烷烴命名
碳碳間、碳?xì)溟g均以單鍵相連的烴稱為烷烴(alkane),無環(huán)的烷烴稱為鏈烷烴,有環(huán)的烷烴稱為環(huán)烷烴(cyclic hydrocarbon)。烷烴是有機化合物的母體化合物,所以首先學(xué)習(xí)烷烴的命名。
鏈烷烴(1)
直鏈烷烴的命名
直鏈烷烴(n-alkane)的名稱用“碳原子數(shù)+烷”來表示。當(dāng)碳原子數(shù)為1~10時,依次用天干——甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸——表示。碳原子數(shù)超過10時,用數(shù)字表示。例如,六個碳的直鏈烷烴稱為己烷。十四個碳的直鏈烷烴稱為十四烷。烷烴的英文名稱是alkane,詞尾用ane。
(2)
支鏈烷烴的命名
有分支的烷烴稱為支鏈烷烴。
(i)
碳原子的級
下面化合物中含有四種不同的碳原子:
①與一個碳相連,是一級碳原子,用
表示(或稱伯碳,primarycarbon),上的氫稱為一級氫,用表示。②與兩個碳相連,是二級碳原子,用
表示(或稱仲碳,secondarycarbon),上的氫稱為二級氫,用表示。③與三個碳相連,是三級碳原子,用
表示(或稱叔碳,tertiarycarbon),上的氫稱為三級氫,用表示。④與四個碳相連,是四級碳原子,用
表示(或稱季碳,quaternarycarbon)。(ii)烷基的名稱
烷烴去掉一個氫原子后剩下的部分稱為烷基。英文名稱為alkyl,即將烷烴的詞尾-ane改為-yl。烷基可以用普通命名法命名,也可以用系統(tǒng)命名法命名。
烷基的系統(tǒng)命名法適用于各種情況,它的命名方法是:將失去氫原子的碳定位為1,從它出發(fā),選一個最長的鏈 為烷基的主鏈,從1位碳開始,依次編號,不在烷基主鏈上的基團(tuán)均作為主鏈的取代基處理。寫名稱時,將主鏈上的取代基的編號和名稱寫在主鏈名稱前面。
(iii)
順序規(guī)則有機化合物中的各種基團(tuán)可以按一定的規(guī)則來排列先后次序,這個規(guī)則稱為順序規(guī)則(Cahn-Ingold-Prdog sequence),其主要內(nèi)容如下:
①將單原子取代基按原子序數(shù)(atmmc number)大小排列,原子序數(shù)大的順序在前,原子序數(shù)小的順序在后,有機化合物中常見的元素順序如下:
在同位素(isotope)中質(zhì)量高的順序在前。
②如果兩個多原子基團(tuán)的第一個原子相同,則比較與它相連的其它原子,比較時,按原子序 數(shù)排列,先比較最大的,仍相同,再順序比較居中的、最小的。
③含有雙鍵或三鍵的基團(tuán),可認(rèn)為連有兩個或三個相同的原子。
④若參與比較順序的原子的鍵不到4個,則可以補充適量的原子序數(shù)為零的假想原子,假想原子的排序放在最后。
(iv)名稱的基本格式
有機化合物系統(tǒng)命名的基本格式如下所示:
構(gòu)型 | + | 取代基 | + | 母體 |
順反 | 取代基位置號+個數(shù)+名稱(有多個取代基時,中文按順反序規(guī)則確定次序,小的在前;英文按英文字母順序排列) | 官能團(tuán)位置號+名稱(沒有官能團(tuán)時不涉及位置號) |
(V)命名原則和命名步驟
命名時,首先要確定主鏈。命名烷烴時,確定主鏈的原則是:首先考慮鏈的長短,長的優(yōu)先。若有兩條或多條等長的最長鏈時,則根據(jù)側(cè)鏈的數(shù)目來確定主鏈,多的優(yōu)先。若仍無法分出哪條鏈為主鏈,則依次考慮下面的原則,側(cè)鏈位次小的優(yōu)先,各側(cè)鏈碳原子數(shù)多的優(yōu)先,側(cè)分支少的優(yōu)先。主鏈確定后,要根據(jù)最低系列原則(lowest series principle)對主鏈進(jìn)行編號。最低系列原則的內(nèi)容是:使取代基的號碼盡可能小,若有多個取代基,逐個比較,直至比出髙低為止。最后,根據(jù)有機化合物名稱的基本格式寫出全名。
單環(huán)烷烴1.R-S構(gòu)型的確定
人的左、右手互為鏡影但不能重疊,手的這種性質(zhì)稱為手性(chirality)。當(dāng)一個碳原子與四個不同的基團(tuán)相連時,可以產(chǎn)生兩種不同的立體結(jié)構(gòu),這兩種不同的立體結(jié)構(gòu)互為鏡影但不能重疊,即具有手性,因此與四個不同基團(tuán)相連的碳原子稱為手性碳原子(chiral carbon atom)。為了區(qū)別因手性碳而引起的兩種不同的立體結(jié)構(gòu),稱其中一種立體結(jié)構(gòu)的手性碳為R構(gòu)型,而另一種立體結(jié)構(gòu)的手性碳為S構(gòu)型。并規(guī)定用如下的方法來確定手性碳的構(gòu)型:將與手性碳原子相連的四個基團(tuán)按順序規(guī)則排列大小,將最小的基團(tuán)放在離眼睛最遠(yuǎn)的地方,其它三個基團(tuán)按由大到小的方向旋轉(zhuǎn),旋轉(zhuǎn)方向是順時針的,手性碳為R構(gòu)型(拉丁文rectus的字首);旋轉(zhuǎn)方向是逆時針的,手性碳為S構(gòu)型(拉丁文sinister的字首)。
2.
環(huán)狀化合物順反構(gòu)型的確定
由于成環(huán)碳原子的單鍵不能自由旋轉(zhuǎn),因此當(dāng)環(huán)上帶有兩個或多個基團(tuán)時,就會產(chǎn)生兩種或多個立體異構(gòu)體。一個異構(gòu)體的兩個取代基團(tuán)在環(huán)的同側(cè)稱為順式構(gòu)型(cis configuration)另一個異構(gòu)體的兩個取代基在環(huán)的異側(cè),稱為反式構(gòu)型(trans configuration)。
3.單環(huán)烷烴的命名
只有一個環(huán)的環(huán)烷烴稱為單環(huán)烷烴(moncyclic alkane)。環(huán)上沒有取代基的環(huán)烷烴命名時只需在相應(yīng)的烷烴前加環(huán)。
環(huán)上有取代基的單環(huán)烷烴命名分兩種情況。環(huán)上的取代基比較復(fù)雜時,應(yīng)將鏈作為母體,將環(huán)作為取代基,按鏈烷烴的命名原則和命名方法來命名。而當(dāng)環(huán)上的取代基比較簡單時,通常將環(huán)作為母體來命名。當(dāng)環(huán)上有兩個或多個取代基時,要對母體環(huán)進(jìn)行編號,編號仍遵守最低系列原則。
但由于環(huán)沒有端基,有時會出現(xiàn)有幾種編號方式都符合最低系列原則的情況。也即應(yīng)用最低系列原則無法確定哪一種編號優(yōu)先。在這種情況下,中文命名時,應(yīng)讓順序規(guī)則中較小的基團(tuán)位次盡可能小。
當(dāng)環(huán)上帶有兩個或兩個以上取代基時,如分子有反軸對稱性,構(gòu)型用順反表示,分子沒有反軸對稱性,構(gòu)型用R-S表示。
環(huán)上帶有三個或更多基團(tuán)時,若用順、反表示構(gòu)型,要選用一個參照基團(tuán),通常選用1位的基團(tuán)為參照基團(tuán),用r-1表示,放在名稱的最前面。
橋環(huán)烷烴橋環(huán)烷烴(bridged hydrocarbon)是指共用兩個或兩個以上碳原子的多環(huán)烷烴,共用的碳原子稱為橋頭碳(bridgehead carbon),兩個橋頭碳之間可以是碳鏈,也可以是一個鍵,稱為橋。將橋環(huán)烴變?yōu)殒溞位衔飼r,要斷裂碳鏈,根據(jù)斷碳鏈的次數(shù)確定環(huán)數(shù)。如需斷兩次的橋環(huán)烴稱為二環(huán)(bicydo),斷三次的稱三環(huán)(tricyclo)等等,然后將橋頭碳之間的碳原子數(shù)(不包括橋頭碳)由多到少順序列在方括弧內(nèi),數(shù)字之間在右下角用圓點隔開,最后寫上包括橋頭碳在內(nèi)的橋環(huán)烴碳原子總數(shù)的烷烴的名稱。如橋環(huán)烴上有取代基,則列在整個名稱的前面,橋環(huán)烴的編號是從第一個橋頭碳開始,從最長的橋編到第二個橋頭碳,再沿次長的橋回到第一個橋頭碳,再按橋漸短的次序?qū)⑵溆嗟臉蚓幪?,如編號可?a class="dict" href="/azgame/od2747207.html">選擇,則使取代基的位號盡可能最小。
對于一些結(jié)構(gòu)復(fù)雜的橋環(huán)烴化合物,常用俗名,如金剛烷和立方烷。
螺環(huán)烷烴螺環(huán)烷烴(spirocyclic hydrocarbon)是指單環(huán)之間共用一個碳原子的多環(huán)烷烴,共用的碳原子稱為螺原子(spiro atom)。螺環(huán)的編號是從螺原子上的小環(huán)開始順序編號,由第一個環(huán)順序編到第二個環(huán),命名時先寫詞頭螺,再在方括弧內(nèi)按編號順序?qū)懗龀菰油獾沫h(huán)碳原子數(shù),數(shù)字之間用圓點隔開,最后寫出包括螺原子在內(nèi)的碳原子數(shù)的烷烴名稱,如有取代基,在編號時應(yīng)使取代基位號最小,取代基位號及名稱列在整個名稱的最前面。
烯烴炔烴
單烯烴和單炔烴單烯烴的系統(tǒng)命名可按下列步驟進(jìn)行:
(1)先找出含雙鍵的最長碳鏈,把它作為主鏈,并按主鏈中所含碳原子數(shù)把該化合物命名為某烯。如主鏈含有四個碳原子,即叫做丁烯。十個碳以上用漢字?jǐn)?shù)字,再加上碳字,如十二碳烯。
(2)從主鏈靠近雙鍵的一端開始,依次將主鏈的碳原子編號,使雙鍵的碳原子編號較小。
(3)把雙鍵碳原子的最小編號寫在烯的名稱的前面。取代基所在碳原子的編號寫在取代基之前,取代基也寫在某烯之前。
(4)若分子中兩個雙鍵碳原子均與不同的基團(tuán)相連,這時會產(chǎn)生兩個立體異構(gòu)體,可以采用Z-E構(gòu)型來標(biāo)示這兩個立體異構(gòu)體。即按順序規(guī)則,兩個雙鍵碳原子上的兩個順序在前的原子(或基團(tuán))同在雙鍵一側(cè)的為Z構(gòu)型(Z configuration)(德文,Zusammen,在一起的意思),在兩側(cè)的為E構(gòu)型(E configuration)(德文,Entgcgen,相反的意思)。
(5)按名稱格式寫出全名。
單炔烴的系統(tǒng)命名方法與單烯烴相同,但不存在確定Z-E構(gòu)型的問題。
多烯烴或多炔烴多烯烴的系統(tǒng)命名按下列步驟進(jìn)行。
(1)取含雙鍵最多的最長碳鏈作為主鏈,稱為某幾稀,這是該化合物的母體名稱。主鏈碳原子的編號,從離雙鍵較近的一端開始,雙鍵的位置由小到大排列,寫在母體名稱前,并用一短線相連。
(2)取代基的位置由與它連接的主鏈上的碳原子的位次確定,寫在取代基的名稱前,用一短線與取代基的名稱相連。
(3)寫名稱時,取代基在前,母體在后,如果是順、反異構(gòu)體,則要在整個名稱前標(biāo)明雙鍵的Z-E構(gòu)型。
多炔烴的系統(tǒng)命名方法與多烯烴相同。
