新的命名原則中含氮化合物的命名解讀

田霞，韓建榮，甄小麗，蘇偉

河北科技大學(xué)理學(xué)院，石家莊 050018

有機(jī)化合物種類繁多，數(shù)目龐大，且隨著人類對(duì)自然的探索還在不斷地涌現(xiàn)出大量新的有機(jī)化合物。因此對(duì)數(shù)以千萬(wàn)計(jì)的有機(jī)化合物進(jìn)行系統(tǒng)、規(guī)范的命名，用于區(qū)分各個(gè)化合物是非常必要的。2017年中國(guó)化學(xué)會(huì)有機(jī)化合物命名審定委員會(huì)參考了IUPAC 1993年建議的命名指南，對(duì)1980年制定的《有機(jī)化學(xué)命名原則》進(jìn)行了修訂與增補(bǔ)，編著出版了《有機(jī)化合物命名原則2017》(CCS2017)[1,2]。就目前來(lái)說(shuō)，長(zhǎng)期以來(lái)有機(jī)化合物命名的課堂教學(xué)、教材編寫(xiě)、論文撰寫(xiě)等都是按照原來(lái)的命名規(guī)則進(jìn)行命名，并已經(jīng)形成了一套比較系統(tǒng)的教學(xué)體系[3-5]。要徹底實(shí)施新原則下的有機(jī)化合物的精確的命名，作為一線教師首先要在課堂教學(xué)中進(jìn)行教學(xué)實(shí)踐，逐漸實(shí)現(xiàn)新舊命名原則的過(guò)渡是非常必要的。關(guān)于新原則已經(jīng)有一些教材采用[6-8]，并有許多教師相繼給出了一些闡釋[9-14]。本文基于基礎(chǔ)有機(jī)化學(xué)中含有氮原子的化合物命名在新舊原則中的異同進(jìn)行對(duì)比，將新的命名原則應(yīng)用于教學(xué)中，以便于初學(xué)者掌握。

有機(jī)化合物系統(tǒng)命名通常可以采用取代命名法、官能團(tuán)類別命名法、置換命名法和多重命名法等。2017新原則中的系統(tǒng)命名是根據(jù)化合物的結(jié)構(gòu)確定命名的操作方法，其中主要采用取代命名法，其命名結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 有機(jī)化合物系統(tǒng)命名組成的結(jié)構(gòu)

在新的命名規(guī)則中首先要從多個(gè)特性基團(tuán)(官能團(tuán))中按照特性基團(tuán)的次序規(guī)則，選擇次序靠前者為主體基團(tuán)，并將該基團(tuán)作為后綴基團(tuán)。然后確定詞根母體氫化物，對(duì)母體氫化物和主體基團(tuán)進(jìn)行命名，確定取代基，編號(hào)，按照?qǐng)D1書(shū)寫(xiě)系統(tǒng)名稱。

特性基團(tuán)作為主體基團(tuán)(類型化合物)的名稱及優(yōu)先次序?yàn)椋?/p>

―COOR ＞ ―COX ＞ ―CONH2＞ ―CN ＞ ―CHO ＞ ―CO ＞ ROH ＞ ArOH ＞ ―SH ＞ ―NH2＞

＝NH ＞ ―OR ＞ ―SR

有機(jī)含氮化合物在基礎(chǔ)有機(jī)化學(xué)中占有重要地位，本文歸納總結(jié)了CCS2017新原則中關(guān)于含氮化合物所做的重要修訂，并結(jié)合有機(jī)化合物系統(tǒng)命名法的教學(xué)實(shí)際，對(duì)如何實(shí)施CCS2017新規(guī)進(jìn)行教學(xué)提供建議，以供討論。

1 有機(jī)硝基化合物的命名

在系統(tǒng)命名中，特性基團(tuán)中硝基排在最后，通常只能作為取代基(同舊原則)而不作為主體基團(tuán)。因此對(duì)于含有一個(gè)或多個(gè)硝基的化合物在命名時(shí)，可采用前綴中加“硝基”來(lái)命名。如圖2化合物1中，特性基團(tuán)羧基是主體基團(tuán)，苯是母體氫化物(同舊原則)，與舊原則不同的是在對(duì)母體氫化物進(jìn)行編號(hào)時(shí)，新的命名規(guī)則按照取代基的“最低位次組”原則，若取代基位次組相同，則按取代基的英文名稱的第一個(gè)字母的先后順序，排在前面的基團(tuán)的次序盡可能小，因此其名稱為3-硝基-5-丙基苯甲酸；如圖2化合物2中，特性基團(tuán)羥基是主體基團(tuán)，環(huán)己烯是母體氫化物，與舊原則不同的是新的命名規(guī)則將母體氫化物中雙鍵的位次置于母體氫化物之后，因此其名稱為4-硝基環(huán)己-2-烯-1醇。在新的命名規(guī)則中，一個(gè)最大的修訂是取代基按英文首字母順序排列，并且主特性基團(tuán)以及母體氫化物的位次列出順序。

