有機化合物系統(tǒng)命名CCS 2017規(guī)則的基礎(chǔ)教學(xué)研究

王麗娟，劉蕓，靳菊情，李洋，許昭，唐玉海，徐四龍

西安交通大學(xué)化學(xué)學(xué)院，西安 710049

有機化合物命名方法是有機化學(xué)課程教學(xué)的主要內(nèi)容之一。正確掌握各類有機化合物的系統(tǒng)名稱，不僅有助于學(xué)習(xí)者更好地掌握有機化學(xué)相關(guān)知識，還有助于學(xué)習(xí)者更方便地查閱文獻、資料，順利與國內(nèi)外同行進行學(xué)術(shù)交流。所以，正確掌握有機化合物系統(tǒng)命名方法對于化學(xué)及相關(guān)領(lǐng)域的工作者來說，是十分必要的。

有機化合物的系統(tǒng)中文名稱是依據(jù)《有機化學(xué)命名原則》對有機化合物的命名?！队袡C化學(xué)命名原則》是由中國化學(xué)會(Chinese Chemical Society，CCS)依據(jù)國際純粹與應(yīng)用化學(xué)聯(lián)合會(International Union of Pure and Applied Chemistry，IUPAC)命名原則，并結(jié)合中文特點和表達習(xí)慣而制定的。依據(jù)IUPAC原則命名的英文名稱，稱為有機化合物的IUPAC名稱。最新版的《Nomenclature of Organic Chemistry》(IUPAC Recommendations and Preferred Names)藍皮書于2013年12月出版[1]。目前，國內(nèi)大多數(shù)有機化學(xué)教材中化合物的命名均依據(jù)于中國化學(xué)會發(fā)布的《有機化學(xué)命名原則》(1980年)。但隨著化學(xué)學(xué)科的快速發(fā)展，CCS 1980版命名原則已不能很好地適應(yīng)需求。為了便于理解與交流，中國化學(xué)會參考了IUPAC歷年來推薦的命名原則文件，修訂并出版了《有機化學(xué)命名原則》(2017版) (即CCS 2017)[2]。CCS 2017版與CCS 1980版相比較，命名原則有較大幅度的修訂與增補，與IUPAC 2013命名原則更加接近。

CCS 2017版命名原則于2017年12月正式發(fā)布后，為適應(yīng)新的命名原則，國內(nèi)許多有機化學(xué)教材陸續(xù)進行了相關(guān)修訂。2019年，我校也針對新版命名原則的發(fā)布，啟動了《有機化學(xué)》教材修訂項目。2020年，教材完成修訂并正式出版。2021年春季，完成了第一輪教學(xué)實踐。在教學(xué)實踐中，課程組教師發(fā)現(xiàn)：由于現(xiàn)行高中教材有機化學(xué)內(nèi)容仍采用的是CCS 1980版命名原則，導(dǎo)致大一學(xué)生受慣性思維影響比較嚴重。另外，很多教師因長期講授并使用CCS 1980版命名原則，在講授CCS 2017版命名原則的過程中，也非常容易出現(xiàn)混淆與錯誤。為了幫助大家盡快理解、掌握CCS 2017版命名原則，我們教學(xué)團隊針對基礎(chǔ)有機化學(xué)中常涉及的各類有機化合物的CCS 2017命名變化進行了歸納與總結(jié)，希望能為同行與學(xué)習(xí)者提供幫助與參考。

1 有機化合物系統(tǒng)命名的基本方法

有機化合物系統(tǒng)命名方法主要分為三步：第一，確定母體結(jié)構(gòu)與名稱；第二，對母體結(jié)構(gòu)進行編號；第三，按照構(gòu)型-取代基的位次號-取代基的名稱-母體名稱的順序(若有異構(gòu)存在，需標(biāo)出構(gòu)型)，給出化合物的完整名稱。這三個步驟對于不同類型的有機化合物命名是通用的，但在實際命名時，往往會碰到具體問題：怎么確定母體結(jié)構(gòu)？如何對母體結(jié)構(gòu)進行編號？編號的原則是什么？當(dāng)結(jié)構(gòu)中有兩個以上不同取代基時，在給出名稱時，先寫出哪一個取代基？取代基的具體名稱又如何確定？CCS 1980版命名原則與CCS 2017版命名原則都對這些問題進行了詳細的說明，但具體原則有差異。本文以命名方法的三個步驟為線索來詳細介紹兩版命名原則的差異。

