Select Page

Основы номенклатуры

Органических соединений не просто много, а очень много. Можно без преувеличения сказать, что их бесконечное количество. речь идет не только о соединениях, которые уже получены, охарактеризованы и описаны, но вообще о всех возможных органических соединениях. Огромное количество органических соединений еще не получены и, возможно, никогда не будут получены, просто потому что они даром никому не нужны – получать стараются только такие соединения, которые обладают какими-нибудь интересными свойствами, которые можно применять в медицине, сельском хозяйстве, микроэлектронике, разгоне демонстраций и других важных отраслях народного хозяйства. Множество других соединений не обладают вообще никакими интересными свойствами, или обладают ими в недостаточной степени для применения. Но называть нужно уметь все возможные соединения, хотя бы для того, чтобы уметь сказать: “А вот этот ваш 5-метил-34-метокси-трам-тарарам-и-т-д-и-т-п над которым вы работали последние 44 года, нам даром не сдался, потому что его аналог без метильной группы, известный уже сто лет, и так уже достаточно хорош…”

Система построения названий для органических соединений тоже называется номенклатурой. Идеальная номенклатура должна быть однозначной: по структуре строить одно единственное название, и по названию – одну единственную структуру. Взаимно-однозначное соответствие между структурой и названием очень важно для баз данных, больших справочников и тому подобных мест, и такие номенклатуры известны и даже не в единственном числе: создатели реферативного журнала (а теперь базы данных SciFinder) Chemical Abstracts, и колоссального справочника органических соединений Бейльштейна (также теперь существующего в виде базы данных Reaxys) создавали такие номенклатуры для своих целей и использовали их в указателях своих справочников. Это были страшные времена. Чтобы найти нужное соединение, приходилось терпеливо составлять такие названия, указатели занимали сто томов, и к ним публиковались вспомогательные указатели указателей. Проблема в том, что такие “идеальные” номенклатуры очень формальны и неудобны, грубо ломают привычные названия самых популярных соединений (а в идеальной номенклатуре не может быть исключений – допустимы только правильно построенные названия), и поэтому желающих ими пользоваться за пределами поиска структур в базе нет, а так как ныне такой поиск вообще делается именно по структуре, а не по систематическому названию, то можно сказать, что смысла в суперстрогих номенклатурах совсем не осталось.

В реальной жизни применяется номенклатура, разработанная и рекомендованная Международным Союзом Чистой и Прикладной Химии (IUPAC), который и по-русски называется ИЮПАК (что-то типа НАТО, но еще страшнее), очень давно, еще в 1950-х годах, с тех пор немного переработанной, но в основе своей совершенно неизменной. Авторизованное ИЮПАКом издание этой номенклатуры называется (по цвету обложки всего-навсего, традиционные ценности не пострадали) Голубой Книгой. Ее можно найти в Сети и в оригинале, и в русском переводе? точнее даже не в переводе, а в редакции, так как номенклатура сознательно устроена так, что названия на национальных языках могут довольно сильно различаться. Одна из характерных особенностей номенклатуры ИЮПАК – ее компромиссный, не очень строгий характер, из-за чего допускаются различные варианты названий для одной структуры (речь идет не о неправильных, а именно о полностью соответствующих правилам названиях). Кроме того, номенклатура ИЮПАК откровенно поощряет использование традиционных (так называемых тривиальных) названий для весьма широкого круга знаменитых соединений (например, не только можно, но даже и нужно продолжать пользоваться названиями типа “уксусная кислота” или “анилин” и не заменять их на систематические названия этановая кислота, фениламин). Такие названия также получают статус систематических. Их сотни. Чтобы убедиться, что использовать можно, а что нет, нужно смотреть номенклатуру, но сильно по этому поводу можно не заморачиваться, так как использование тривиальных названий не обязательно, и их всегда можно заменить полностью систематическими. К тому же, когда речь идет о замещенных производных соединений, у которых есть тривиальное название, почти всегда от тривиального названия в качестве корня названия отказываются в пользу систематического. Критерий здесь, как ни странно, удобство и ясность названия. Прямо демократия какая-то, а не номенклатура.   

Основной принцип номенклатуры очень прост: для каждого типа органических соединений определяется базовая структура, дающая корень названия. И этот корень обвешивается спереди и сзади названиями дополнительных групп, заместителей, особенностей структуры с указаниями их места в безовой структуре. Более важные вещи указываются ближе к концу. Разберемся с общими принципами номенклатуры для нециклических органических соединений. И не потому что их можно (ошибочно) считать самыми простыми органическими соединениями, а потому что именно в этом типе номенклатура особенно сложна, и если мы разберемся с этой частью, все остальное покажется нам безделицей, изучаемой за полчаса.