圖2 硝基化合物的命名

2 胺類化合物的命名

從特性基團(tuán)作為主體基團(tuán)的名稱及優(yōu)先次序可以看出，氨基排在較為靠后的位置，因此當(dāng)化合物中沒(méi)有排列在氨基前的特性基團(tuán)時(shí)，即氨基在分子中為主特性基團(tuán)(主體基團(tuán))時(shí)，胺NR1R2R3(伯、仲、叔胺)的命名可以有三種方法：

(1)以氮烷(NH3)作為母體氫化物，胺看作是NH3中的氫被烴基取代的產(chǎn)物。在命名時(shí)把取代基加到母體氫化物氮烷前邊，即：

取代基數(shù)目+取代基名稱(按照英文首字母的順序排列，并用括號(hào)隔開(kāi))+氮烷；

(2)把氨基作為主體基團(tuán)，其他基團(tuán)作為取代基，按照英文首字母的順序依次放在“胺”前，即：

取代基數(shù)目+取代基名稱(按照英文首字母的順序排列，并用括號(hào)隔開(kāi))+胺。

這兩種方法適用于各種胺(伯、仲、叔胺)；

(3)對(duì)于伯胺還有另一種命名方法，即胺作為主體基團(tuán)(后綴)，然后確定母體氫化物并置于主體前，即：

取代基位次+取代基名稱+母體氫化物+氨基的位次+胺(伯胺)。

在IUPAC2013建議優(yōu)先使用該方法，而仲胺和叔胺則可以作為伯胺和仲胺的N-取代物。

在舊的命名規(guī)則中，當(dāng)與―NH2連接的基團(tuán)較復(fù)雜時(shí)，往往把氨基作為取代基來(lái)命名。如圖3中的化合物3，按舊的命名規(guī)則是以氨基為取代基，而以含有雙鍵的最長(zhǎng)的碳鏈為母體命名的，因此該化合物命名為2-乙基-5-氨基-1-庚烯。而新的命名規(guī)則中，雙鍵或三鍵不再作為主體基團(tuán)，因此在選擇主鏈時(shí)應(yīng)選擇最長(zhǎng)的碳鏈為主鏈，把雙鍵或叁鍵作為取代基“甲亞基”或“甲次基”，按照上述三種方法，化合物3可以命名為“氮烷或胺”(圖3，化合物3可命名為1)、2)、3))。對(duì)于叔胺化合物4新舊方法不同的是取代基的次序，在新的命名規(guī)則中取代基按照英文首字母順序排列，且取代基間用括號(hào)隔開(kāi)。

圖3 胺的命名

含有兩個(gè)或以上的多胺結(jié)構(gòu)單元的化合物，按照上述(2)或(3)命名方式進(jìn)行命名，并用N,N’或在N原子上以上標(biāo)的方式通過(guò)標(biāo)明母體氫化物的位次作為前綴，標(biāo)明不同氮上的取代基。如圖4中化合物5，可以按照上述(2)和(3)方法命名為二胺。

圖4 多胺及其他含氨基化合物的命名

當(dāng)胺不是主體基團(tuán)，不能用后綴表示時(shí)，可用前綴“烴基氨基或氨叉基”命名。如圖4化合物6，兩個(gè)苯環(huán)上的氰基排在氨基的前邊，因此應(yīng)該選擇氰基為主體基團(tuán)命名為腈，而把中間的―NH―看作取代基“氨叉基”或“烴基氨基”來(lái)命名。