1.1 母體結(jié)構(gòu)的確定

CCS 2017版命名原則中，與基礎(chǔ)有機化學(xué)各類化合物母體結(jié)構(gòu)確定的相關(guān)內(nèi)容主要有五個變化：第一，“官能團”這一特定名稱，更多地以“特性基團(characteristic group)”名稱出現(xiàn)，但“官能團(functional group)”作為俗稱，可繼續(xù)使用；而用于區(qū)分化合物類別的特性基團稱為主體基團。第二，主體基團確定的優(yōu)先次序有所變化，將磺酸等含硫、磷的酸性基團置于羧酸基團與酸酐基團之間(具體見表1)。第三，對于無環(huán)化合物主鏈的選擇需依據(jù)原則中的13條標(biāo)準(zhǔn)依次逐條對照，直至確定為止。結(jié)合有機化學(xué)教學(xué)實際情況，將規(guī)則可簡化為：依次考慮最高位(優(yōu)先)官能團、碳鏈長度、重鍵、取代基個數(shù)、最低位次組等因素，以便于學(xué)生掌握[3]。例如：當(dāng)開鏈化合物結(jié)構(gòu)中同時存在重鍵和非重鍵的其他主體基團時，CCS 2017命名原則建議母體選擇應(yīng)優(yōu)先考慮主體基團盡可能多的最長鏈，而不是重鍵最多的鏈；當(dāng)有多條最長的鏈可選時，再依次考慮含重鍵數(shù)目多、取代基數(shù)目多的鏈[4]。這里值得注意的是：CCS 2017命名原則中的按英文字母排列在前的前綴取代基的鏈為主鏈的第13條標(biāo)準(zhǔn)是CCS 1980版命名原則中沒有出現(xiàn)的。另外，根據(jù)教學(xué)體會，在使用Chemdraw軟件對于不飽和鏈烴進行命名時，中、英文名稱不能直譯采用。因為CCS 1980版與CCS 2017版命名原則中關(guān)于不飽和鏈烴的母體選擇標(biāo)準(zhǔn)都是優(yōu)先選擇含有最多個數(shù)的重鍵且又盡可能最長的鏈為母體，而IUPAC 2013原則建議在鏈狀烴時，主鏈的選擇取決于鏈長，而不是不飽和度，即鏈長為第一優(yōu)先原則[5]。第四，CCS 2017版命名原則對環(huán)狀烴類化合物的命名不僅有修訂，還增補了“熳”與“蕃”兩種新名稱。CCS 2017命名原則中，熳環(huán)是指含最大非累積雙鍵數(shù)的不飽和環(huán)系化合物，如環(huán)庚三烯稱為環(huán)庚熳，[12]輪烯稱為環(huán)十二碳熳，1,3-噁唑稱為1,3-氧氮雜環(huán)戊熳。熳環(huán)名稱適用于環(huán)狀多烯、輪烯，以及含有重鍵的雜環(huán)化合物。因熳環(huán)命名簡捷，CCS 2017命名原則建議含有重鍵的雜環(huán)化合物名稱優(yōu)先選用熳環(huán)作為后綴[6]。但是，在這需說明的是，噻唑、噁唑等雜環(huán)化合物的音譯名稱仍可繼續(xù)使用。蕃是指多個環(huán)或環(huán)系通過原子鏈連接成鏈或環(huán)的化合物，其中成環(huán)者即為環(huán)蕃。因蕃類化合物在基礎(chǔ)有機化學(xué)中涉及較少，故不做進一步討論。此外，當(dāng)化合物結(jié)構(gòu)中既有環(huán)又有鏈時，CCS 2017命名原則建議母體選擇以帶有主特性基團的環(huán)或鏈作為母體氫化物為第一優(yōu)先原則，且不論環(huán)的大小和鏈的長短[7]；而IUPAC 2013命名原則建議：命名分子中既有環(huán)又有鏈的化合物時，不考慮所含原子數(shù)多少，環(huán)總是優(yōu)先于鏈。CCS 2017版命名原則建議暫不采用該建議[5]。第五，偶氮類化合物結(jié)構(gòu)上可視為乙氮烯類相關(guān)的衍生物，母體結(jié)構(gòu)HN＝NH命名為乙氮烯。

表1 特性基團類型的優(yōu)先次序[5]

