Что такое рациональная номенклатура
Название свое рациональная номенклатура получила от латинского ratio - "разум". Эта система впервые позволила давать логичные названия органическим соединениям, опираясь на их принадлежность к тому или иному классу. Она заменила тривиальные наименования, которые никоим образом не отражали особенностей строения их молекул. Да и запомнить структурные формулы многочисленных органических соединений по силам далеко не каждому.
Новая номенклатура, называемая еще радикальной или функциональной, за основу стала принимать простейшие вещества в гомологическом ряду какого-либо класса. А остальные соединения стали рассматривать как замещенные производные от них. Появились четкие требования к наименованию соединений. В 19 веке эти правила были новаторскими, а их возникновение стало возможным благодаря теории радикалов, теории типов и еще ряду научных трактатов того времени.
Общие правила рациональной номенклатуры
За отправную точку названия берут первый или второй член гомологического ряда рассматриваемого класса органических веществ. Остальную часть углеводородного скелета молекулы записывают как радикалы, присоединенные к нему.
Наименования самих заместителей формируют, основываясь на гомологический ряд алканов, замещая суффиксы -ан на -ил, например, метил, этил и т. д. К названию разветвленных радикалов, к предпоследнему атому углерода которых присоединено две группы -СН3, добавляют приставку изо-. Например, изопропил, изобутил.
Еще одним распространенным способом показать разветвленность заместителей является добавление приставок втор- и трет-. Эта запись указывает на то, что свободная валентность имеется у вторичного или третичного атома углерода. Если же свободная валентность находится в конце неразветвленного остатка молекулы, то добавляется буква н (от слова "нормальный"), но по факту ее записывают редко.
Для того чтобы отразить положение радикалов относительно основного фрагмента молекулы, имеется несколько способов:
- цифрами;
- буквами греческого алфавита;
- приставками симм. или несимм., характеризующими симметричность молекулы;
- добавлением букв о- (орто), м- (мета) или п- (пара) при описании циклических соединений;
- буквами, соответствующими названию гетероатомов (N - у азота, О - у кислорода, S - у серы и т. д.).
Количество одинаковых заместителей указывают, используя приставки ди-, три-, тетра-, пента- и т. д.
Примеры рациональной номенклатуры органических соединений:
- СΗ3-СΗ2-СΗ2-С(СΗ3)2-СΗ(СΗ3)-СН3 - диметилпропилизопропилметан;
- СΗ3-СΗ2-СΗ(СΗ3)-СΗ2-СН3 - метилэтил-втор-бутилметан;
- С6Η5-СΗ(СΗ3)-СН3 - изопропилбензол;
- Н3С-СΗ2-СΗBr-СΗ2-СН2-СН3 - этилпропилброметан;
- НО-С6Н4-С2Н5 - о-оксиэтилбензол.
Алканы
По правилам рациональной номенклатуры алканы рассматривают как метан или этан, атомы водорода в которых замещены на всевозможные углеводородные радикалы. Причем в сложных молекулах остатком метана считается наименее гидрогенезированный атом углерода, то есть тот, который связан с большим числом заместителей.
Названия радикалов записывают в порядке старшинства, то есть по увеличению сложности их структуры, при этом умножающие приставки на этот порядок не влияют.
Если в молекуле содержатся не углеводородные заместители, например, галогены, то их названия упоминают после остальных радикалов.
| Молекулярная формула | Упрощенная структурная формула | Название по ИЮПАК | Рациональное название | Название радикала |
| СΗ4 | СΗ4 | метан | метан | метил |
| С2Η6 | СΗ3-СН3 | этан | метилметан | этил |
| С3Η8 | СН3-СΗ2-СН3 | пропан | диметилметан | пропил |
| С4Η10 | СН3-СΗ2-СΗ2-СΗ3 | бутан | диметилэтан | бутил |
| С5Η12 | СН3-(СΗ2)3-СΗ3 | пентан | метилэтилэтан | пентил |
| С6Η14 | СН3-(СΗ2)4-СΗ3 | гексан | диэтилэтан | гексил |
| С7Η16 | СН3-(СΗ2)5-СΗ3 | гептан | этилпропилэтан | гептил |
| С8Η18 | СН3-(СΗ2)6-СΗ3 | октан | дипропилэтан | октил |
| С9Η20 | СН3-(СΗ2)7-СΗ3 | нонан | пропилбутил-этан | нонил |
| С10Η22 | СН3-(СΗ2)8-СΗ3 | декан | дибутилэтан | децил |
Алкены
Углеводороды с двойной С=С связью обычно рассматривают как замещенные этилена. Местонахождение радикалов при этом указывают словами симм. (несимм.) или греческими буквами. Если однотипные заместители соединены с разными атомами углерода при двойной связи, то такой алкен называют симметричным, а если с одним и тем же, то несимметричным.