Базовая структура для любого алифатического соединения – неразветвленный насыщенный углеводород. Приступим к изучению основ номенклатуры. Слева (а на экране смартфона или маленького планшета сверху) – основные понятия, справа в раскрывающихся блоках (жмите на название) разбор с примерами расположенные в порядке от общего к деталям. После изучения блок можно закрыть.

Насыщенные углеводороды

Основа любого названия – цепь атомов углерода. Цепь должна быть непрерывной (должна включать только атомы углерода) и неразветвленной (это значит, что от одного конца цепи до другого можно дойти, наступая только на атомы углерода и только один раз на каждый)

Простые насыщенные цепи

Называются по числу атомов углерода. Первые четыре названия оригинальны, все остальные используют греческие и латинские числительные, которые довольно часто встречаются и в других науках. Номенклатура использует очень странную смесь греческих и латинских корней, – это забавно, но не важно, если вы не любитель древних языков.

  1. Метан
  2. Этан
  3. Пропан
  4. Бутан
  5. Пентан
  6. Гексан
  7. Гептан
  8. Октан
  9. Нонан
  10. Декан
    11-19. Ундекан, додекан, три-, тетра-, пента-, гекса-, гепта-, окто-, нонадекан

20. Эйкозан

21. Генэйкозан,

22-29. но дальше все проще – докозан, трикозан, тетракозан, и т.п. до нонакозана

30. Триаконтан

31-39. Гентриаконтан, дотриаконтан, тритриаконтан, и т.п.

40. Тетраконтан.

41-49. По образцу 31-39

50. Пентаконтан и дальше до 99 по тому же шаблону.

100. Гектан

Дальше по уже понятному шаблону, но вероятность реально встретить такие цепи ничтожно мала.

Если молекула углеводорода имеет разветвления, мы должны

а) найти самую длинную цепь – она станет основой (корнем) названия;

б) найти, что к ней присоединено и назвать каждый такой радикал;

в) пронумеровать атомы цепи так, чтобы первое встреченное разветвление имело наименьший номер;

г) если с обеих сторон цепи разветвление встречается на том же, считая с начала, атоме углерода, выбирают то, на котором это первое разветвление сложнее – сидят два заместителя, а не один;

д) определить старшинство заместителей просто по алфавиту: старше то, что стоит ближе к началу алфавита. Алфавит используется того языка, на котором пишется название.

Названия радикалов

Радикал (одновалентный) – это то, что осталось от углеводорода при отщеплении атома водорода. Названия одновалентных радикалов заканчиваются на -ил. Есть три возможных варианта.

1. Отщепляем атом водорода от конца неразветвленной цепи. Название радикала = названию углеводороду, но вместо -ан ставим -ил. Метан дает метил, гептан – гептил, гентриаконтан – гентриаконтил. Проще некуда.

2. Все возможные радикалы с тремя и четырьмя атомами углерода имеют традиционные названия, которые нужно запомнить. Стрелкой показан атом присоединения.

3. Все остальные радикалы называются сложными. Как их называть рассмотрим чуть позже.

Выбираем самую длинную цепь и направление нумерации
Это очень просто. Просто идем по всем возможным цепям и тупо считаем атомы углерода. Проблема только в том, что никто не обязан рисовать структуры так, чтобы самую длинную цепь было сразу видно. Вот, например, сильно разветвленный углеводород, в котором можно найти множество цепей. Самые длинные имеют 11 углеродов – поэтому основа названия этого соединения – ундекан.

Но какую из 11-углеродных цепей выбрать, и откуда считать номера атомов углерода? Ответ простой – выбрать ту цепь, на которой больше заместителей. На цепи, подсвеченной зеленым – 8, на желтой цепи – 7. Выбираем зеленую.

С какой стороны начинать нумерацию? С той стороны, где раньше встречается большее количество заместителей. Если идти с левой стороны, то уже на втором атоме два метила. Если с правой, то на втором атоме только один метил. Выбираем левую сторону.

Выбираем направление нумерации по старшинству заместителей.
В том случае, если с обеих сторон цепи первое разветвление одного порядка сложности (один – один или два – два заместителя), то приходится выбрать то, в котором есть старший заместитель. Старшинство заместителей определяется предельно просто – по алфавиту. По какому алфавиту??? По тому, которым пользуетесь. Из этого следует крайне странная вещь – русское название часто не будет соответствовать английскому (например, по-русски метил старше этила, а по-английски наоборот ethyl старше methyl’а. Да, это так, и с этим приходится смириться, все равно в одном тексте они вряд ли встретятся. Но переводчикам приходится об этом думать. И еще, пропилы и бутилы считаются по первой букве корня (п или б), поэтому, например, трет-бутил старше метила, а изо-пропил старше этила. При этом, между собой они меряются именно приставками, поэтому втор-бутил старше трет-бутила, а изо-пропил старше н-пропила.