1.2 母體結(jié)構(gòu)編號順序的確定

要準(zhǔn)確給出有機化合物的名稱，還需給母體碳原子進行編號，以標(biāo)出取代基和主體基團的位次號。編號時，新舊兩版命名原則都是優(yōu)先考慮主體基團，使其位次號要盡可能小。2017版命名原則中，將原有的“最低系列”改為“最低(小)位次組”原則，是指在母體編號時，將按照“額外氫、后綴的主體基團、雜原子、不飽和鍵、取代基”的順序依次考慮使其有盡量小的位次[2]。

1.2.1 數(shù)字位次組

數(shù)字位次組是按數(shù)字由小及大進行排列，不同組相比較時，由首位開始，順序依次比較至分出大小，小者位次組在前，為低(小)位次組[5]。具體編號方法，可參考本文第2節(jié)中的各類化合物命名舉例中的解釋說明。

1.2.2 常見取代基的名稱與結(jié)構(gòu)

取代母體結(jié)構(gòu)或特性基團中氫原子的原子或基團，被稱為“基”或“亞基”?！盎钡亩x沒有發(fā)生變化；而“亞基”名稱在兩版命名中，有差異。

CCS 1980版的命名規(guī)則中，通過兩單鍵或一雙鍵與分子其余部分相連的結(jié)構(gòu)單元，被稱為“亞基”。而在CCS 2017版中，“亞基”雖作為通稱被保留下來，但又被細化為“叉基”和“亞基”兩種后綴。當(dāng)取代基以兩個單鍵連接分子骨架的同一個原子時，被稱為“亞基”；而取代基以兩個單鍵分別連接分子骨架的兩個原子時，則被稱為“叉基”[5]。

書寫有機化合物名稱時，需先列出取代基的位次號及相應(yīng)名稱。CCS 2017版命名原則建議，取代基列出的先后順序依據(jù)取代基的英文名稱的首字母順序。另外，對母體進行編號時，可能會出現(xiàn)兩種不同取代基的位次號相同，原則建議具體編號順序由取代基的英文名稱首字母順序來確定。所以，識別常見取代基的結(jié)構(gòu)，掌握其相應(yīng)的中英文名稱是正確寫出有機化合物CCS 2017系統(tǒng)名稱的基礎(chǔ)。為方便大家參考，表2列出了常見烴基取代基的結(jié)構(gòu)式與中英文名稱；表3列出了常見其他取代基的結(jié)構(gòu)式與中英文名稱。

表2 常見烴基取代基的結(jié)構(gòu)式與中英文名稱

表3 常見其他取代基的結(jié)構(gòu)式與中英文名稱

(續(xù)表2)

(續(xù)表3)

注意：表2中的烯丙基英文名稱是prop-2-enyl，但在實際命名時，常用其英文俗名allyl。在采用CCS 2017命名原則時，烯丙基因其英文首字母為a而往往先列出。除此之外，甲亞基、乙烯基、苯甲基、甲酰基、乙?；人〈泊嬖谶@種情況。所以，這些取代基的英文俗名也需掌握。此外，當(dāng)化合物結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)兩個或兩個以上相同取代基時，相應(yīng)英文名稱中出現(xiàn)描述取代基個數(shù)的詞頭“di、tri、tetra”等，不參與取代基的字母排序。不參與字母排序的詞頭還有“sec、tert”，但是“iso”和“neo”詞頭參與字母排序。

需要說明的是，若化合物結(jié)構(gòu)中的支鏈較復(fù)雜，CCS 2017版命名原則建議，復(fù)雜取代基的名稱放在括號內(nèi)，而且其可能出現(xiàn)的描述個數(shù)的詞頭需要參與字母排序。而CCS 1980版命名原則規(guī)定復(fù)雜取代基全名可放在括號中，也可將取代基名稱中的編號數(shù)字加撇而不用括號。CCS 2017版命名原則不建議繼續(xù)采用后一種加撇格式。

1.2.3 立體異構(gòu)的表示方法

有機化合物結(jié)構(gòu)中通常存在立體異構(gòu)的現(xiàn)象。所以，要準(zhǔn)確給出有機化合物的完整名稱，還需標(biāo)出化合物可能存在的順反異構(gòu)或手性異構(gòu)類型。CCS 2017版與CCS 1980版的命名原則相比，順反異構(gòu)標(biāo)記的主要變化為：

1) 當(dāng)結(jié)構(gòu)中存在順反異構(gòu)時，可用“Z/E”，也可用“cis/trans”標(biāo)記，但不再用漢字“順/反”標(biāo)記。

2) 若烯烴為三或四取代雙鍵化合物時，應(yīng)選用“Z/E”標(biāo)記，若繼續(xù)使用“cis/trans”標(biāo)記可能會造成混亂。

3) 若環(huán)上有多個取代基，且存在順反異構(gòu)現(xiàn)象時，需以順序規(guī)則(Cahn-Ingold-Prelog規(guī)則，CIP優(yōu)先系統(tǒng))中位次較低的基團(在該基團前，加r前綴標(biāo)記，reference substituent)為參照，再用“c(cis)”或“t(trans)”標(biāo)出其他基團的相對位置。IUPAC 2013建議采用在取代基位次后加“r”“c”或“t”來標(biāo)識它們的相對構(gòu)型。

手性異構(gòu)的標(biāo)記方法仍然采用“D/L”和“R/S”兩種方法。CCS 2017版與CCS 1980版的命名原則中對于“D/L”和“R/S”具體標(biāo)記規(guī)則與方法沒有變化。

1.3 化合物名稱的書寫

CCS 1980版和CCS 2017版有機化合物命名原則對化合物系統(tǒng)名稱的書寫格式要求有明顯差異。為幫助大家更清晰地了解，現(xiàn)將有機化合物CCS 1980版和CCS 2017版的命名格式列出，以方便參考。

CCS 1980版有機化合物系統(tǒng)名稱一般書寫格式：

構(gòu)型類型(若有異構(gòu))-取代基位次號-取代基名稱(多個取代基按次序規(guī)則列出，較優(yōu)基團后出現(xiàn))-主官能團位次號-母體名稱。

CCS 2017版有機化合物系統(tǒng)名稱一般書寫格式：

構(gòu)型類型(若有異構(gòu))-取代基位次號-取代基名稱(多個取代基按英文名稱首字母的先后順序列出)-母體碳原子數(shù)目(天干或中文數(shù)字)-主體基團位次號-主體基團名稱。

相比CCS 1980版命名原則對書寫格式的要求，CCS 2017版命名原則與之最大的區(qū)別是：化合物中的原子和基團的位次數(shù)字一律放在它們各自名稱之前。另外，CCS 2017版命名原則對書寫化合物名稱時的標(biāo)點符號與字母格式都給出了詳細的規(guī)定。建議括號、逗號、原點等標(biāo)點符號采用中文半字符(英文標(biāo)點符號)。標(biāo)記相對構(gòu)型的字母D/L以及標(biāo)記取代基與主體基團相對位置的字母α、β、γ等字母采用正體格式，而其他常見字母通常采用斜體格式，如：n-(正)，iso-(異)，sec-(仲)，tert- (叔)，O- (基團連接在氧原子上)，N- (基團連接在氮原子上)，P- (基團連接在磷原子上)，S- (基團連接在硫原子上)，H- (該位置上為氫或加氫)，Z (順式構(gòu)型)，E (反式構(gòu)型)，cis (順式構(gòu)型)，trans (反式構(gòu)型)，R (一種絕對手性構(gòu)型)，S (另一種絕對手性構(gòu)型)，o- (苯環(huán)上的二元取代基呈鄰位，ortho)，m- (苯環(huán)上的二元取代基呈間位，meta)，p- (苯環(huán)上的二元取代基呈對位，para)等[5]。

2 化合物命名舉例

為幫助大家進一步理解CCS 1980版與CCS 2017版有機化合物命名原則的差異，本文通過舉例來說明，具體如下：

3 結(jié)語

本文對修訂后的涉及基礎(chǔ)有機化學(xué)的各類有機化合物的系統(tǒng)命名原則進行了歸納和總結(jié)，并結(jié)合實例進行了新舊命名原則的對比。通過以上不同類型化合物命名的舉例，可以看到化合物新舊兩版命名原則的差異。本文雖然列舉了基礎(chǔ)有機化學(xué)教材中常見的各類化合物命名，但不完全，如復(fù)雜并環(huán)類化合物等的命名變化未列出。要想全面理解、掌握CCS 2017新版命名規(guī)則，還需學(xué)習(xí)者不斷總結(jié)，多加練習(xí)，以熟練掌握CCS 2017新版命名原則，適應(yīng)學(xué)科發(fā)展的要求。