Номенклатура IUPAC: углеводороды и галогениды
Алканы: главная цепь и нумерация
Систематическое название должно однозначно определять строение молекулы. Его составляют в четыре шага: выбирают главную цепь, нумеруют её по правилу наименьших номеров, перечисляют заместители в алфавитном порядке и оформляют название цифрами и дефисами. Систематическая номенклатура IUPAC ведёт начало от Женевских правил 1892 года; действующие рекомендации приняты в 2013 году.
- Главная цепь — самая длинная непрерывная цепь атомов углерода; при равной длине выбирают цепь с большим числом заместителей. Цепь не обязательно изображена по прямой: в скелетной формуле она нередко проходит через ответвление.
- Нумерацию начинают с того конца, при котором заместители получают наименьшие номера. Наборы номеров сравнивают по первому различию: набор 2,3,5 меньше набора 2,4,5.
- Заместители перечисляют в виде префиксов в алфавитном порядке (метил раньше этила, бром раньше хлора) с указанием номеров. Одинаковые заместители объединяют приставками ди-, три-, тетра-, которые при алфавитной расстановке не учитываются. Если наборы номеров с обоих концов одинаковы, меньший номер получает заместитель, стоящий в названии первым.
- Числа отделяют от слов дефисами, а друг от друга — запятыми: 2,2,4-триметилпентан (изооктан, эталон октанового числа 100).
Разветвлённые заместители имеют собственные названия: изопропил \(\ce{(CH3)2CH-}\), изобутил \(\ce{(CH3)2CH-CH2-}\), втор-бутил \(\ce{CH3-CH2-CH(CH3)-}\), трет-бутил \(\ce{(CH3)3C-}\). По правилам IUPAC их можно называть и систематически: (1-метилэтил), (1,1-диметилэтил); в этом случае при алфавитной расстановке учитывается первая буква полного названия в скобках. В тривиальных названиях приставки «втор-» и «трет-» при алфавитном порядке не учитываются (трет-бутил ставится на букву «б»), а приставка «изо» считается частью слова (изопропил — на букву «и»).
boltНайдите все концы цепи
Прежде чем искать самую длинную цепь, отметьте на скелете все концевые группы \(\ce{CH3}\). Самая длинная цепь соединяет какие-то две из них, поэтому переберите пары концов. Выбор цепи из шести атомов вместо семи — самая частая ошибка в названиях на олимпиадах.
edit_noteРазбор задачи: название \(\ce{(CH3)2CH-CH2-C(CH3)2-CH2-CH3}\)
Отмечаем концы цепи; самая длинная цепь содержит шесть атомов: от метильной группы изопропильного фрагмента до конца этильной группы. При нумерации от изопропильного конца метильные группы стоят у атомов 2, 4 и 4, от этильного — у атомов 3, 3 и 5. Первое различие: \(2 < 3\). Название — 2,4,4-триметилгексан.
errorТипичные ошибки
Не начинайте нумерацию слева направо по рисунку: направление определяется правилом наименьших номеров. Не путайте сумму номеров с набором номеров: набор 2,2,5 (сумма 9) предпочтительнее набора 2,4,4 (сумма 10), однако и набор 2,3,5 предпочтительнее набора 2,4,4 при равных суммах, поскольку сравнение ведётся по первому различию. Помните, что приставка «ди» в слове «диметил» при алфавитной расстановке не учитывается: заместитель ставится на букву «м».
auto_awesomeОктановое число
Октановое число бензина сравнивают со смесью двух эталонов: изооктана (2,2,4-триметилпентана, октановое число 100) и гептана (0). Разветвлённые алканы горят в двигателе ровнее неразветвлённых, поэтому ценятся как компоненты топлива.
Алкены, алкины, циклы
Если молекула содержит кратные связи, главная цепь должна включать наибольшее их число, даже если существует более длинная цепь без кратных связей; при нумерации кратные связи получают наименьшие номера. Так принято в школьных и олимпиадных задачах. Рекомендации IUPAC 2013 года отдают предпочтение длине цепи, однако в ответах пока ожидают прежнего правила.
Алкены и алкины
Номер кратной связи ставят перед суффиксом: бут-1-ен, пент-2-ин (допустима и прежняя запись 1-бутен). Если в молекуле есть и двойная, и тройная связь, суффиксы записывают в порядке «-ен», затем «-ин». Наименьшие номера получает набор кратных связей в целом, а при равных наборах меньший номер получает двойная связь: пент-1-ен-4-ин, но гекс-1-ен-5-ин (а не гекс-5-ен-1-ин). Несколько двойных связей обозначают суффиксами «-диен», «-триен» с сохранением гласной в названии цепи: бута-1,3-диен, гекса-1,3,5-триен.
Циклы
Циклические углеводороды получают приставку «цикло-»: циклогексан, циклогексен, метилциклопропан. Кольцо нумеруют так, чтобы заместители или кратная связь получили наименьшие номера. В циклоалкене атомы двойной связи всегда имеют номера 1 и 2, а направление обхода выбирают по заместителям: 3-метилциклогексен, 1-метилциклогексен. Если боковая цепь длиннее кольца или содержит старшую группу, кольцо рассматривают как заместитель: 1-циклопропилгексан, циклогексилметанол.
edit_noteРазбор задачи: правило наименьших номеров
\(\ce{CH#C-CH2-CH=CH2}\): цепь из пяти атомов, кратные связи в положениях 1 и 4 при нумерации с любого конца. Наборы номеров одинаковы, поэтому меньший номер получает двойная связь: пент-1-ен-4-ин. \(\ce{CH3-CH=CH-CH2-C#CH}\): с одного конца кратные связи получают номера 2 и 5, с другого — 1 и 4; правильное название — гекс-4-ен-1-ин.
edit_noteРазбор задачи: метилциклопентены
Если метильная группа находится у атома двойной связи, этот атом получает номер 1: 1-метилциклопентен. Если метильная группа стоит у соседнего с двойной связью атома, кольцо обходят так, чтобы двойная связь получила номера 1 и 2, а метильная группа — наименьший возможный номер: 3-метилциклопентен.
errorДлинная цепь без двойной связи
\(\ce{CH3-CH2-CH2-CH2-C(=CH2)-CH2-CH2-CH3}\): самая длинная цепь содержит восемь атомов, но двойная связь в неё не входит. Главной считается цепь из шести атомов с двойной связью, а пропильная группа — заместителем: 2-пропилгекс-1-ен. По рекомендациям IUPAC 2013 года то же вещество называется 4-метилиденоктаном; в решении надёжнее привести и структурную формулу.
auto_awesomeНапряжение малых циклов
В циклопропане валентные углы равны \(60^\circ\) вместо \(109{,}5^\circ\). Изогнутые связи придают ему сходство с алкенами: циклопропан обесцвечивает бромную воду и присоединяет водород над никелем с раскрытием кольца. Циклогексан напряжения не испытывает: его кольцо не плоское, а сложено в форме кресла (тема 3).
boltКратная связь важнее длины
Главная цепь должна содержать кратную связь, даже если рядом есть более длинная цепь без неё. Затем нумеруйте так, чтобы кратная связь получила наименьший номер, и только потом смотрите на заместители.
Арены, галогенпроизводные, тривиальные названия
Соединения с бензольным кольцом называют как замещённые бензолы, указывая положения заместителей цифрами или приставками орто-, мета-, пара-. Галогены всегда обозначают префиксами в общем алфавитном порядке с другими заместителями.
Арены
Бензол с одним заместителем: метилбензол (толуол), этилбензол, хлорбензол, нитробензол. При двух заместителях различают положения 1,2 (орто-, o-), 1,3 (мета-, m-) и 1,4 (пара-, p-): 1,2-диметилбензол — это o-ксилол. При трёх и более заместителях положения указывают только цифрами: 1,3,5-триметилбензол (мезитилен), 2,4,6-тринитротолуол. Остаток бензола в роли заместителя называется фенилом \(\ce{C6H5-}\), остаток толуола по метильной группе — бензилом \(\ce{C6H5-CH2-}\).
Галогенпроизводные
Галогены в названиях всегда указывают префиксами: 2-бромбутан, 1,2-дихлорэтан, трихлорметан (хлороформ). Префиксы галогенов перечисляют в алфавитном порядке вместе с остальными заместителями: 1-бром-2-хлорэтан, 2-бром-3-метилбутан.
edit_noteРазбор задачи: 1-бром-4-нитробензол или 4-бром-1-нитробензол
Два заместителя находятся в положениях 1 и 4, и набор номеров одинаков независимо от того, с какого заместителя начата нумерация. При равных наборах меньший номер получает заместитель, стоящий первым по алфавиту: «бром» раньше «нитро», поэтому бром получает номер 1, а нитрогруппа — номер 4. Название «4-бром-1-нитробензол» неверно.
errorФенол, фенил, бензил
Фенол — вещество \(\ce{C6H5-OH}\); фенил — заместитель \(\ce{C6H5-}\); бензил — заместитель \(\ce{C6H5-CH2-}\), в котором между кольцом и остальной частью молекулы расположена группа \(\ce{CH2}\). Бензилхлорид \(\ce{C6H5-CH2-Cl}\) и хлорбензол \(\ce{C6H5-Cl}\) — разные вещества, сильно различающиеся по реакционной способности.
Тривиальные названия составляют язык лабораторной практики и олимпиадных условий, поэтому их необходимо знать: изобутан, изопентан, неопентан, изопрен (2-метилбута-1,3-диен), ацетилен, толуол, ксилолы, мезитилен, стирол (винилбензол), кумол (изопропилбензол), нафталин, антрацен, хлороформ, фреоны, а также названия заместителей винил (\(\ce{CH2=CH-}\)), аллил (\(\ce{CH2=CH-CH2-}\)), изопропил, трет-бутил.
history_eduФормула бензола
Циклическую формулу бензола Кекуле предложил в 1865 году. По его собственным словам, кольцо привиделось ему во сне в виде змеи, кусающей себя за хвост. В 1886 году в шуточном издании к юбилею Кекуле напечатали «формулу» из шести обезьян, держащих друг друга попеременно за хвосты и за лапы; так изобразили чередование одинарных и двойных связей.
boltОрто, мета, пара
Орто — положения 1 и 2, мета — 1 и 3, пара — 1 и 4. Если заместителей три и больше, приставки не используют: только цифры.
push_pinГлавное
Название по номенклатуре IUPAC строится по алгоритму: главная цепь, нумерация по правилу наименьших номеров, префиксы в алфавитном порядке. Владея алгоритмом, можно прочитать любую формулу и не терять баллы из-за неверного названия.
Закрепите теорию: 9 заданий с проверкой и подсказками, урок зачитывается от 70 %.