ПРАВИЛА НОМЕНКЛАТУРЫ ОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ

ГОУ
ВПО Тюм ГМА Росздрава

А. И.
Сичко, Г. Д. Кадочникова, З. М. Деева

Номенклатура органических веществ – это система правил, которые позволяют дать уникальное название каждому химическому соединению.

Перед изучением номенклатуры органических веществ обязательно рекомендую познакомиться с темой
Классификация органических соединений
.

С развитием химической науки и появлением большого числа новых химических соединений все более возрастала необходимость в разработке и принятии понятной ученым всего мира системы их наименования, т.е. номенклатуры

. Далее приведем обзор oсновных номенклатур органических соединений.

Тривиальная
 номенклатура сложилась исторически по мере зарождения и развития исторической химии, до появления единой системы наименования органических веществ.

Многие тривиальные названия используются и сейчас. В таблице ниже приведены тривиальные названия основных органических веществ, а также их названия по систематической номенклатуре.

В истоках развития oрганической химии новым сoединениям приписывали тривиальные
названия, т.е. названия сложившиеся исторически и нередко связанные со способом их получения, внешним видом и даже вкусом и т.п. Такая номенклатура органических соединений называется тривиальной. В таблице ниже приведены некоторые из соединений, сохранивших свои названия и в нынешние дни.

С расширением списка органических соединений, возникла необходимость связывать их название со строением.
Базой рациональной номенклатуры органических соединений является наименование простейшего органического соединения. Например:

Однако, более сложным органическим соединениям невозможно приписать названия подобным способом. В этом случае следует называть соединения согласно правилам систематической номенклатуры ИЮПАК.

Составление
названия органического соединения по
номенклатуре ИЮПАК производят в описанной
ниже последовательности.

Основу названия
молекулы составляет главная цепь. Ее
находят по следующим признакам:

1 В ней должны
содержаться функциональные
группы
(–ОН,
–СООН, и т.д.).

2 Из функциональных
групп выбирают старшую. Правилами ИЮПАК
принят определенный порядок старшинства
групп (табл.1). Функциональные группы
могут обозначаться приставками
(префиксами) или суффиксами. Эта старшая
группа (и только она) будет обозначаться
суффиксом. Остальные группы обозначаются
приставками (префиксами).

3 Старшая группа
определяет порядок нумерации атомов
углеродной цепи — атом углерода главной
цепи, несущий старшую функциональную
группу, получает наименьший возможный
номер, т.е. нумерация начинается от того
конца цепи, к которому ближе старшая
группа.

4 Если возможен
выбор между равноправными цепями,
предпочтение отдается более ненасыщенной,
а при возможности выбора между цепями,
преимущество будет за более длинной
углеродной цепью.

5 Главную цепь
нумеруют от конца, к которому ближе
старшая группа, если функциональных
групп нет – от кратной связи; если цепь
насыщенная – от конца, где ближе
расположены алкильные группы.

6 Главную цепь
называют (корень – название нормального
углеводорода с самой длинной цепью
углеродных атомов), добавляя окончание
(суффикс) для старшей группы, а остальные
заместители обозначают приставками в
алфавитном порядке с указанием
соответствующего номера атома углерода
главной цепи к которому присоединен
заместитель. Наконец, соответствующими
суффиксами (перед суффиксом старшей
группы) обозначают кратные связи –
сначала двойные (–ен), затем тройные
(–ин) – с соответствующей нумерацией.
При необходимости используют префиксы,
указывающие на кратность заместителей
(групп): моно–, ди–, три–, тетра–, пента–,
гекса–, гепта–, окта– и т.д.

1. 3,7-
диметилоктадиен-2, 6-аль (цитраль)

— входит в
состав препарата, применяемого

для лечения
заболевания глаз.

участник
обменных процессов в организме.