Вот два примера с одинаковой длиной цепи и заместители на одном расстоянии от концов цепи. В первом случае метил старше н-пропила, и нумерация идет со стороны метила. Во втором случае изо-пропил старше этила.

Составляем окончательное название, перечисляя заместители в порядке старшинства
Теперь мы можем составить окончательное название. Обратите внимание, что заместители перечисляются по старшинству, а не по порядку следования в цепи. И так как направление нумерации определяется не только по старшинству, а в первую очередь по тому, как быстро нам встретится первый заместитель, то нумерация живет своей жизнью, отдельной от следования заместителей по старшинству в названии. Вот типичный пример. В самой длинной цепи десять углеродов – это декан. Заместители следуют по старшинству: втор-бутил > трет-бутил > метил > этил. Метилов в структуре четыре – добавляем тетра (если бы было два – ди; три – три; четыре – тетра; пять – пента и т.п.), но старшинство определяется по метилу, а не по тетра. Окончательное название готово. Обратите внимание на то, что числа отделяются от слов дефисами, между собой разделяются запятыми, если заместитель встречается несколько раз, то числа, обозначающие положение в цепи, повторяются столько раз, сколько раз повторяется заместитель (в данном случае не 2,6 а 2,2,6,6). Внутри названия не должно быть пробелов – название это одно сложное слово.

Сложные заместители

Сложные заместители – это все, что не вписывается в уже описанные рамки. Если мы видим заместитель, но не можем его назвать простыми названиями (от простых цепей, а также пропилы и бутилы), то это сложный заместитель. К счастью, нет ничего проще, чем называние для сложного заместителя, потому что есть железное и единственное правило:

Это правило формулируется просто и безапелляционно: атом углерода, которым заместитель присоединяется к основной цепи всегда имеет номер 1.

Это означает, что внутри сложного заместителя атомы углерода нумеруются по-своему, отдельно от основной цепи, и эта нумерация никак не зависит от нумерации в основной цепи. Чтобы не путать нумерацию атомов в сложном заместителе от нумерации в основной цепи, название сложного заместителя заключают в скобки (иногда используют второй способ в виде цифр со штрихами, но он менее распространен и не рекомендуется).

Следующий вопрос, который нужно задать: атом углерода №1 находится в цикле или нет. Если он находится в цикле, то все очень просто, но мы это рассмотрим отдельно и немного позже. Если не в цикле, то мы ищем в заместителе самую длинную цепь, начинающуюся с атома №1. Эта цепь нумеруется, начиная от атома №1 даже если кажется, что цепь длиннее и продолжается с другой стороны. По этой нумерации расставляем заместители в цепи.

Вот пример. Основная цепь – додекан, и два сложных заметителя. В обеих основная цепь из 3 атомов углерода начиная от атома присоединения – это пропилы. Добавляем все заместители в этих цепях и получаем, расположив по старшинству, то есть по алфавиту:

6-(1,1,2,2-тетраметилпропил)-5-(1,2,2-триметилпропил)додекан

Если в соединении не один, а несколько одинаковых сложных заместителей, то это указывают не как ди, три, тетра, пента и т.п., а с помощью прикольных приставок бис, трис, тетракис, пентакис, гексакис и т.п. – причем количество этих самых кисов не ограничено, и если даже у вас, скажем, 85 одинаковых сложных заместителей, не стесняйтесь употребить соответствующую приставку пентаоктаконтакис-. Черпайте из названий простых алканов. Кисов указывают перед скобками через дефис.

Циклические простые и сложные заместители
Циклы бывают ароматические (пока ограничимся бензолом) и неароматические. Ароматический одновалентный радикал называется фенил, неароматические в зависимости о размеров цикла: циклопропил, циклобутил, циклопентил, циклогексил и т.п. Атом присоединения всегда имеет №1. От него находим места дополнительных заместителей в цикле, обходя цикла от первого атома так, чтобы первый встреченный заместитель имел меньший номер. Пример:
Основная цепь – декан. Четыре циклических заместителя, перечисляем их по старшинству (по алфавиту). Внутри каждого из сложных заместителей свои заместители также располагаются по старшинству (в примере это касается только циклопропильного заместителя).