В тех случаях, когда заместители имеют сильно разветвленную структуру, и составить название алкена по рациональной номенклатуре весьма проблематично, соединение рассматривают как производные метана. При этом двойная связь входит в состав одного из заместителей, а за основу названия выбирают наименее гидрированный атом углерода.
Диены
Особенности составления названия диеновых углеводородов по рациональной номенклатуре зависят от взаимного размещения кратных связей в молекуле. Если двойные углерод-углеродные связи в соединении являются кумулированными или сопряженными, то вещество считают производным аллена или дивинила соответственно. Если двойные связи изолированные, то есть если между ними расположены две и более одинарных, то вещества именуют как производные метана или этана. А кратные связи при этом находятся в заместителях.
| Упрощенная структурная формула | Название |
| СН2=С=СН2 | аллен |
| СΗ3-СΗ=С=СН2 | метилаллен |
| СΗ2=СΗ-СΗ=СН2 | дивинил |
| СΗ3-СΗ2-СΗ=С=СН2 | этилаллен |
| СΗ3-СΗ=СΗ-СН=СН2 | α-метилдивинил |
| СΗ2=СΗ-СΗ2-СΗ=СН2 | дивинилметан |
| СΗ3-СΗ=С=СΗ-СН3 | симм.диметилаллен |
| СΗ3-С(СΗ3)=С=СΗ2 | несимм.диметилаллен |
| СΗ2=С(СΗ3)-СΗ=СΗ2 | β-метилдивинил |
Алкины
Рациональная номенклатура рассматривает алкины как замещенные ацетилена. В отличие от этиленовых углеводородов, в молекулах с углеводородов с С≡С связью не может быть двух радикалов, соединенных с одним и тем же атомом углерода при ней. Поэтому и указывать взаимное расположение их нет необходимости. Нужно лишь перечислить названия радикалов в порядке их усложнения.
Если же молекула имеет сложное строение, то при составлении ее названия поступают, как с алкинами. Тройная связь при этом отражается в составе заместителя, например, ацетиленила, а за основу принимают метан или этан. При этом сначала записывают предельные радикалы, а затем непредельные с тем же количеством атомов углерода. Примеры:
- Н3С-С≡С-СН3 - диметилацетилен;
- Η3С-СΗ2-С≡С-СΗ2-СΗ2-СΗ3 - этилпропилацетилен;
- НС≡С-С(СΗ3)(С2Η5)-СΗ(СΗ3)-СН3 - метилэтилацетиленилизопропилметан.
Ароматические соединения
Одноядерные ароматические углеводороды рассматриваются рациональной номенклатурой как замещенные соединения бензола. Взаимное расположение радикалов обозначают буквами о, м или п.
В молекулах со сложным углеводородным скелетом наличие бензольного кольца отражается в виде названия соответствующего радикала. Присутствие гидроксильной группы в составе фенолов указывается приставкой окси-, например, оксибензол.
Спирты
Рациональная номенклатура спиртов имеет свои особенности для каждого вида соединений этого класса. Одноатомные спирты принимают производными карбинола (метилового спирта). При этом названия радикалов записывают в порядке увеличения в них атомов углерода:
- СН3-СН2-ОН - метилкарбинол;
- СΗ3-СΗ(ОΗ)-С≡СΗ - метилацетиленилкарбинол.
Двухатомные спирты, в чьих молекулах гидроксильные группы -ОΗ расположены у соседних атомов углерода, называют этиленгликолями:
- СΗ3-СΗ(ОΗ)-СΗ2(ОΗ) - метилэтиленгликоль.