Старшая
харак-теристическая гру-ппа: – овая
кислота

Родоначальная
структура – глав-ная углеродная цепь:
бутан

3.
2–амино–3–меркапто–3–метилбутановая
кислота (пеницилламин)

– антидот, применяемый при отравлениях
соединениями тяжелых металлов.

Старшая
характе–ристическая группа: – овая
кислота

Родоначальная
стру–ктура – главная углеродная цепь:
бутан

4. 2-изопропил-
5-метилциклогексанол-1 (ментол)

— компонент препарата валидол.

Родоначальная
структура: карбо-цикл – циклогек-сан

Старшая
характе-ристическая групп-па : ОЛ

Номенклатура
представляет собой систему правил,
позволяющих дать однозначное название
каждому индивидуальному соединению.

В
настоящее время общепринятой является
систематическая номенклатура ИЮПАК.

В1919 г.
с целью стандартизации химической
номенклатуры, химических терминов,
атомных масс, способов проведения
эксперимента и предоставления полученных
результатов был организован Международный
союз по теоретической и прикладной
химии – ИЮПАК. Съезды ИЮПАК в 1957 и 1965
гг. рекомендовали разработанную ею
номенклатуру к использованию, и она
стала называться номенклатурой ИЮПАК.
Правила этой номенклатуры выходили в
разные годы отдельными изданиями, а в
1979 г. были собраны в «Голубой книге»,
которая представляет собой наиболее
полный свод современных правил
номенклатуры органических соединений.

Система
принципов и правил такой номенклатуры
носит название «систематическая
номенклатура». В номенклатуре ИЮПАК
подчёркивается, что правила систематической
номенклатуры не обязательно дают
уникальное название для каждого
соединения (то есть могут существовать
разные названия одного вещества, не
противоречащие правилам ИЮПАК), но эти
названия всегда будут однозначными
(одному названию будет соответствовать
только одно вещество). Противоположностью
систематических названий являются
традиционные, полусистематические или
тривиальные
названия, которые широко используются
для распространённых соединений
(например, «уксусная
кислота», «глицин»
и т. п.).
Номенклатура ИЮПАК допускает использование
таких названий, особенно в устной речи,
однако постепенно стремится сократить
их число

Однако
в органической химии сохраняются и
тривиальные (обыденные) названия
использовавшиеся еще до того, как
становилось известным строение вещества.
В этих названиях, как правило, отражались
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;-
глицерин назван (отражен) за его сладкий

Тривиальные
названия особенно распространены среди
природных соединений – аминокислот,
углеводов, алкалоидов, стероидов.
Употребление некоторых укоренившихся
тривиальных названий (уксусная кислота,
толуол, бензойная кислота, и др.) разрешено
правилами ИЮПАК.

В основе
заместительной номенклатуры лежит
выбор родоначальной структуры.

Название
строят как сложное слово, состоящее из
корня, (название родоначальной структуры;
суффиксов, отражающих степень насыщенности
(наличие двойных или тройных связей);
перфиксов и суффиксов, обозначающих
число, характер и местонахождение
заместителей.

Составление
названия органического соединения по
заместительной номенклатуре производят
в описанной ниже последовательности.

1.
Определяют старшую характеристическую
группу (если она присутствует) и
родоначальную структуру соединения.

В
качестве родоначальной структуры
используют главную цепь атомов углерода
в ациклических соединениях и основную
циклическую структуру в карбоциклических
и гетероциклических соединениях.

2.
Нумеруют атомы родоначальной структуры
с условием, чтобы старшая хакактеристическая
группа получила наименьший номер. Если
это правило не позволяет выбрать
однозначно направление нумерации, то
цепь (или цикл) нумеруют так, чтобы
заместители получили наименьшие номера.
В гетероцикле начало нумеации определяет
гетероатом.

3.
Называют родоначальную структуру,
обозначая старшую характеристическую
группусуфиксом. Степень насыщенности
родоначальной структуры отражают в
её названии суффиксами: — ан

в случае насыщенного углеродного
скелета;

— ен

— при наличии двойной связи; — ин

– при наличии тройной связи.

