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新議有機化合物中各類常見雙鍵的命名

2019-05-15 10:54王朝霞羅千福
化學教學 2019年4期

王朝霞 羅千福

摘要: 各類雙鍵是有機化合物中常見且非常重要的基團,它們的命名無論是在高中還是大學化學教學中都會廣泛涉及?;谛掳l(fā)布的《有機化合物命名原則2017》,通過與1980版命名原則的對比,淺析碳碳、碳氧、碳氮、氮氮等雙鍵在相應化合物中命名的變化與新特點,以便有助于廣大師生能盡快掌握新的有機化合物命名原則,做新原則積極的傳播、使用與踐行者。

關鍵詞: 有機化合物命名原則; 母體氫化物; 雙鍵的命名; 特性基團

文章編號: 10056629(2019)4008904中圖分類號: G633.8文獻標識碼: B

有機化合物中常見的雙鍵有碳碳、碳氧、碳氮以及氮氮雙鍵等,無論是在高中還是大學化學教學中都非常重要。隨著《有機化合物命名原則2017》的發(fā)布,含有此類雙鍵的化合物名稱有的已悄然改變[1, 2],這就要求廣大教師必須盡快擺脫慣性思維,學習并正確掌握“新原則”,與時俱進,用這一規(guī)范的化學語言進行課堂教學、教材編寫、論文撰寫及學術交流,做“新原則”積極的傳播、使用與踐行者。事實上,80版原則實行了30多年[3, 4],早已深入人心,新原則替代舊原則是個循序漸進的過程,很難一蹴而就,但是教學就是要不斷實踐探索,吐故納新。為此,本文著眼于有機化學教學中幾種常見的雙鍵,通過實例詳細對比了它們在新舊原則中的異同,相信廣大師生只要從中抓住要點,理解新、舊原則間的繼承與發(fā)展,就可以順利掌握運用新的原則。

1 碳碳雙鍵在有機化合物中的命名

在我國,無論是中學還是大學的教材,有機化學大多以官能團為主線進行編排。對碳氫化合物而言,碳碳雙鍵一直都被認為是烯烴的官能團。2017底,中國化學會對有機化合物命名原則進行了修訂,主要變化有: 以母體氫化物的名稱統一處理碳氫化合物和其他雜原子氫化物的命名;以特性基團代替官能團。盡管新原則仍默認“官能團”這一名稱,并近似為“特性基團”的俗名,然而,在“特性基團類型的高位(優(yōu)先)次序”中已經沒有碳碳雙鍵,它僅僅作為官能性的基團進行命名。僅含碳、氫兩種元素的烴類化合物屬于母體氫化物,多以取代法進行命名,其名稱由母體氫化物名稱與前綴或后綴組成。

1.1 碳碳雙鍵以后綴的形式表達

2017新原則規(guī)定: 鏈狀烴類化合物主鏈的選擇取決于鏈長,與不飽和度無關。這一新的規(guī)定,打破了傳統的烷烴、烯烴、炔烴等的命名法。在烴類化合物的命名中,碳碳雙鍵如果在主鏈上,是相應烷烴脫氫產生的,則以后綴的形式表達,將其后綴“烷”改為“烯”,如果還有三鍵,就改為烯炔,“炔”字在后。當“烯”作為后綴出現時,化合物編號首先保證雙鍵位次組最低,再確保取代基位次組最低。如圖1化合物1,主鏈有5個碳,即“戊”,雙鍵在主鏈的1號位,后綴為“烯”,正確的名稱為3,3二甲基戊1烯。

對含碳碳雙鍵的環(huán)狀不飽和烴類化合物,命名時將“環(huán)某烷”中的后綴“烷”改為“烯”即可,如3甲基環(huán)己烯,環(huán)庚1,3二烯等。

與80版原則相比,新版原則在名稱的書寫上有兩點很明顯變化[5~7]: (1)表示雙鍵位次的數字插入位置變了,插入在其名稱“烯”之前;(2)表示主鏈碳原子個數的“戊”“環(huán)庚”等與名稱“烯”分開,緊挨取代基放置,并且中間沒有“-”相連,同時,名稱“烯”以后綴的形式表達。

不管是主鏈選取方式的改變,還是名稱書寫方式的改變,都源于2013“IUPAC首選名(preferred IUPAC name, PIN)”和“一般IUPAC名(general IUPAC name)”的概念[8, 9]。有機化合物命名的基本原則試圖與當前國際命名原則保持一致,正是本次新原則制定的基本思想,“書同文,車同軌”,化學名稱的規(guī)范無疑有助于我國有機化學的國際學術交流。

1.2 碳碳雙鍵以前綴的形式表達

對鏈狀或環(huán)狀烴類化合物而言,如果雙鍵不在主鏈或主環(huán)上,則只能作為取代基、以前綴的形式進行表達。如圖1化合物2,當鏈的長短作為主鏈的選取標準時,母體不再是戊烯,而是己烷,雙鍵只能作為支鏈,以前綴“甲亞基”的形式表達。再如化合物3,圖中的數字表示主鏈及其編號,主鏈上的雙鍵以后綴“烯”的形式表示,支鏈上的雙鍵及三鍵均以前綴“乙烯基”“乙炔基”的形式給出。請注意,盡管化合物2以“烷”的形式命名,但這一化合物含有雙鍵,它仍然是一個官能性的基團、具備烯烴該有的性質,這一點是必須要清楚的。

對帶有特性基團的化合物而言,碳碳雙鍵只能以前綴的形式表達。當雙鍵在主鏈上時,需標明位次,比如己3烯醛,當雙鍵在支鏈上時,以取代基的形式表達,如圖1化合物4名稱為: 3烯丙基1氯己2,4二酮[10]。

1.3 碳碳雙鍵以熳環(huán)的形式表達

為便于中英文名稱的轉換,同時考慮在多環(huán)體系命名時的需要,新版原則增補了一個新的名稱“熳環(huán)”,并建議將其作為優(yōu)先名稱來命名含最大非累積雙鍵的不飽和環(huán)系化合物[11]。按此原則,環(huán)丙烯、環(huán)丁二烯、環(huán)戊二烯等可命名為環(huán)丙熳、環(huán)丁熳、1H環(huán)戊熳等。單環(huán)多烯、輪烯、并環(huán)多烯、雜環(huán)多烯等都可以以熳環(huán)的形式命名,對熳環(huán)中未連有雙鍵的碳,可視作該位上帶有額外的氫,如圖2化合物5,給予盡可能小的位次,用“1H”標注(環(huán)內標注);如果熳環(huán)結構中氫化狀態(tài)有變化,也給予盡可能小的位次,如圖2化合物6,用“6,7二氫”標注。熳環(huán)還可以命名含其他雙鍵的雜環(huán)體系,如圖2化合物7可以命名為1,3氧氮雜環(huán)戊熳。

熳環(huán)的適用范圍廣、通用性強,用熳環(huán)命名不僅簡單,而且名稱與結構間的對應性強,不需特別記憶,簡捷方便,值得推廣,但是,如果不掌握“熳”的基本概念,單從名稱里無法與碳碳雙鍵關聯起來。

2 碳氧雙鍵在有機化合物中的命名

2.1 碳氧雙鍵以后綴的形式表達

典型的碳氧雙鍵是指羰基,除此之外,羧酸、過氧羧酸、酰鹵、酸酐、酯、酰胺等羧酸衍生物中也含有碳氧雙鍵,它們均是有機化合物的特性基團,對照2017版“特性基團的高位(優(yōu)先)原則”,如果碳氧雙鍵處于最高位次,則以后綴的形式表達。

對照表1,圖1化合物4的最優(yōu)主體特性基團是羰基,兩個羰基必須都置于主鏈,后綴為“二酮”,按照最低位次組原則進行編號,羰基位于2,4位,命名為3烯丙基1氯己2,4二酮。圖3化合物8中,羰基為主體基團,命名為3氯5羥基己醛。圖3化合物9有—COOH和—COCl,前者是主體特性基團,后者只能以取代基的形式給出。