3 胺鹽和季銨鹽的命名

胺鹽是伯、仲、叔胺與酸反應(yīng)的產(chǎn)物R4N+X-(R至少有一個(gè)為氫)，而季銨鹽則是由叔胺和烷基化試劑反應(yīng)生成的R4N+X-(R均為烴基)。在命名時(shí)可以選其中一個(gè)R―基為胺的母體氫化物，其余為氫或其他取代基，將取代基按英文首字母順序依次列出寫(xiě)在“銨”之前。當(dāng)負(fù)離子為鹵素負(fù)離子和氫氧根離子時(shí)，將負(fù)離子加“化”置于陽(yáng)離子的前邊，即：負(fù)離子+化+取代基數(shù)目+取代基名稱+銨。如圖5中的化合物7；當(dāng)負(fù)離子為硝酸根、硫酸根等時(shí)，則直接加在陽(yáng)離子前邊，如圖5中的化合物8。對(duì)于胺鹽還可以在胺的名稱后加與其成鹽的酸的名稱和“鹽”字，比如二乙胺鹽酸鹽。

圖5 銨鹽的命名

4 含氮飽和雜環(huán)化合物的命名

含氮飽和雜環(huán)化合物通常有兩種命名方法。常采用的是Hantzsch-Widman雜環(huán)命名系統(tǒng)進(jìn)行命名，以環(huán)中雜原子的數(shù)目和前綴名為前綴，再和表示環(huán)大小的后綴結(jié)合成化合物名。即：雜原子位次+數(shù)目+雜原子+“雜環(huán)”+原子總數(shù)+“烷”。對(duì)于含氮原子的芳雜環(huán)衍生物還可以采用特定名稱命名或譯音。例如圖6中化合物10和11。

圖6 含氮飽和雜環(huán)化合物的命名

5 羰基與氨及其衍生物反應(yīng)產(chǎn)物的命名

氨及其衍生物胺、羥胺、肼、氨基脲等分子中氮原子上的孤對(duì)電子，可以作為親核試劑與醛、酮發(fā)生加成，然后脫水而生成含有C＝N雙鍵的化合物，這類含有C＝N雙鍵的化合物命名如下。

5.1 醛和酮與氨或胺縮合產(chǎn)物——亞胺

亞胺作為醛或酮與氨或胺(伯胺)反應(yīng)的產(chǎn)物在系統(tǒng)命名中有下列三種命名方法：

(1)看做母體氫化物氮烷的衍生物，命名為：取代基+“氮烷”；

(2)將與雙鍵碳相連的烴基作為母體氫化物，“亞胺”作后綴，命名為：N-取代基+母體氫化物(與雙鍵碳相連的部分)+“亞胺”；

(3)看做胺的亞基取代物，命名為：N-取代基+某亞基+“胺”，如圖7中化合物12。

在圖7中化合物13，當(dāng)以母體氫化物氮烷命名時(shí)，把與氮相連的兩個(gè)基團(tuán)苯基和苯甲亞基看作是取代基，并按照英文字母的順序置于母體氮烷前并用括號(hào)將兩個(gè)取代基隔開(kāi)，命名為苯甲亞基(苯基)氮烷。而以亞胺為主體基團(tuán)時(shí)，應(yīng)將與氮以雙鍵相連的部分作為母體氫化物，將單鍵部分置于母體氫化物前命名為N-苯基苯甲烷亞胺；或者以胺命名，將取代基和取代亞基依次置于胺前，命名為N-苯基苯甲亞基胺。而第三種命名法保留了80版的命名原則。

當(dāng)亞胺基團(tuán)不是主體基團(tuán)時(shí)，通常把＝NH稱為“氨亞基”，如圖7中化合物14。

圖7 亞胺的命名

5.2 醛和酮與羥胺縮合產(chǎn)物——肟

醛或酮與羥胺進(jìn)行縮合反應(yīng)的產(chǎn)物為肟，通常按照官能團(tuán)類別命名的原則，在醛或酮的名稱后加“肟”來(lái)命名。例如圖8中化合物15命名為戊-3-酮肟，與舊原則的區(qū)別是羰基的位次寫(xiě)在“酮”之前；也可按照IUPAC原則將其命名為羥胺的烴亞基衍生物，“某亞基+羥胺”。如化合物15也可以命名為戊-3-亞基羥胺。當(dāng)其不是主體基團(tuán)時(shí)，按取代命名法將＝N―OH命名為“羥氨亞基”，作為取代基前綴。如圖8中化合物16命名為4-(羥氨亞基)環(huán)己-1-甲酸。