1-(2,5-диметилфенил)-4-(1-метил-3-изопропилциклопентил)-8-фенил-5-циклопропилдекан

Соединения с кратными связями

Принцип называния тот же самый – нужно найти самую длинную цепь. Только в этом случае выбирается из всех возможных цепь с максимальным количеством кратных связей, при этом двойные и тройные связи засчитываются одинаково во всех случаях кроме таких, когда в соединении две или несколько цепей с одинаковым количеством и относительным расположением кратных связей.

Кратные связи называются после корня, от которого отбросили “ан”, двойная связь называется “ен”, тройная “ин”, при наличии и тех и других ен пишется раньше ин. Если связей несколько, то показываем это – диен, триен, диин, триин, и т.п.

Нумеруем цепь так, чтобы первая попавшаяся кратная связь имела меньший номер.

Простые цепи с кратными связями
В первом примере тройная связь ближе к началу цепи, во втором двойная. В третьем примере во-первых выбираем более короткую цепь, но зато с обеими связями. Обе связи находятся одинаково по отношению к началу цепи, поэтому выбираем тот вариант нумерации, в котором первый встреченный заместитель имеет меньший номер.

Заместители с кратными связями
1. Несколько заместителей сохраняют традиционные имена и их нужно запомнить. Они перечислены в следующем примере. В данном случае выбор основной цепи прост – это самая длинная цепь с двумя кратными связями.

2. Все остальные заместители с кратными связями проще всего считать сложными и считать цепь от атома присоединения, указав положение кратной связи или кратных связей. Точка присоединения старше кратных связей и определяет нумерацию. В приведенном примере два таких заместителя. От атома присоединения отсчитываем самую длинную и называем ее, как обычно, учитывая количество атомов и количество кратных связей. В радикале этенил положение кратной связи очевидно и его можно не указывать.

3. Двухвалентные заместители

Такие заместители встречаются довольно часто. Их названия делаются точно так же, как и названия одновалентных групп, но вместо -ил используется окончание -илиден. Есть одно исключение – самый простой двухвалентный остаток называют не только метилиден, но и короче и привычнее – метилен. Вот пример структуры с двухвалентными заместителями.

Двойная связь имеет слабое преимущество перед тройной
Только в тех случаях, когда приходится выбирать между равноценными, с точки зрения уже изученных правил, названий. Вот два примера.

В первом есть две цепи (точнее, три) с одинаковой длиной в 5 углеродов и одинаковым расположением кратных связей. В этом случае мы выбираем цепь с двумя двойными связями, а не те, в которых одна двойная и одна тройная. Во втором случае цепь одна, но начинать ее можно было бы и с того конца, где близко двойная связь, и той, где близко тройная, причем в обоих случаях все остальное осталось бы одинаково, потому что относительное расположение кратных связей одинаково. Выбираем тот способ прохождения цепи, в котором двойные связи получают меньшие номера.

Еще раз подчеркну, что это правило имеет наименьший приоритет, и во всех случаях, когда можно обойтись без него и однозначно установить главную цепь и направление нумерации, нужно именно так и поступать. Двойная связь имеет преимущество перед тройной только в ситуации последнего выбора.

Другие заместители

Кроме углеводородов на свете есть много других органических соединений и все их нужно как-то называть. Первый шаг прост – все названия строятся от названий углеводородов через добавление неуглеводородных заместителей. При этом может измениться способ выбора основной цепи и порядок нумерации. Общая рекомендация здесь такая – нужно найти самый важный, главный заместитель и этом заместитель будет иметь приоритет над всем, что мы изучили до сих пор. Все остальные – менее важные – заместители после выбора главного становятся обычными заместителями, и с ними разбираются так же, как мы разбирались с углеводородными заместителями: старшинство по алфавиту и в общую очередь.

Главными заместителями бывают не все заместители
Есть небольшое количество заместителей, которые никогда не бывают важными. Это, например, галогены и нитро-группа. Их мы перечисляем спереди корня названия в обычном порядке, определяемом алфавитом. Выбор цепи и порядка нумерации делается так же, как и для углеводородов. Вот примеры:

В первом есть две цепи с двойной связью и по 5 углеродов, и поскольку все остальное одинаково выбираем ту из них, где еще три заместителя (хлора). Фтор и хлор перечисляем по алфавиту. Во втором цепь одна с 8 углеродами, имы выбираем направление нумерации так, чтобы первая кратная связь имела меньший номер. Расставляем заместители по алфафиту.