在對上述化合物進行命名時,取代基的書寫順序值得關注。80版取代基書寫先后順序往往是以立體化學里的Cahn-Ingold-Prelog順序原則(CIP順序規(guī)則)排序為準,新版原則是按取代基英文字母順序依次出現的。原則不同,書寫結果就可能不同,對圖3化合物8而言,有OH和Cl兩個取代基,依CIP規(guī)則是Cl優(yōu)于OH,應放在后面,命名為5羥基3氯己醛,但是依字母順序,Cl(chloro)>OH(hydroxyl),所以Cl放在前面,命名為3氯5羥基己醛;同樣,化合物10也是一個典型的例證,不再是3氧代4氯己醛,應命名為4氯3氧亞基己醛。

2.2 碳氧雙鍵以前綴的形式表達

對羰基而言,當它不是主體基團時,就只能作為取代基,以前綴的形式給出。同一基團,其前綴名稱與后綴名稱是有所區(qū)別的,常見的羰基結構對照如表2所示。

化合物9中,COCl作為取代基,名稱為“氯羰基”?;衔?0中,主體基團是醛羰基,所以,3號位的碳氧雙鍵只能以前綴的形式表示,由于羰基碳在主鏈中,這一結構只能以“氧亞基”的形式放在前綴中,其名稱為4氯3氧亞基己醛。

3 氮氮雙鍵在有機化合物中的命名

HNNH在新規(guī)則中歸屬母體氫化物,命名為乙氮烯,偶氮化物和重氮化物是其常見的衍生物,盡管俗名仍可使用,然而,這類化合物能更系統地以取代操作法命名為母體乙氮烯氫化物或乙氮叉基的衍生物?;衔?1、12均是我們熟悉的R—NN—R′型偶氮化合物,前者R、 R′中無特性基團,將其作為取代基以前綴形式給出,且其間無“-”相連;后者R′中有優(yōu)先特性基團SO3H,則R—NN以取代基形式給出。

新規(guī)則將R—NN—X型化合物作為乙氮烯衍生物命名,如化合物13為苯乙氮烯磺酸鈉,而對形如R—N+2X-的重氮正離子化合物及重氮基團(N2)連到一個碳原子的化合物,仍保留了原有的命名方式,如氯化苯重氮鹽、重氮甲烷等。

另外,常見的雙鍵還有碳氮雙鍵,比如醛酮與氨或伯胺反應生成的亞胺化合物,與羥胺反應生成的肟,與肼反應生成的腙,與氨基脲反應生成的縮氨脲等。

新版原則中,亞胺類化合物的命名更加靈活,以化合物14、 15為例,有三種常見的命名方法: (1)以氮烷(NH3)為母體氫化物,其所連基團作為取代基以前綴形式給出,中間無“-”連接,如己亞基氮烷、乙亞基(甲基)氮烷;(2)以雙鍵中含碳的部分R為母體氫化物,“亞胺”以后綴的形式給出,如己烷1亞胺、N甲基乙烷亞胺;(3)命名為胺的亞基衍生物,如己亞基胺、N甲基乙亞基胺。在這三種方法中,前兩種從“母體氫化物”這個新概念衍生而來,第三種則仍保留了80版原則。

至于肟、腙、縮氨脲類物質,盡管在主體上仍保留了80版原則,但細節(jié)方面的變化仍不可忽視。比如3戊酮的新名稱為戊3酮,其與羥胺、苯肼、氨基脲等縮合,其產物的新名稱相應變?yōu)槲?酮肟、戊3酮苯腙和戊3酮縮氨基脲,變化細微,但與IUPAC原則一致,體現了我國系統命名法與國際規(guī)范化IUPAC命名法逐步接軌的趨勢,這也是我國有機化學領域走向國際的趨勢。

綜上,本文基于典型實例,分別從有機化合物中常見的碳碳雙鍵、碳氧雙鍵、碳氮雙鍵和氮氮雙鍵入手,詳細分析、對比了新舊命名規(guī)則的異同點。吐故納新,進一步總結了新規(guī)則的特色和需要注意的要點。希望為讀者學習掌握新版有機化合物命名規(guī)則提供幫助,方便大家進一步的學習和交流。

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