圖8 肟的命名

5.3 醛和酮與肼縮合產(chǎn)物——腙

通常把醛、酮與肼縮合得到的具有通用結(jié)構(gòu)R2C＝N―NH―R’的化合物統(tǒng)稱為腙。其有兩種命名方式，一種是在醛或酮的后面加“腙”，例如圖9中化合物17可以命名為苯甲醛-2,4-二硝基苯腙，這種命名法與舊的命名原則相同；另一種方法是把它們作為母體氫化物乙氮烷(肼)NH2NH2的衍生物來(lái)命名，化合物17也可以命名為1-苯甲亞基-2-(2,4-二硝基苯基)乙氮烷(肼)。當(dāng)它不是主體基團(tuán)時(shí)，可將它作為前綴“腙基或肼亞基”連接到母體氫化物或母體取代基前，例如圖9中化合物18。

圖9 腙的命名

5.4 醛和酮與氨基脲縮合產(chǎn)物——縮氨脲

圖10 縮氨脲的命名

6 偶氮、重氮類化合物的命名

重氮和偶氮化合物分子中都含有―N＝N―特性基團(tuán)。―N＝N―的兩端都和基團(tuán)碳原子直接相連的化合物稱為偶氮化合物，如果一端與非碳原子直接相連稱為重氮化合物。雖然在新版命名原則中其俗名仍然保留，但通常把含有H―N＝N―H結(jié)構(gòu)的化合物以取代操作法命名為母體乙氮烯(如圖11中化合物22)，其中偶氮和重氮類化合物就是乙氮烯類的衍生物。

對(duì)于R―N＝N―R’類化合物，其中R和R’可以相同也可以不同，當(dāng)R中含有主特性基團(tuán)時(shí)，那么R’N＝N―可以作為乙氮烯基取代基，以RH為母體氫化物命名(如圖11中化合物23)。

圖11 偶氮和重氮類化合物的命名

7 含有碳氮叁鍵―C≡N的化合物

氫氰酸(H―C≡N)中的氫被烴基取代后的物質(zhì)R―C≡N叫腈。新版原則中，這類化合物和原來(lái)的命名原則一樣，經(jīng)常看作是羧酸衍生物，因此其命名與羧酸和其他相關(guān)化合物命名方式類似，對(duì)于無(wú)環(huán)的腈或二腈的命名方法可以看作是酸中的―COOH被氰基(―CN)取代，命名時(shí)將相應(yīng)的羧酸的后綴替換為腈，例如圖12中化合物25可命名為丁腈。

對(duì)于采用俗名命名的羧酸被氰基取代后所得到的腈，命名時(shí)將相應(yīng)羧酸俗名中詞尾(酸)替換為腈。如果原羧酸的名稱以甲酸結(jié)尾，則相應(yīng)腈類化合物命名時(shí)用甲腈替換甲酸，比如化合物26命名為環(huán)己烷甲腈。

含有R―C≡N結(jié)構(gòu)的化合物按其特性基團(tuán)類別名還可以稱為氰化物，先給出基團(tuán)R的名稱，然后寫(xiě)氰化物，和上述命名不同的是氰化物包括―CN中的碳，如圖12中化合物26命名為環(huán)己基氰化物。當(dāng)存在更優(yōu)的主特性基團(tuán)時(shí)，可將―CN作為前綴氰基，如圖12中化合物27。

圖12 腈類化合物的命名

酰胺和氨基酸的命名是按照羧酸及其衍生物的命名原則進(jìn)行命名，含氮芳雜環(huán)化合物的命名通常采用其俗名，這里對(duì)這些物質(zhì)的命名不做討論。

8 結(jié)語(yǔ)

新命名原則中變化較大的內(nèi)容便是取代基在有機(jī)化合物系統(tǒng)命名中的排序。通過(guò)對(duì)含氮化合物新命名原則的解讀及其在新舊命名原則中的主要區(qū)別和聯(lián)系比較，有利于教師在教學(xué)中研究新原則的特點(diǎn)，總結(jié)新舊原則的異同、找出規(guī)律，進(jìn)而探究最佳的教學(xué)方法，實(shí)現(xiàn)新舊原則的自然過(guò)渡，使學(xué)生在有機(jī)化學(xué)初學(xué)階段形成新命名原則下的思維慣性。另外，該解讀有利于將新原則有機(jī)地融入到新的教材體系當(dāng)中，不僅使教師和學(xué)生，而且使廣大化學(xué)工作者能更快地掌握新的有機(jī)化合物命名原則，從而方便其學(xué)習(xí)和交流。