4.
Называют заместители, обозначаемые
перфиксами, в едином алфавитном порядке.
Положение каждого заместителя и каждой
кратной связи указывают цифрам,
соответствующими номеру атома углерода,
с которым связан заместитель (для
кратной связи указывают наименьший
номер). Цифры ставят перед перфиксами
и после суффиксов (цифра, указывающая
положение старшей характеристической
группы или кратной связи, может стоять
и перед названием родоначальной
структуры). Например, изопрен
CH ₂
=C(CH ₃
)-CH=CH ₂

2-метилбутдиен-1,3; коламин H ₂
NCH ₂
CH ₂
OH
– 2-аминоэтанол; измасленный альдегид
– (CH ₃
) ₂
CHCH=О
– 2-метилпропаналь; масляная кислота
– CH ₃
(CH ₂
) ₂
COOH
– бутановая кислота; молочная кислота
CH ₃
CH(OH)COOH
– 2-гидроксипропионовая кислота.

Кроме
заместительной номенклатуры, в основе
которой лежит выбор родоначальной
структуры (главной углеродной цепи или
основного цикла) и соединение рассматривают
как продукт замещения этой структуры,
правила ИЮПАК ^*

включают также радикально-функциональную
номенклатуру.
Радикально-функциональная
номенклатура используется реже. Обычно
она применяется для некоторых классов
органических соединений (кетонов,
простых эфиров, спиртов, галогенопроизводных
и др.). В этом случае название составляют
из названий углеводородных радикалов,
а наличие функциональной группы в
отличие от заместительной номенклатуры
отражают не суффиксом, а названием
соответствующего класса соединений.
Например:
C ₂
H ₅
OH
— этиловый спирт;
C ₂
H ₅
Cl
— этилхлорид;
CH ₃
–O–C ₂
H ₅

— метилэтиловый эфир;
CH ₃
–CO–CH=CH ₂

— метилвинилкетон.

3. Изомерия
органических веществ. Виды изомерии.
Стериоизомерия (геометрическая и
оптическая). Способы представления
энантиомеров на плоскости. Проекционные
формулы Фишера.

Изомерия
– это явление существования разных
веществ с одинаковым качественным и
количественным составом, т.е. одинаковой
молекулярной формулой. Существует два
вида изомерии: структурная и
пространственная.

Структурную
изомерию различают на: Изомерия
углеродного скелета. Изомерия положения
кратной связи. Изомерия положения
функциональной группы. Межклассовая
изомерия.

2. Изомерия
   положения кратной связи

3. Изомерия
   положения функциональной группы

Заместители
могут располагаться либо по одну строну
плоскости двойной связи (цис-изомер),
либо по разные (транс-изомер).

Бутен
-2 (цис-изомер)

Бутен-2 (транс-изомер)

Явление
изомерии возникает, если молекула
несовместима со своим изображением в
зеркале.

4. Понятие
стереоцентра в органических молекулах.
Энантиомерия и деастереомерия. R/S
номенклатура для органических веществ,
содержащих стереоцентры. Особенности
номенклатуры для веществ, с несколькими
стереоцентрами.

Изомерия—
явление, заключающееся в существовании
химических соединений — изомеров,
— одинаковых по атомному составу и
молекулярной массе, но различающихся
по строению или расположению атомов в
пространстве и, вследствие этого, по
свойствам.

Энантиомерами
(оптическими изомерами, зеркальными
изомерами) являются пары оптических
антиподов —
веществ, характеризующихся противоположными
по знаку и одинаковыми по величине
вращениями
плоскости поляризации света при
идентичности всех других физических
и химических свойств (за исключением
реакций с др оптически активными
веществами и физических свойств в
хиральной среде).

Диастереомерными
считают любые комбинации пространственных
изомеров, не составляющие пару оптических
антиподов. Различают σ-
и π-диастереомеры.

σ-диастереомеры
отличаются друг от друга конфигурацией
части имеющихся в них элементов
хиральности. Так, диастереомерами
являются (+)-винная
кислота и мезо-винная кислота,
D-глюкоза
и D-манноза,
например:

π-диастереомеры,
называемые также геометрическими
изомерами, отличаются друг от друга
различным пространственным расположением
заместителей относительно плоскости
двойной
связи (чаще всего С=С и С=N)
или цикла. К ним относятся, например,
малеиновая
и фумаровая
кислоты (формулы XIV
и XV
соответственно), (Е)- и (Z)-бензальдоксимы
(XVI
и XVII),
цис- и транс-1,2-диметилциклопентаны
(XVIII
и XIX).

R
/ S
-номенклатура
является наиболее широко используемой
в данное время, поскольку позволяет
охарактеризовать энантиомер по его
абсолютной
конфигурации. Это стало возможным
благодаря открытию рентгеноструктурного
анализа, позволяющего установить
точное пространственное расположение
атомов в молекуле.

Если
соединение содержит лишь один хиральный
центр, то его конфигурация указывается
в названии в виде приставки. Если в
соединении находится несколько
стереоцентров, необходимо обозначить
конфигурацию каждого. R
/ S
-номенклатура
не имеет непосредственной связи с
(+/–)-обозначениями. Например, R
-изомер
может быть как правовращающим, так и
левовращающим, в зависимости от
конкретных заместителей при хиральном
атоме.

Правила составления названий алканов

1. Выбирают главную углеродную цепь

Главная цепь — это самая длинная и самая разветвленная непрерывная последовательность углеродных атомов. При этом неважно, как нарисованы на схеме углеродные атомы (вверх, вниз, влево, вправо). При этом углеводородные радикалы, которые не входят в главную цепь,  являются в ней заместителями. Главная цепь должна быть самой длинной.

Например
, в молекуле на рисунке главной является цепь, отмеченная на рисунке а

2. Главная цепь должна быть самой разветвленной.

Например
, в молекуле, изображенной на рисунках а и б, выделены цепи с одинаковым числом атомов углерода. Но главной будет цепь, изображенная на рисунке а, т.к. от нее отходит 2 заместителя, а от главной цепи на рисунке б – один:

3. Нумеруют атомы углерода в главной цепи.

Нумерацию следует начинать с более близкого к старшей группе конца цепи.

При наличии двух и более заместителей цепь стараются пронумеровать так, чтобы заместителям принадлежали минимальные номера.

Например
, правильная нумерация  в главной углеродной цепи

Систематическая номенклатура ИЮПАК

В настоящее время используется номенклатура ИЮПАК (IUPAC) — Международный союз теоретической и прикладной химии (International Union of Pure and Applied Chemistry).

Основа названия органических соединений в зависимости от числа атомов углерода:

Наличие двойных или тройных связей в молекулах органических соединений обозначают, добавляя в конце слова суффикс -ен или -ин:

Наличие функциональных групп в органической молекуле обозначают добавлением в название приставки или суффикса:

Для обозначения числа кратных связей и числа функциональных групп используют следующие числительные:

Название углеводородных радикалов:

Систематическая номенклатура ИЮПАК

ИЮПАК (IUPAC) — Международный союз теоретической и прикладной химии (International Union of Pure and Applied Chemistry).

В данном случае, называя соединения,  следует учитывать местоположение атомов углерода в молекуле и структурных элементов. Наиболее часто применяемой является заместительная номенклатура органических соединений, т.е. выделяется базовая основа молекулы, в которой атомы водорода замещены на какие-либо структурные звенья или атомы.

Прежде чем приступить к построению названий соединений, советуем выучить наименования числовых приставок, корней и суффиксов
используемых в номенклатуре ИЮПАК
.

А также названия функциональных групп:

Для обозначения числа кратных связей и функциональных групп пользуются числительными:

Далее приведены наименования радикалов:

Предельные углеводородные радикалы:

Непредельные углеводородные радикалы:

Ароматические углеводородные радикалы:

Правила построения названия органического соединения по номенклатуре ИЮПАК:

1. Выбрать главную цепь молекулы

Определить все присутствующие функциональные группы и их старшинство

Определить наличие кратных связей

2. Пронумеровать главную цепь, причем нумерацию следует начинать с наиболее близкому к старшей группе конца цепи. При существовании нескольких таких возможностей, нумеруют цепь так, чтобы минимальный номер получили или кратная связь, или другой заместитель, присутствующий в молекуле.

Карбоциклические
соединения нумеруют начиная со связанного со старшей характеристической группой атома углерода. При наличии двух и более заместителей цепь стараются пронумеровать так, чтобы заместителям принадлежали минимальные номера.

3. Составить название соединения:

— Определить основу названия соединения, составляющего корень слова, который обозначает предельный углеводород с тем же количеством атомов, что и главная цепь.

— После основы названия следует суффикс, показывающий степень насыщенности и количество кратных связей. Например, — тетраен, — диен
. При отсутствии кратных связей используют суффикс – ск.

— Далее арабскими цифрами показывают местоположение кратных связей. Например, гексин – 2

.

— Затем, также в суффикс добавляется наименование самой старшей функциональной группы
.

— После следует перечисление заместителей в алфавитном порядке с указанием их местоположения арабской цифрой. Например, — 5-изобутил, — 3-фтор. При наличии нескольких одинаковых заместителей указывают их количество и положение, например, 2,5 – дибром-, 1,4,8-тримети-.

Следует учесть, что цифры отделяются от слов дефисом, а между собой – запятыми.

В качестве примера

дадим название следующему соединению:

1. Выбираем главную цепь
, в состав которой обязательно входит старшая группа
– СООН.

Определяем другие функциональные группы
: — ОН, — Сl, — SH, — NH ₂
.

Кратных связей
нет.

2. Нумеруем главную цепь
, начиная со старшей группы.

3. Число атомов в главной цепи – 12. Основа названия
– метиловый эфир додекановой кислоты.

Далее обозначаем и называем все функциональные группы
в алфавитном порядке:

10-амино-6-гидрокси -7-хлоро-9-сульфанил-метиловыйэфир додекановой кислоты.

Еще несколько заданий по номенклатуре органических соединений приведены в разделе Задачи к разделу изомерия и номенклатура органических соединений

Номенклатура оптических изомеров

1. В некоторых классах соединений, таких как альдегиды, окси- и аминокислоты для обозначения взаимного расположения заместителей используют D
   ,
   L
   – номенклатуру.
   Буквой D
   обозначают конфигурацию правовращающего изомера, L
   – левовращающего.

В основе D,L
-номенклатуры органических соединений лежат проекции Фишера:

• чтобы определить конфигурации изомеров α-аминокислот и α- оксикислот
  вычленяют «оксикислотный ключ», т.е. верхние части их проекционных формул. Если гидроксильная (амино-) группа расположена справа, то это D
  -изомер, слева L
  -изомер.

Например, представленная ниже винная кислота имеет D
— конфигурацию по оксикислотному ключу: 

• чтобы определить конфигурации изомеров сахаров
  вычленяют «глицериновый ключ», т.е. сравнивают нижние части (нижний асимметрический атом углерода) проекционной формулы сахара с нижней частью проекционной формулы глицеринового альдегида.

Обозначение конфигурации сахара и направление вращения аналогично конфигурации глицеринового альдегида, т.е.  D
– конфигурации соответствует расположение гидроксильной группы расположена справа, L
– конфигурации – слева.

Так, например, ниже представлена D-глюкоза.

2) R -, S-номенклатура (номенклатура Кана, Ингольда и Прелога)

В данном случае заместители при асимметрическом атоме углерода располагаются по старшинству. Оптических изомеры имеют обозначения R
и S
, а рацемат — RS
.

Для описания конфигурации соединения в соответствии с R,S-номенклатурой
поступают следующим образом:

1. Определяют все заместители у асимметричного атома углерода.
2. Определяют старшинство заместителей, т.е. сравнивают их атомные массы. Правила определения ряда старшинства те же, что и при использовании E/Z-номенклатуры геометрических изомеров.
3. Ориентируют в пространстве заместители так, чтобы младший заместитель (обычно водород) находился в наиболее отдаленном от наблюдателя углу.
4. Определяют конфигурацию по расположению остальных заместителей. Если движение от старшего к среднему и далее к младшему заместителю (т.е. в порядке уменьшения старшинства) осуществляется по часовой стрелке, то это R конфигурация, против часовой стрелки — S-конфигурация.

В таблице ниже приведен перечень заместителей, расположенных в порядке возрастания их старшинства:

(Учебное пособие) Тюмень-2006

Сичко А. И. Номенклатурные правила ИЮПАК
органических соединений (учебное
пособие) / А. И. Сичко, Г. Д. Кадочникова,
З. М. Деева. / ГОУ ВПО Тюменская
государственная медицинская академия.
– Тюмень.

Учебное пособие по номенклатуре ИЮПАК
органических соединений написано
заведующим кафедрой аналитической и
органической химии доктором фармацевтических
наук, профессором Сичко А. И., доктором
биологических наук Кадочниковой Г. Д.,
кандидатом химических наук Деевой З.
М.

Учебное пособие подготовлено в
соответствии с существующими
номенклатурными правилами ИЮПАК по
химии и действующей программой по
органической химии, предназначено для
самостоятельной работы студентов очного
и заочного обучения в аудиторное и
внеаудиторное время, а также может быть
использовано как справочное пособие
для аспирантов и преподавателей.

Учебное пособие включает номенклатурные
правила ИЮПАК основных классов
органических соединений, учебные
упражнения, задания для самопроверки
знаний и вариант проверочной контрольной
работы.

«Номенклатурные правила ИЮПАК органических
соединений», рекомендовано к изданию
ЦКМС академии 26 мая 2006, протокол №35

Рецензент: кандидат фармацевтических
наук, доцент кафедры фармацевтической
химии Л. И. Котлова.

1 Предельные, насыщенные углеводороды (алканы)

Для громадного
числа соединений, названия которых
построены по номенклатуре ИЮПАК,
родоначальными являются углеводороды
(таблица 3). Первые четыре соединения
этого ряда имеют полусистематические
названия: метан, этан, пропан, бутан,
названия последующих соединений этого
ряда построены из корня, числительного
суффикса «–ан», который свидетельствует
о том, что все связи насыщены.

Такие углеводороды
называются нормальными или неразветвленными.

Названия ацикличных,
насыщенных (предельных) углеводородов
с прямой цепью и число их возможных
изомеров

Разветвленные
насыщенные углеводороды называют по
имеющейся в формуле углеводорода самой
длинной углеродной цепи, добавляя в
качестве приставки название боковой
цепи. Самую длинную углеродную цепь
нумеруют, причем направление нумерации
выбирают так, чтобы цифры, указывающие
положение боковых цепей, были наименьшими:

Наличие нескольких
одинаковых радикалов обозначается
соответствующей умножающей приставкой:
ди-, три-, тетра-, пента-, и т.д.

Если в алкане
имеется несколько различающихся по
сложности боковых цепей, то в названии
их перечисляют в алфавитном порядке.
Приставки ди–, три– и т.д. при определении
алфавитного порядка во внимание не
принимаются.

Допускается
перечисление названия боковых цепей в
порядке возрастания их сложности.
Вышеназванное соединение можно назвать:
2,5-диметил-4-этил-5-изопропилнонан.

Если в насыщенном
разветвленном ациклическом углеводороде
имеются цепи равной длины, то в качестве
главной цепи выбирают наиболее
разветвлённую.