Все остальные заместители располагаются в строгом порядке старшинства
Каждый из заместителей может оказаться самым важным. После того как выбран самый важный заместитель, все остальные становятся обычными заместителями и перечисляются по алфавиту. Самый важный заместитель называется в самом конце названия после кратных связей. Самый важный заместитель определяет главную цепь и направление нумерации. Чем выше в таблице заместитель, тем он важнее. Ярко-желтым выделены группы, отдающие свой углерод в главную цепь. Это далеко не полный список заместителей, но нам пока хватит.

класс группа в начале в конце
карбоновые кислоты COOH карбокси -овая кислота
сложные эфиры COOR алкоксикарбонил -оат
хлорангидриды COCl хлороформил -оил хлорид
амиды CONH2 карбамоил -амид
нитрилы CN циан -нитрил
альдегиды CHO формил или оксо -аль
кетоны CO оксо -он
спирты и фенолы OH гидрокси -ол
амины NH2 амино амин

 

В основной цепи обязательно находится главный заместитель
А если их несколько, то максимальное число таких заместителей. Нумерация цепи выбирается так, чтобы первый главный заместитель имел бы наименьший номер. Сначала посмотрим на заместители, не отмеченные в таблице желтым цветом. В первом примере главная группа OH, нумерацию выбираем с того конца, где она ближе. Во втором примере главная группа кетонная, цепь выбираем так, чтобы в нее попала еще и кратная связь, но направление нумерации выбираем так, чтобы кето-группа имела номер поменьше, а не двойная связь. В том же примере еще и сложный заместитель, но это мы умеем. В третьем примере три разные серьезные группы, но мы выбираем в главные кето-группу, которая в таблице повыше остальных, а все остальное идет в начало названия и по алфавиту.

Углерод некоторых важных заместителей включается в цепь.

Это очень неприятный и довольно нелогичный момент в номенклатуре, но к этому нужно привыкнуть. Если главным заместителем становится одна из групп, которые в таблице отмечены желтым, то углерод этой группы включается в цепь и становится первым атомом цепи. Так как других вариантов быть не может, то номер 1 не указывают. Вот несколько примеров, в которых показано, как использовать обозначение главной группы в окончании названия. Обратим внимание, что выбор основной цепи определяется главной группой, и если есть кратные связи, то и стараются включить в цепь в максимальном количестве. Если и это не дает однозначного выбора, выбираем ту цепь, в которой больше других заместителей.

В предпоследнем примере еще одна особенность сложных эфиров, в составе которых кроме основной части молекулы есть и радикал, сидящий в главной группе. Этот радикал называют впереди всего названия, отделяя пробелом.

А если главных групп с углеродом в цепи две штуки?
Тогда они находятся в начале и конце цепи – так и только так, и о выборе цепи и нумерации можно не волноваться. Все остальное дописываем по обычным правилам. Обратим внимание, что можно и даже нужно опускать нумерацию, когда она однозначно следует из ситуации. Вот примеры:

В последнем примере мы видим сложный заместитель с кето- и альдегидной группой. Название такого заместителя делается по общим принципам – в цепи два углерода, на каждой по оксо-группе, в этом случае нет смысла различать кетонную и альдегидную группу в названии и нет смысла нумеровать – все и так очевидно..

А вдруг таких групп будет больше двух - что делать??

Да, это неприятная история. Но бывает и так. Проблема в том, что кажется, что такие группы должны быть одинаковы по важности, и название это должно бы отображать. Но формально запихнуть больше двух таких заместителей в одну цепь невозможно, потому что такие заместители могут быть только на концах, а концов у цепи, как ни крути, только два.

Из этой ситуации можно выйти двумя разными способами. Но ведь при этом получатся два разных названия! Да, но номенклатура это допускает. Главное, что по любому из этих названий можно однозначно нарисовать структуру.

Первый способ – просто воспользоваться теми правилами, которые мы знаем и смириться с тем, что группы в названии отразятся по разному. Но есть и второй способ. Для каждой из таких групп есть еще альтернативное название в конце: карбоновая кислота, карбальдегид, карбоксамид, карбонитрил, карбонат, карбоксилат, карбонил хлорид. И тогда нужно выбрать самую длинную цепь, содержащую максимальное количество таких групп (внимание! группы все равно должны быть одного типа!) и навешать их на нее. Вот несколько примеров и для каждого по два возможных названия (первое из этих соединений еще часто называют тетрацианэтиленом, но это несистематическое, неноменклатурное название, ИЮПАК проявляет необычную принципиальность и не допускает его).

Этот принцип еще очень полезен для циклических соединений, где вообще невозможно запихнуть группу с углеродом в цикл. Вот примеры: