана старшая характеристическая группа (ОН) (схема 1.7), несмотря на то, что наименьший набор локантов всех заместителей в кольце может быть 1,2,4-, а не 1,2,5- (как в рассматриваемом примере).

Схема 1.8. Построение систематического названия пиридоксаля

I Заместители: ГВДРОКСИМЕТИЛ,ГИДРОКСИ, МЕТИЛ I

Альдегидную группу, атом углерода которой не включен в родоначальную структуру (схема 1.8), обозначают суффиксом -карбаль- дегид (см. табл. 1.3). Группу -СН 2 ОН рассматривают как составной заместитель и называют «гидроксиметил», т. е. метил, в котором в свою очередь произведено замещение атома водорода гидроксильной группой. Другие примеры составных заместителей: диметиламино- (CH 3) 2 N-, этокси- (сокращение от этилокси) С 2 Н 5 О-.

1.2.2. Радикально-функциональная номенклатура

Радикально-функциональная номенклатура используется реже, чем заместительная. В основном она применяется для таких классов органических соединений, как спирты, амины, простые эфиры, сульфиды и некоторых других.

Для соединений с одной функциональной группой общее название включает название углеводородного радикала, а наличие функцио- нальной группы отражают опосредованно через название соответствующего класса соединений, принятого в этом виде номенклатуры (табл. 1.4).

Таблица 1.4. Названия классов соединений, используемые в радикальнофункциональной номенклатуре*

1.2.3. Построение структуры по систематическому названию

Изображение структуры по систематическому названию представляется обычно более легкой задачей. Сначала записывают родо- начальную структуру - открытую цепь или цикл, затем нумеруют атомы углерода и расставляют заместители. В заключение дописывают атомы водорода с условием, чтобы каждый атом углерода оказался четырехвалентным.

В качестве примера приводится построение структур лекарственного средства ПАСК (сокращение от пара-аминосалициловой кислоты, систематическое название - 4-амино-2-гидроксибензойная кислота) и лимонной (2-гидроксипропан-1,2,3-трикарбоновой) кислоты.

4-Амино-2-гидроксибензойная кислота

Родоначальная структура - тривиальное название цикла со старшей характеристической

группой (СООН):

Расстановка заместителей - группа у атома С-4 и группа ОН у атома С-2:

2-Гидроксипропан-1,2,3-трикарбоновая кислота

Главная углеродная цепь и нумерация:

Расстановка заместителей - три группы СООН (-трикарбоновая кислота) и группа ОН у атома С-2:

Дополнение атомами водорода:

Следует заметить, что в систематическом названии лимонной кислоты в качестве родоначальной структуры выбран пропан, а не более длинная цепь - пентан, так как в пятиуглеродную цепь невозможно включить атомы углерода всех карбоксильных групп.

Лекции по органической химии

Лекция 1

Классификация органических соединений. Номенклатура органических соединений.

Цель лекции: знакомство с классификацией и номенклатурой органических соединений

План:

Предмет и задачи органической химии. Значение её для фармации.

Классификация органических соединений.

Принципы тривиальной и рациональной номенклатуры.

Принципы номенклатуры ИЮПАК.

Предмет и задачи органической химии.

Органическая химия – это раздел химии, посвященный изучению строения, способов синтеза и химических превращений углеводородов и их функциональных производных.

Термин «органическая химия » впервые ввел шведский химик Йенс Якоб Берцеллиус в 1807 г.

Благодаря особенностям своего строения органические вещества очень многочисленны. Сегодня их число достигает 10 млн.

В настоящее время состояние органической химии таково, что позволяет научно спланировать и осуществить синтез любых сложных молекул (белков, витаминов, ферментов, лекарственных препаратов и т. д.).

Органическая химия тесно связана с фармацией. Она позволяет осуществлять выделение индивидуальных лекарственных веществ из растительного и животного сырья, синтезирует и проводит очистку лекарственного сырья, определяет структуру вещества и механизм химического действия, позволяет определять подлинность того или иного лекарственного препарата. Достаточно сказать, что 95 % лекарственных средств имеют органическую природу.

Классификация органических соединений

В классификации принимаются за основу два важнейших признака: строение углеродного скелета и наличие в молекуле функциональных групп.

По строению углеродного скелета органические. соединения делятся на три большие группы.

I Ациклические (алифатические) соединения, имеющие открытую углеродную цепь как неразветвлённую, так и разветвлённую.

К ним относятся:

Алканы СН 3 – СН 2 – СН 2 – СН 3

Алкены СН = СН – СН 2 – СН 3

Алкины СН = С – СН 2 – СН 3

Алкадиены СН 2 = СН – СН = СН 2

II Циклические соединения, которые в свою очередь делятся на карбоциклические и гетероциклические.

Карбоциклические соединения- это соединения в которых углеродная цепь замкнута в цикл (кольцо). Они в свою очередь подразделяются на алициклические и ароматические . Примером алициклических углеводородов является циклогексан, а ароматических – бензол.

Циклогексан Бензол

Гетероциклические соединения (от греческого heteros – другой), содержащие в цикле не только атомы углерода, но и атомы других элементов, чаще всего азота, кислорода, серы. Например:

Родоначальными соединениями в органической химии признаны углеводороды , состоящие только из атомов углерода и водорода. Разнообразные органические соединения можно рассматривать как производные углеводородов, полученные введением в них функциональных групп.

Функциональной группой называют структурный фрагмент молекулы, характерный для данного класса органических соединений и определяющий его химические свойства .

Например, свойства спиртов определяются наличием гидроксогруппы (- ОН ), свойства аминов – аминогруппы (- NH 2 ), карбоновых кислот наличием в молекуле карбоксильной группы (- СООН ) и так далее.

Таблица 1 . Основные классы органических соединений

Название класса органического соединения	Общая формула	Название функциональной
Галогенопроизвоные
		гидроксильная
		гидроксильная
Простые эфиры	СН 3 – О – СН 3	алкоксильная
		аминогруппа
Нитросоединения		нитрогруппа
Альдегиды	СН 3 – С=О	альдегидная
	СН 3 – С - О	карбонильная
Карбоновые кислоты	СН 3 - СООН	карбоксильная

Такая классификация важна потому, что функциональные группы во многом определяют химические свойства данного класса соединений.

Если соединения содержат несколько функциональных групп и они одинаковые, то такие соединения называют полифункциональными (СН 2 ОН – СНОН – СН 2 ОН - глицерин), если молекула содержит разные функциональные группы, то это гетерофункциональное соединение (СН 3 – СН(ОН) - СООН - молочная кислота). Гетерофункциональные соединения можно сразу отнести к нескольким классам соединений.

3. Принципы тривиальной и рациональной номенклатуры.

Номенклатура органических соединений является первым этапом освоения научной терминологии. Номенклатура – это система правил, позволяющих назвать данное соединение.

Исторически первой была тривиальная номенклатура. В названии веществ по этой номенклатуре отражались способы получения вещества или его природные источники. Например, лактоза (молочный сахар) выделена из молока, пальмитиновая кислота выделена из пальмового масла и т. д. Многие соединения до сих пор называются по тривиальной номенклатуре, т.к. они более просты и удобны. Но они требуют запоминания и не отражают строения соединения. Например – муравьиная кислота, глюкоза, лимонная кислота.

С развитием химии появились попытки научного подхода к названию соединений. Появилась рациональная (радикальная) номенклатура. Ее называют радикало-функциональной, т.к. название по этой номенклатуре строится по названию радикала и функциональной группы. Атомы углерода нумеровались буквами греческого алфавита (α, β, γ и т.д.). Первым атомом углерода считался атом углерода, стоящий за атомом углерода функциональной группы.

Принципы номенклатуры ИЮПАК

Научные принципы номенклатуры были утверждены в 1965 г. международным союзом теоретической и прикладной химии (IUPAC). Отсюда и название (IUPAC- Международный союз теоретической и прикладной химии).

Для пользования этой номенклатурой необходимо знать ряд номенклатурных терминов –

Органический радикал – это остаток молекулы из которой удален один или несколько атомов водорода, при этом остаются свободными одна или несколько валентностей. Если из молекулы алкана удален один атом водорода, то суффикс –ан замещается на суффикс –ил . Например, СН 4 – метан, а СН 3 – метил.

Родоначальная структура – составляет основу называемого соединения. Ею, является самая длинная углеродная цепь, содержащая наибольшое количество заместителей и кратных связей или цикл в циклических соединениях. Если соединение содержит цепь и цикл, то за основу выбирают цепь.

Характеристическая группа – функциональная группа, связанная с родоначальной структурой или частично входящая в её состав

Заместитель – любой атом или группа атомов, замещающие атом водорода в исходном соединении. Таким образом, заместителем может быть любая функциональная группа или УВ радикал.

Составление названия органического соединения по международной номенклатуре проводят в следующей последовательности:

Определяют старшую функциональную группу, если она присутствует и родоначальную структуру соединения.

Старшую функциональную группу определяют с учетом старшинства всех функциональных групп. (См. таблицу 2)

Нумерация родоначальной структуры проводят так, чтобы старшая функциональная группа имела наименьший номер или так, чтобы заместители получили наименьшие номера. В гетероцикллах начало нумерации определяет гетероатом.

Название строят как сложное слово, состоящее из приставки, корня, суффикса и окончания.

В состав приставки входят младшие функциональные группы и УВ радикалы в алфавитном порядке с указанием места положения.

В состав корня входит название главной цепи или цикла.

Суффикс определяет степень насыщенности: если все связи одинарные –ан, двойная – ен, тройная – ин.

Окончание определяет старшая функциональная группа

Таблица 2 Порядок старшинства функциональных групп, обозначаемых префиксами и суффиксами

Основная

1. Лузин А. П., Зурабян С. Э., Н. А. Тюкавкина, Органическая химия (учебник для учащихся средних фармацевтическх и медицинских заведений), 2002 г. С.23-34.

Дополнительная

Егоров А. С., Шацкая К. П. Химия. Пособие – репититор для поступающих в вузы

Кузьменко Н. Е., Еремин В. В., Попков В. А. Начала химии М., 1998. С. 57-61.

Райл С. А., Смит К., Уорд Р . Основы органической химии для студентов биологических и медицинских специальностей М.: Мир, 1983.

4. Лекции преподавателей.

В темах сайта я уже рассматривал вопрос о том, как называть или как расшифровывать названия органических соединений, но давайте остановимся на этом еще раз по подробнее!

ИЮПАК (системы наименований химических соединений и описания науки химии в целом), также называемой номенклатурой органических соединений, позволяет абсолютно точно отобразить в названии строение молекулы органического вещества! Благодаря этому химики все стран могут безошибочно понимать, что за вещество перед ними только по названию.

Для составления названий соединений необходимо пошагово соблюдать следующий алгоритм:

1. Найти самую длинную цепь атомов С.

Для примера я взял гипотетическое вещество:

Найдем самую длинную — главную цепь, причем она должна быть не только самой длиной но должна максимально содержать функциональные группы и ненасыщенные связи:

2. Последовательно пронумеровать атомы углерода главной цепи, действуя следующим образом:

Если существуют функциональные группы, то нумеруют со стороны ближайшей и самой старшей функциональной группы.
Если нет первого пункта и существуют ненасыщенные связи, то нумеруют со стороны ближайшей к такой связи.
Если второго пункта нет, но существует разветвленная цепь, то нумеруют с конца ближайшего к разветвлению.

Старшинство функциональных групп:

*Атом углерода заключенный в скобки, входит в состав главной углеродной цепи

Итак, самая старшая из винил-, амино-, метил- и гидроксигрупп это гидрокигруппа*, она будет составлять окончание названия и именно с конца ближайшего к гидроксигруппам будет начинаться нумерация цепи. (*Радикалы метил-, этил-, винил-, изопропил- и тд, всегда ниже по старшинству групп, перечисленных в таблице).

3. Название алкана складывается из названий боковых радикалов, перечисленных в алфавитном порядке с указанием положения в главной цепи, и названия главной цепи.

Начинаем составлять название:

a) Главная цепь, девять атомов углерода:

нонан

б) Тройная связь при восьмом атоме углерода:

нон-8-ин

с) Старшая функциональная группа, идет в окончание, указываем положение обоих гидроксигрупп и добавляем «ди», так как группы две:

нон-8-ин-2,2-диол

д) Перечисляем оставшиеся радикалы в алфавитном порядке:

5-амино-4-метил-6-винил нон-8-ин-2,2-диол

Расшифровка названий органических соединений

Аналогичным образом идет расшифровка названий, например:

3-гидроксигекс-4-еновая кислота

а) Рисуем шесть атомов углерода в главной цепи, причем цепь оканчивается на -овая, следовательно, крайний атом будет являться, по совместительству, функциональной группой карбоновой кислоты!

б) Нумеруем цепь начиная с главной функциональной группы:

в) Теперь обратим внимание на суффикс -ен-, он говорит о том, что при четвертом атоме углерода существует двойная связь:

г) Осталась приставка гидрокси- при третьем атоме углерода, добавляем -OH группу и получаем наше соединение:

Особенности номенклатуры различных классов соединений

Для карбоновых кислот существует номенклатура алфа- (α), бета- (β) и гамма- (γ) положений, согласно первому второму и третьему атому углерода после карбоксигруппы.

Например:

Для соединений с двойной связью, или связью вокруг которой невозможно вращение, существует цис(Z)-, транс(E)-номенклатура. Если одинаковые заместители находятся по одну сторону от двойной связи то это цис- или Z- изомерия, если по разные, то это транс- или E- изомерия.

Для ароматических соединений второе, третье и четвертое положение относительно старшего заместителя называются орто- (о-), мета- (м-) и пара(п-)положения:

Для углеводов существует ряд тривиальных названий (глюкоза, рибоза, мальтоза и т.д.), с обозначениями D- или L-.

D- или L- обозначения относятся к направлению вправо(D) или влево(L) предпоследнего гидроксила:

Также, в циклической форме углеводов существует обозначение альфа- (α) или бета- (β) для полуацетального гидроксила, так, если он «смотрит» вниз то это альфа-углевод, вверх — бета: