系統命名法

系統命名法

有機化合物種類繁多,數目龐大,即使同一分子式,也有不同的同分異構體,若沒有一個完整的命名方法來區分各個化合物,在文獻中會造成極大的混亂,因此認真學習每一類化合物的命名是有機化學的一項重要內容。現在書籍、期刊中經常使用普通命名法和國際純粹與套用化學聯合會命名法,後者簡稱IUPAC命名法。中國的命名法是中國化學會結合IUPAC的命名原則和中國文字特點而制訂的,在1960年修訂了《有機化學物質的系統命名原則》,在1980年又加以補充,出版了《有機化學命名原則》增訂本。

基本介紹

  • 中文名:系統命名法
  • 別名IUPAC命名法
  • 類型:中國的命名法
  • 參考:《有機化學命名原則》
烷烴,烯烴炔烴,芳香烴,烴衍生物,

烷烴

簡介
碳碳鍵、碳氫鍵均以單鍵相連的烴稱為烷烴(alkane),無環的烷烴稱為鏈烷烴,有環的烷烴稱為環烷烴(cyclic hydrocarbon)。烷烴是有機化合物的母體化合物,所以首先學習烷烴的命名。
鏈烷烴的命名
(1)直鏈烷烴的命名
直鏈烷烴(n-alkane)的名稱用“碳原子數+烷”來表示。當碳原子數為1~10時,依次用天干——甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸——表示。碳原子數超過10時,用中文數字表示。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1°表示(或稱伯碳,primarycarbon),1°C上的氫稱為一級氫,用1°H表示。
②與兩個碳相連,是二級碳原子,用2°表示(或稱仲碳,secondarycarbon),2°C上的氫稱為二級氫,用2°H表示。
③與三個碳相連,是三級碳原子,用3°表示(或稱叔碳,tertiarycarbon),3°C上的氫稱為三級氫,用3°H表示。
④與四個碳相連,是四級碳原子,用4°表示(或稱季碳,quaternarycarbon)。
(Ⅱ)烷基的名稱
烷烴去掉一個氫原子後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,也可以用系統命名法命名。
烷基的系統命名法適用於各種情況,它的命名方法是:將失去氫原子的碳定位為1,從它出發,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)順序規則
有機化合物中的各種基團可以按一定的規則來排列先後次序,這個規則稱為順序規則(Cahn-Ingold-Prdog sequence),其主要內容如下:
①將單原子取代基原子序數(atomic number)大小排列,原子序數大的順序在前,原子序數小的順序在後,有機化合物中常見的元素順序如下:
I>Br>Cl>S>P>F>O>N>C>D>H
同位素(isotope)中質量高的順序在前。
②如果兩個多原子基團的第一個原子相同,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,可認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為零的假想原子,假想原子的排序放在最後。
(Ⅳ)名稱的基本格式
有機化合物系統命名的基本格式如下所示:
構型
+
取代基
+
母體
R-S;D-L;Z-E;順反
取代基位置號+個數+名稱(有多個取代基時,中文按順反序規則確定次序,小的在前;英文按英文字母順序排列)
官能團位置號+名稱(沒有官能團時不涉及位置號)
(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,長的優先。若有兩條或多條等長的最長鏈時,則根據側鏈的數目來確定主鏈,多的優先。若仍無法分出哪條鏈為主鏈,則依次考慮下面的原則,側鏈位次小的優先,各側鏈碳原子數多的優先,側分支少的優先。主鏈確定後,要根據最低系列原則(lowest series principle)對主鏈進行編號。最低系列原則的內容是:使取代基的號碼儘可能小,若有多個取代基,逐個比較,直至比出髙低為止。最後,根據有機化合物名稱的基本格式寫出全名。
單環烷烴的命名
1.R-S構型的確定
人的左、右手互為鏡影但不能重疊,手的這種性質稱為手性(chirality)。當一個碳原子與四個不同的基團相連時,可以產生兩種不同的立體結構,這兩種不同的立體結構互為鏡影但不能重疊,即具有手性,因此與四個不同基團相連的碳原子稱為手性碳原子(chiral carbon atom)。為了區別因手性碳而引起的兩種不同的立體結構,稱其中一種立體結構的手性碳為R構型,而另一種立體結構的手性碳為S構型。並規定用如下的方法來確定手性碳的構型:將與手性碳原子相連的四個基團按順序規則排列大小,將最小的基團放在離眼睛最遠的地方,其它三個基團按由大到小的方向旋轉,旋轉方向是順時針的,手性碳為R構型(拉丁文rectus的字首);旋轉方向是逆時針的,手性碳為S構型(拉丁文sinister的字首)。
2.環狀化合物順反構型的確定
由於成環碳原子的雙鍵不能自由旋轉,因此當環上帶有兩個或多個基團時,就會產生兩種或多個立體異構體。一個異構體的兩個取代基團在環的同側稱為順式構型(cis configuration)另一個異構體的兩個取代基在環的異側,稱為反式構型(trans configuration)。
3.單環烷烴的命名
只有一個環的環烷烴稱為單環烷烴(moncyclic alkane)。環上沒有取代基的環烷烴命名時只需在相應的烷烴前加環。
環上有取代基的單環烷烴命名分兩種情況。環上的取代基比較複雜時,應將鏈作為母體,將環作為取代基,按鏈烷烴的命名原則和命名方法來命名。而當環上的取代基比較簡單時,通常將環作為母體來命名。當環上有兩個或多個取代基時,要對母體環進行編號,編號仍遵守最低系列原則。
但由於環沒有端基,有時會出現有幾種編號方式都符合最低系列原則的情況。也即套用最低系列原則無法確定哪一種編號優先。在這種情況下,中文命名時,應讓順序規則中較小的基團位次儘可能小。
當環上帶有兩個或兩個以上取代基時,如分子有反軸對稱性,構型用順反表示,分子沒有反軸對稱性,構型用R-S表示。
環上帶有三個或更多基團時,若用順、反表示構型,要選用一個參照基團,通常選用1位的基團為參照基團,用r-1表示,放在名稱的最前面。
橋環烷烴的命名
橋環烷烴(bridged hydrocarbon)是指共用兩個或兩個以上碳原子的多環烷烴,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。將橋環烴變為鏈形化合物時,要斷裂碳鏈,根據斷碳鏈的次數確定環數。如需斷兩次的橋環烴稱為二環(bicydo),斷三次的稱三環(tricyclo)等等,然後將橋頭碳之間的碳原子數(不包括橋頭碳)由多到少順序列在方括弧內,數字之間在右下角用圓點隔開,最後寫上包括橋頭碳在內的橋環烴碳原子總數的烷烴的名稱。如橋環烴上有取代基,則列在整個名稱的前面,橋環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,再按橋漸短的次序將其餘的橋編號,如編號可以選擇,則使取代基的位號儘可能最小。
對於一些結構複雜的橋環烴化合物,常用俗名,如金剛烷立方烷
螺環烷烴的命名
螺環烷烴(spirocyclic hydrocarbon)是指單環之間共用一個碳原子的多環烷烴,共用的碳原子稱為螺原子(spiro atom)。螺環的編號是從螺原子上的小環開始順序編號,由第一個環順序編到第二個環,命名時先寫詞頭螺,再在方括弧內按編號順序寫出除螺原子外的環碳原子數,數字之間用圓點隔開,最後寫出包括螺原子在內的碳原子數的烷烴名稱,如有取代基,在編號時應使取代基位號最小,取代基位號及名稱列在整個名稱的最前面。

烯烴炔烴

單烯烴和單炔烴的命名
單烯烴的系統命名可按下列步驟進行:
(1)先找出含雙鍵的最長碳鏈,把它作為主鏈,並按主鏈中所含碳原子數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。十個碳以上用漢字數字,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相連,這時會產生兩個立體異構體,可以採用Z-E構型來標示這兩個立體異構體。即按順序規則,兩個雙鍵碳原子上的兩個順序在前的原子(或基團)同在雙鍵一側的為Z構型(Z configuration)(德文,Zusammen,在一起的意思),在兩側的為E構型(E configuration)(德文,Entgegen,相反的意思)。
(5)按名稱格式寫出全名。
單炔烴的系統命名方法與單烯烴相同,但不存在確定Z-E構型的問題。
多烯烴或多炔烴的系統命名
多烯烴的系統命名按下列步驟進行。
(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,並用一短線相連。
(2)取代基的位置由與它連線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,母體在後,如果是順、反異構體,則要在整個名稱前標明雙鍵的Z-E構型。
多炔烴的系統命名方法與多烯烴相同。
烯炔的系統命名
若分子中同時含有雙鍵與三鍵,可用烯炔作詞尾,給雙鍵、三鍵以儘可能低的編號,如果位號有選擇時,使雙鍵位號比三鍵小,書寫時先烯後炔。

芳香烴

含苯基的單環芳烴的命名
最簡單的此類單環芳烴是(benzene)。其它的這類單環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後剩下的基團,可簡寫成Ph—,苯環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體,它們是由於取代基團在苯環上的相對位置的不同而引起的,命名時用鄰或o(ortho)表示兩個取代基處於鄰位,用間或m(meta)表示兩個取代基團處於中間相隔一個碳原子的兩個碳上,用對或p(para)表示兩個取代基團處於對角位置,鄰、間、對也可用1,2-,1,3-,1,4-表示。
若苯環上有三個相同的取代基,常用“連”(英文用“vicinal”,簡寫“vie”)為詞頭,表示三個基團處在1,2,3位。用“偏”為詞頭,表示三個基團處在1,2,4位。用“均”為詞頭,表示三個基團處在1,3,5位。
當苯環上有兩個或多個取代基時,苯環上的編號應符合最低系列原則。而當套用最低系列原則無法確定哪一種編號優先時,與單環烷烴的情況一樣,中文命名時應讓順序規則中較小的基團位次儘可能小。
多環芳烴的命名
分子中含有多個苯環的烴稱為多環芳烴(polycyclic arene)。主要有多苯代脂烴(multiphenyl alicyclic hydrocarbon)、聯苯(biphenyl)和稠合多環芳烴(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.聯苯型化合物的命名
兩個或多個苯環以單鍵直接相連的化合物稱為聯苯型化合物。
聯苯類化合物的編號總是從苯環和單鍵的直接連線處開始,第二個苯環上的號碼分別加上一撇“'”,第三個苯環上的號碼分別加上兩撇“"”其它依次類推。苯環上如有取代基,編號的方向應使取代基位置儘可能小,命名時以聯苯為母體。
3.稠環芳烴的命名
兩個或多個苯環共用兩個鄰位碳原子的化合物稱為稠環芳烴。最簡單最重要的稠環芳烴是、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γ位。菲有五對等同的位置,它們分別是:1,8,2,7,3,6,4,5和9,10。取代稠環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個國際通用的稠環烴可作為命名中的母體,它們的結構、英文名稱及固定編號,見圖冊。
非苯芳烴
常見的單環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的環狀烴類化合物。命名時將成環的碳原子數放在方括弧內,括弧後面寫上輪烯即可。也可以不寫括弧,用一短線將數字和輪烯相連。例如上面第四個化合物可稱為[18]輪烯或18-輪烯。輪烯也可以根據碳氫的數目來命名。18-輪烯含有十八個碳,九個雙鍵,所以也可以稱為環十八碳九烯。

烴衍生物

烴分子中的氫被官能團取代後的化合物稱為烴的衍生物。
常見官能團的詞頭、詞尾名稱
常見官能團的詞頭、詞尾名稱
基團詞頭名稱詞尾名稱
-COOH
羧基
-SO3H
磺酸基
磺酸
-COOR
酯基
-COX
鹵甲醯基
醯鹵
-CONH2
氨基甲醯基
醯胺
系統命名法
——
酸酐
-CN
氰基
-CHO
甲醯基或醛基
系統命名法
羰基
-OH
羥基
-OH
羥基
-NH2
氨基
-OR
烴氧基
-R
烴基
——
-NO2
硝基
——
-NO
亞硝基
——
單官能團化合物的系統命名
只含有一個官能團的化合物稱為單官能團化合物。單官能團化合物的系統命名有兩種情況。一種情況是將官能團作為取代基,仍以烷烴為母體,按烷烴的命名原則來命名。
若官能團是醚鍵,也可以採用這種方式來命名:取較長的烴基作為母體,把餘下的碳數較少的烷氧(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的最長鏈作為母體化合物的主鏈,根據主鏈的碳原子數稱為某A(A=醇、醛、酮、酸、醯鹵、醯胺、腈等)。從靠近官能團的一端開始,依次給主鏈碳原子編號。在寫出全名時,把官能團所在的碳原子的號數寫在某之前,並在某A與數字之間畫一短線,支鏈的位置和名稱寫在某A的前面,並分別用短線隔開。
當一個環與一個帶末端官能團的鏈相連,而此鏈中又無雜原子和重鍵時,在IUPAC系統命名中可用連線命名法,即將兩者的名稱連線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後的生成物,兩分子羧酸是相同的,為單酐,命名時在羧酸名稱後加“酐”字,並把羧酸的“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,複雜的酸放在後面,再加“酐”字並把“酸”字去掉;二元酸分子內失水形成環狀酸酐,命名時在二元酸的名稱後加“酐”字。
可看做羧酸的羧基氫原子被烴基取代的產物,命名時把羧酸名稱放在前面,烴基名稱放在後面,再加一個“酯”字。分子內的羥基和羧基失水,形成內酯(lactone),用“內酯”兩字代替“酸”字,並標明羥基的位次。(如丙酯,又名乙酸丙酯)
含多個相同官能團化合物的系統命名
分子中含有兩個或多個相同官能團時,命名應選官能團最多的長鏈為主鏈,然後根據主鏈的碳原子數稱為某n醇(或某n醛、某n酮、某n酸等),n是主鏈上官能團的數目,用中文數字表達。例如七碳鏈的二元醇稱為庚二醇。
如果羧基直接連在脂環和芳環上,或一個碳鏈上有三個以上的羧基,也可以在烴的名稱後直接加上羧酸(carboxylic acid)、二羧酸(dicarboxylic acid)、三羧酸(tricarboxylic acid)。
當分子中含有多種官能團時,首先要確定一個主官能團,確定主官能團的方法是查看上文表格“常見官能團的詞頭、詞尾名稱”,表中排在前面的官能團總是主官能團。然後,選含有主官能團及儘可能含較多官能團的最長碳鏈為主鏈。主鏈編號的原則是要讓主官能團的位次儘可能小。命名時,根據主官能團確定母體的名稱,其它官能團作為取代基用詞頭表示,分子中如涉及立體結構要在名稱最前面表明其構型。然後根據名稱的基本格式寫出名稱。

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