А если гидроксилы соединены не с соседними атомами углерода, то в названиях записывают число метиленовых групп -СН2-, находящихся между ними:
- ОΗ-СΗ2-СΗ2-СΗ2-СΗ2-ОΗ - тетраметиленгликоль;
- ОΗ-СΗ2-СΗ2-СΗ2-СΗ2-СΗ2-СΗ2-ОΗ - гексаметиленгликоль.
Альдегиды и кетоны
Названия альдегидов по рациональной номенклатуре составляют, отталкиваясь от структуры этаналя, именуемого в данном случае уксусным альдегидом. Например:
- СН3-СОН - уксусный альдегид;
- СΗ3-СΗ2-СΗ2-СОΗ - этилуксусный альдегид;
- СН3-СΗ(СΗ3)-СОН - диметилуксусный альдегид.
Если в соединении имеется несколько функциональных групп, то группу -СОН обозначают добавлением приставки альдо-:
- НОС-СН2-СООН - альдопропионовая кислота.
Кетоны называют, перечисляя заместители, связанные с карбонильной группой >С=О и добавляя слово кетон:
- СН3-СО-СН3 - диметилкетон;
- СΗ2=СΗ-СО-СΗ3 - метилвинилкетон.
С помощью букв греческого алфавита обозначают не только взаимное расположение нескольких карбонильных групп, но также и заместителей в главной углеводородной цепи:
- Н3С-СО-СО-СН3 - α-дикетон;
- СΗ3-СО-СΗ2-СО-СΗ3 - β-дикетон;
- Br-Н2С-СО-СН2-СН3 - (α-бромометил)этилкетон.
Карбоновые кислоты
Для одноосновных карбоновых кислот с неразветвленной углеводородной цепью используют тривиальные названия (масляная, уксусная и др.). Если же молекула имеет разветвленное строение, то ее название по рациональной номенклатуре составляют из соответствующих радикалов, соединенных с уксусной кислотой или ее гомологами. Таким образом, одна и та же кислота может иметь несколько рациональных названий:
- Н3С-СН(СН3)-СООН - диметилуксусная, или метилпропионовая кислота;
- Η3С-СΗ2-СΗ(СΗ3)-СООΗ - метилэтилуксусная, или α-метилмасляная кислота.
Если положение заместителей отмечают греческими буквами, то начинают отсчет не с карбонильного углерода, а со следующего за ним. Согласно рациональной номенклатуре, названия непредельных кислот получают, опираясь на молекулу акриловой кислоты, если двойная связь расположена между α и β атомами углерода. В остальных случаях кратная связь указывается в составе заместителей. Примеры:
- Н2С=СН-СООН - акриловая кислота;
- Н3С-НС=СН-СООН - β-метилакриловая кислота;
- Η2С=СΗ-СΗ(СΗ3)-СООΗ - метилвинилуксусная кислота.
Сложные эфиры
Согласно рациональной номенклатуре, названия сложных эфиров строятся из двух остатков: тривиального названия кислоты и спиртового радикала. Например:
- СН3-СОО-СН3 - уксуснометиловый эфир
- СΗ3-СΗ2-СОО-СН3 - пропионовометиловый эфир
- СΗ3-СΗ2-СΗ2-СОО-СΗ(СΗ3)-СΗ3 - масляноизопропиловый эфир
- СН3-СОО-С5Н11 - уксусноизоамиловый эфир.
Циклоалканы
Предельные циклические углеводороды называют исходя из числа метиленовых групп -СН2-, которые образуют кольцо. Количество их указывают приставками три-, тетра-, пента-, гекса-, гепта- и т. д. Если цикл соединен с одним или несколькими заместителями, то их сначала перечисляют их названия.
В современной химии рациональная номенклатура не имеет столь же широкого распространения, как женевская. Тем не менее в свое время именно ее принципы заложили основу для создания современных систем наименования различных соединений.
Главным недостатком рациональной номенклатуры является неоднозначность требований к выбору вещества, на котором основывается построение название. Это приводит к тому, что соединения с очень сложной разветвленной структурой могут иметь несколько наименований. А в особо сложных случаях их построение и вовсе бывает невозможным. Однако для некоторых классов органических веществ, например, алканов или спиртов, и сегодня названия, подобранные по ее правилам, употребляются довольно часто.