烯炔若分子中同時含有雙鍵與三鍵,可用烯炔作詞尾,給雙鍵、三鍵以盡可能低的編號,如果位號有選擇時,使雙鍵位號比三鍵小,書寫時先烯后炔。
芳香烴命名
含苯基的單環(huán)芳烴最簡單的此類單環(huán)芳烴是苯(benzene)。其它的這類單環(huán)芳烴可以看做是苯的一元或多元烴基的取代物。苯的一元烴基取代物只有一種。命名的方法有兩種,一種是將苯作為母體。烴基作為取代基,稱為XX苯。另一種是將苯作為取代基,稱為苯基(phenyl),它是苯分子減去一個氫原子后剩下的基團(tuán),可簡寫成Ph—,苯環(huán)以外的部分作為母體,稱為苯(基)XX。
苯的二元烴基取代物有三種異構(gòu)體,它們是由于取代基團(tuán)在苯環(huán)上的相對位置的不同而引起的,命名時用鄰或o(ortho)表示兩個取代基處于鄰位,用間或m(meta)表示兩個取代基團(tuán)處于中間相隔一個碳原子的兩個碳上,用對或p(para)表示兩個取代基團(tuán)處于對角位置,鄰、間、對也可用
表示。若苯環(huán)上有三個相同的取代基,常用“連”(英文用“vicinal”,簡寫“vie”)為詞頭,表示三個基團(tuán)處在1,2,3位。用“偏”為詞頭,表示三個基團(tuán)處在1,2,4位。用“均”為詞頭,表示三個基團(tuán)處在1,3,5位。
當(dāng)苯環(huán)上有兩個或多個取代基時,苯環(huán)上的編號應(yīng)符合最低系列原則。而當(dāng)應(yīng)用最低系列原則無法確定哪一種編號優(yōu)先時,與單環(huán)烷烴的情況一樣,中文命名時應(yīng)讓順序規(guī)則中較小的基團(tuán)位次盡可能小。
多環(huán)芳烴分子中含有多個苯環(huán)的烴稱為多環(huán)芳烴(polycyclic arene)。主要有多苯代脂烴(multiphenyl alicyclic hydrocarbon)、聯(lián)苯(biphenyl)和稠合多環(huán)芳烴(fused polycyclic arene) 。
1.多苯代脂烴的命名
鏈烴分子中的氫被兩個或多個苯基取代的化合物稱為多苯代脂烴。命名時,一般是將苯基作為取代基,鏈烴作為母體。
2.聯(lián)苯型化合物的命名
兩個或多個苯環(huán)以單鍵直接相連的化合物稱為聯(lián)苯型化合物。
聯(lián)苯類化合物的編號總是從苯環(huán)和單鍵的直接連接處開始,第二個苯環(huán)上的號碼分別加上一撇“'”,第三個苯環(huán)上的號碼分別加上兩撇“"”其它依次類推。苯環(huán)上如有取代基,編號的方向應(yīng)使取代基位置盡可能小,命名時以聯(lián)苯為母體。
3.
稠環(huán)芳烴的命名
兩個或多個苯環(huán)共用兩個鄰位碳原子的化合物稱為稠環(huán)芳烴。最簡單最重要的稠環(huán)芳烴是萘、蒽、菲。
萘、蒽、菲的編號都是固定的。
萘分子的1,4,5,8位是等同的位置,稱為α位,2,3,6,7位也是等同的位置,稱為β位。蒽分子的1,4,5,8位等同,也稱為α位,2,3,6,7位等同,也稱為β位,9,10位等同,稱為7位。菲有五對等同的位置,它們分別是:
。取代稠環(huán)芳烴的名稱格式與有機化合物名稱的基本格式一致。IUPAC有35個國際通用的稠環(huán)烴可作為命名中的母體,它們的結(jié)構(gòu)、英文名稱及固定編號,見圖冊。
非苯芳烴常見的單環(huán)非苯芳烴化合物可按前面講過的一般原則來命名。輪烯(amiulene)是一類單雙鍵交替出現(xiàn)的環(huán)狀烴類化合物。命名時將成環(huán)的碳原子數(shù)放在方括號內(nèi),括號后面寫上輪烯即可。也可以不寫括號,用一短線將數(shù)字和輪烯相連。例如上面第四個化合物可稱為輪烯或
。輪烯也可以根據(jù)碳?xì)涞臄?shù)目來命名。18-輪烯含有十八個碳,九個雙鍵,所以也可以稱為環(huán)十八碳九烯。烴衍生物
烴分子中的氫被官能團(tuán)取代后的化合物稱為烴的衍生物。
詞頭和詞尾名稱基團(tuán) | 詞頭名稱 | 詞尾名稱 |
-COOH | 羧基 | 酸 |
| 磺酸基 | 磺酸 |
-COOR | 酯基 | 酯 |
-COX | 鹵甲酰基 | 酰鹵 |
展開表格單官能團(tuán)化合物只含有一個官能團(tuán)的化合物稱為單官能團(tuán)化合物。單官能團(tuán)化合物的系統(tǒng)命名有兩種情況。一種情況是將官能團(tuán)作為取代基,仍以烷烴為母體,按烷烴的命名原則來命名。
若官能團(tuán)是醚鍵,也可以采用這種方式來命名:取較長的烴基作為母體,把余下的碳數(shù)較少的烷氧(RO—)作取代基,如有不飽和烴基存在時,選不飽和程度較大的烴基作為母體。
另一種情況是將含官能團(tuán)的最長鏈作為母體化合物的主鏈,根據(jù)主鏈的碳原子數(shù)稱為某A(A=醇、醛、酮、酸、酰鹵、酰胺、腈等)。從靠近官能團(tuán)的一端開始,依次給主鏈碳原子編號。在寫出全名時,把官能團(tuán)所在的碳原子的號數(shù)寫在某之前,并在某A與數(shù)字之間畫一短線,支鏈的位置和名稱寫在某A的前面,并分別用短線隔開。
當(dāng)一個環(huán)與一個帶末端官能團(tuán)的鏈相連,而此鏈中又無雜原子和重鍵時,在IUPAC系統(tǒng)命名中可用連接命名法,即將兩者的名稱連接起來為此化合物的名稱。
酸酐可以看做兩分子羧酸失去一分子水后的生成物,兩分子羧酸是相同的,為單酐,命名時在羧酸名稱后加“酐”字,并把羧酸的“酸”字去掉;如兩分子羧酸是不同的,為混酐,命名時把簡單的酸放在前面,復(fù)雜的酸放在后面,再加“酐”字并把“酸”字去掉;二元酸分子內(nèi)失水形成環(huán)狀酸酐,命名時在二元酸的名稱后加“酐”字。
酯可看做羧酸的羧基氫原子被烴基取代的產(chǎn)物,命名時把羧酸名稱放在前面,烴基名稱放在后面,再加一個“酯”字。分子內(nèi)的羥基和羧基失水,形成內(nèi)酯(lactone),用“內(nèi)酯”兩字代替“酸”字,并標(biāo)明羥基的位次。
含多個相同官能團(tuán)化合物分子中含有兩個或多個相同官能團(tuán)時,命名應(yīng)選官能團(tuán)最多的長鏈為主鏈,然后根據(jù)主鏈的碳原子數(shù)稱為某n醇(或某n醛、某n酮、某n酸等),n是主鏈上官能團(tuán)的數(shù)目,用中文數(shù)字表達(dá)。例如七碳鏈的二元醇稱為庚二醇。
如果羧基直接連在脂環(huán)和芳環(huán)上,或一個碳鏈上有三個以上的羧基,也可以在烴的名稱后直接加上羧酸(carboxylic acid)、二羧酸(dicarboxylic acid)、三羧酸(tricarboxylic acid)。
當(dāng)分子中含有多種官能團(tuán)時,首先要確定一個主官能團(tuán),確定主官能團(tuán)的方法是查看上文表格“
常見官能團(tuán)的詞頭、詞尾名稱
”,表中排在前面的官能團(tuán)總是主官能團(tuán)。然后,選含有主官能團(tuán)及盡可能含較多官能團(tuán)的最長碳鏈為主鏈。主鏈編號的原則是要讓主官能團(tuán)的位次盡可能小。命名時,根據(jù)主官能團(tuán)確定母體的名稱,其它官能團(tuán)作為取代基用詞頭表示,分子中如涉及立體結(jié)構(gòu)要在名稱最前面表明其構(gòu)型。然后根據(jù)名稱的基本格式寫出名稱。