大学化学, 2022, 37(3): 2106027-0 doi: 10.3866/PKU.DXHX202106027

师生笔谈

新的命名原则中含氮化合物的命名解读

田霞, 韩建荣,, 甄小丽, 苏伟

Interpretation of Nitrogenous Compounds Nomenclature under the New Nomenclature Rules

Tian Xia, Han Jianrong,, Zhen Xiaoli, Su Wei

通讯作者: 韩建荣, Email: han_jianrong@126.com

收稿日期: 2021-06-10   接受日期: 2021-08-5  

基金资助: 河北省高等教育教学改革研究与实践项目.  2020GJJG557

Received: 2021-06-10   Accepted: 2021-08-5  

Abstract

The nomenclature of organic compounds is an important component in the teaching of organic chemistry, in which nitrogenous compounds occupy a considerable proportion. In this paper, the nomenclature of nitrogenous compounds based on "Nomenclature of Organic Compounds-2017" is explained to assist teachers and students master the new version of organic compounds nomenclature in the teaching and learning of organic chemistry, and realize the rapid transition of the nomenclature rules.

Keywords: Nitrogenous compounds ; Nomenclature of organic compounds ; Characteristic group

PDF (529KB) 元数据 多维度评价 相关文章 导出 EndNote| Ris| Bibtex  收藏本文

本文引用格式

田霞, 韩建荣, 甄小丽, 苏伟. 新的命名原则中含氮化合物的命名解读. 大学化学[J], 2022, 37(3): 2106027-0 doi:10.3866/PKU.DXHX202106027

Tian Xia. Interpretation of Nitrogenous Compounds Nomenclature under the New Nomenclature Rules. University Chemistry[J], 2022, 37(3): 2106027-0 doi:10.3866/PKU.DXHX202106027

有机化合物种类繁多,数目庞大,且随着人类对自然的探索还在不断地涌现出大量新的有机化合物。因此对数以千万计的有机化合物进行系统、规范的命名,用于区分各个化合物是非常必要的。2017年中国化学会有机化合物命名审定委员会参考了IUPAC 1993年建议的命名指南,对1980年制定的《有机化学命名原则》进行了修订与增补,编著出版了《有机化合物命名原则2017》(CCS2017) [1, 2]。就目前来说,长期以来有机化合物命名的课堂教学、教材编写、论文撰写等都是按照原来的命名规则进行命名,并已经形成了一套比较系统的教学体系[35]。要彻底实施新原则下的有机化合物的精确的命名,作为一线教师首先要在课堂教学中进行教学实践,逐渐实现新旧命名原则的过渡是非常必要的。关于新原则已经有一些教材采用[68],并有许多教师相继给出了一些阐释[914]。本文基于基础有机化学中含有氮原子的化合物命名在新旧原则中的异同进行对比,将新的命名原则应用于教学中,以便于初学者掌握。

有机化合物系统命名通常可以采用取代命名法、官能团类别命名法、置换命名法和多重命名法等。2017新原则中的系统命名是根据化合物的结构确定命名的操作方法,其中主要采用取代命名法,其命名结构如图 1所示。

图1

图1   有机化合物系统命名组成的结构


在新的命名规则中首先要从多个特性基团(官能团)中按照特性基团的次序规则,选择次序靠前者为主体基团,并将该基团作为后缀基团。然后确定词根母体氢化物,对母体氢化物和主体基团进行命名,确定取代基,编号,按照图 1书写系统名称。

特性基团作为主体基团(类型化合物)的名称及优先次序为:

有机含氮化合物在基础有机化学中占有重要地位,本文归纳总结了CCS2017新原则中关于含氮化合物所做的重要修订,并结合有机化合物系统命名法的教学实际,对如何实施CCS2017新规进行教学提供建议,以供讨论。

1 有机硝基化合物的命名

在系统命名中,特性基团中硝基排在最后,通常只能作为取代基(同旧原则)而不作为主体基团。因此对于含有一个或多个硝基的化合物在命名时,可采用前缀中加“硝基”来命名。如图 2化合物1中,特性基团羧基是主体基团,苯是母体氢化物(同旧原则),与旧原则不同的是在对母体氢化物进行编号时,新的命名规则按照取代基的“最低位次组”原则,若取代基位次组相同,则按取代基的英文名称的第一个字母的先后顺序,排在前面的基团的次序尽可能小,因此其名称为3-硝基-5-丙基苯甲酸;如图 2化合物2中,特性基团羟基是主体基团,环己烯是母体氢化物,与旧原则不同的是新的命名规则将母体氢化物中双键的位次置于母体氢化物之后,因此其名称为4-硝基环己-2-烯-1醇。在新的命名规则中,一个最大的修订是取代基按英文首字母顺序排列,并且主特性基团以及母体氢化物的位次列出顺序。

图2

图2   硝基化合物的命名


2 胺类化合物的命名

从特性基团作为主体基团的名称及优先次序可以看出,氨基排在较为靠后的位置,因此当化合物中没有排列在氨基前的特性基团时,即氨基在分子中为主特性基团(主体基团)时,胺NR1R2R3(伯、仲、叔胺)的命名可以有三种方法:

(1) 以氮烷(NH3)作为母体氢化物,胺看作是NH3中的氢被烃基取代的产物。在命名时把取代基加到母体氢化物氮烷前边,即:

取代基数目+取代基名称(按照英文首字母的顺序排列,并用括号隔开)+氮烷;

(2) 把氨基作为主体基团,其他基团作为取代基,按照英文首字母的顺序依次放在“胺”前,即:

取代基数目+取代基名称(按照英文首字母的顺序排列,并用括号隔开)+胺。

这两种方法适用于各种胺(伯、仲、叔胺);

(3) 对于伯胺还有另一种命名方法,即胺作为主体基团(后缀),然后确定母体氢化物并置于主体前,即:

取代基位次+取代基名称+母体氢化物+氨基的位次+胺(伯胺)。

在IUPAC2013建议优先使用该方法,而仲胺和叔胺则可以作为伯胺和仲胺的N-取代物。

在旧的命名规则中,当与—NH2连接的基团较复杂时,往往把氨基作为取代基来命名。如图 3中的化合物3,按旧的命名规则是以氨基为取代基,而以含有双键的最长的碳链为母体命名的,因此该化合物命名为2-乙基-5-氨基-1-庚烯。而新的命名规则中,双键或三键不再作为主体基团,因此在选择主链时应选择最长的碳链为主链,把双键或叁键作为取代基“甲亚基”或“甲次基”,按照上述三种方法,化合物3可以命名为“氮烷或胺”(图 3,化合物3可命名为1)、2)、3))。对于叔胺化合物4新旧方法不同的是取代基的次序,在新的命名规则中取代基按照英文首字母顺序排列,且取代基间用括号隔开。

图3

图3   胺的命名


含有两个或以上的多胺结构单元的化合物,按照上述(2)或(3)命名方式进行命名,并用N, N’或在N原子上以上标的方式通过标明母体氢化物的位次作为前缀,标明不同氮上的取代基。如图 4中化合物5,可以按照上述(2)和(3)方法命名为二胺。

图4

图4   多胺及其他含氨基化合物的命名


当胺不是主体基团,不能用后缀表示时,可用前缀“烃基氨基或氨叉基”命名。如图 4化合物6,两个苯环上的氰基排在氨基的前边,因此应该选择氰基为主体基团命名为腈,而把中间的—NH—看作取代基“氨叉基”或“烃基氨基”来命名。

3 胺盐和季铵盐的命名

胺盐是伯、仲、叔胺与酸反应的产物R4N+X (R至少有一个为氢),而季铵盐则是由叔胺和烷基化试剂反应生成的R4N+X (R均为烃基)。在命名时可以选其中一个R—基为胺的母体氢化物,其余为氢或其他取代基,将取代基按英文首字母顺序依次列出写在“铵”之前。当负离子为卤素负离子和氢氧根离子时,将负离子加“化”置于阳离子的前边,即:负离子+化+取代基数目+取代基名称+铵。如图 5中的化合物7;当负离子为硝酸根、硫酸根等时,则直接加在阳离子前边,如图 5中的化合物8。对于胺盐还可以在胺的名称后加与其成盐的酸的名称和“盐”字,比如二乙胺盐酸盐。

图5

图5   铵盐的命名


4 含氮饱和杂环化合物的命名

含氮饱和杂环化合物通常有两种命名方法。常采用的是Hantzsch-Widman杂环命名系统进行命名,以环中杂原子的数目和前缀名为前缀,再和表示环大小的后缀结合成化合物名。即:杂原子位次+数目+杂原子+“杂环”+原子总数+“烷”。对于含氮原子的芳杂环衍生物还可以采用特定名称命名或译音。例如图 6中化合物1011

图6

图6   含氮饱和杂环化合物的命名


5 羰基与氨及其衍生物反应产物的命名

氨及其衍生物胺、羟胺、肼、氨基脲等分子中氮原子上的孤对电子,可以作为亲核试剂与醛、酮发生加成,然后脱水而生成含有C=N双键的化合物,这类含有C=N双键的化合物命名如下。

5.1 醛和酮与氨或胺缩合产物——亚胺

亚胺作为醛或酮与氨或胺(伯胺)反应的产物在系统命名中有下列三种命名方法:

(1) 看做母体氢化物氮烷的衍生物,命名为:取代基+“氮烷”;

(2) 将与双键碳相连的烃基作为母体氢化物,“亚胺”作后缀,命名为:N-取代基+母体氢化物(与双键碳相连的部分)+“亚胺”;

(3) 看做胺的亚基取代物,命名为:N-取代基+某亚基+“胺”,如图 7中化合物12

图7

图7   亚胺的命名


图 7中化合物13,当以母体氢化物氮烷命名时,把与氮相连的两个基团苯基和苯甲亚基看作是取代基,并按照英文字母的顺序置于母体氮烷前并用括号将两个取代基隔开,命名为苯甲亚基(苯基)氮烷。而以亚胺为主体基团时,应将与氮以双键相连的部分作为母体氢化物,将单键部分置于母体氢化物前命名为N-苯基苯甲烷亚胺;或者以胺命名,将取代基和取代亚基依次置于胺前,命名为N-苯基苯甲亚基胺。而第三种命名法保留了80版的命名原则。

当亚胺基团不是主体基团时,通常把=NH称为“氨亚基”,如图 7中化合物14

5.2 醛和酮与羟胺缩合产物——肟

醛或酮与羟胺进行缩合反应的产物为肟,通常按照官能团类别命名的原则,在醛或酮的名称后加“肟”来命名。例如图 8中化合物15命名为戊-3-酮肟,与旧原则的区别是羰基的位次写在“酮”之前;也可按照IUPAC原则将其命名为羟胺的烃亚基衍生物,“某亚基+羟胺”。如化合物15也可以命名为戊-3-亚基羟胺。当其不是主体基团时,按取代命名法将=N—OH命名为“羟氨亚基”,作为取代基前缀。如图 8中化合物16命名为4-(羟氨亚基)环己-1-甲酸。

图8

图8   肟的命名


5.3 醛和酮与肼缩合产物——腙

通常把醛、酮与肼缩合得到的具有通用结构R2C=N—NH—R’的化合物统称为腙。其有两种命名方式,一种是在醛或酮的后面加“腙”,例如图 9中化合物17可以命名为苯甲醛-2, 4-二硝基苯腙,这种命名法与旧的命名原则相同;另一种方法是把它们作为母体氢化物乙氮烷(肼)NH2NH2的衍生物来命名,化合物17也可以命名为1-苯甲亚基-2-(2, 4-二硝基苯基)乙氮烷(肼)。当它不是主体基团时,可将它作为前缀“腙基或肼亚基”连接到母体氢化物或母体取代基前,例如图 9中化合物18

图9

图9   腙的命名


5.4 醛和酮与氨基脲缩合产物——缩氨脲

醛酮与氨基脲反应的产物缩氨脲(R2C=NNHCONH2)通常以氨基脲作为主体基团,命名为“某亚基氨基脲”;也可以在醛酮名称后加“缩氨基脲”进行命名,比如图 10中化合物1920。而生成的缩氨脲作为取代基时通常作为前缀“脲氨亚基”与母体相连接,比如图 10中化合物21

图10

图10   缩氨脲的命名


6 偶氮、重氮类化合物的命名

重氮和偶氮化合物分子中都含有—N=N—特性基团。—N=N—的两端都和基团碳原子直接相连的化合物称为偶氮化合物,如果一端与非碳原子直接相连称为重氮化合物。虽然在新版命名原则中其俗名仍然保留,但通常把含有H—N=N—H结构的化合物以取代操作法命名为母体乙氮烯(如图 11中化合物22),其中偶氮和重氮类化合物就是乙氮烯类的衍生物。

图11

图11   偶氮和重氮类化合物的命名


对于R—N=N—R’类化合物,其中R和R’可以相同也可以不同,当R中含有主特性基团时,那么R’N=N—可以作为乙氮烯基取代基,以RH为母体氢化物命名(如图 11中化合物23)。

在通式—N=N—中,当一端与非碳原子相连,且为阴离子时,即R—N2+X,这类化合物的命名仍然保留了原来的命名方法,通常以母体氢化物RH加后缀“重氮盐”,而负离子X以前缀形成,如图 11中化合物24

7 含有碳氮叁键—C≡N的化合物

氢氰酸(H—C≡N)中的氢被烃基取代后的物质R—C≡N叫腈。新版原则中,这类化合物和原来的命名原则一样,经常看作是羧酸衍生物,因此其命名与羧酸和其他相关化合物命名方式类似,对于无环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,命名时将相应的羧酸的后缀替换为腈,例如图 12中化合物25可命名为丁腈。

图12

图12   腈类化合物的命名


对于采用俗名命名的羧酸被氰基取代后所得到的腈,命名时将相应羧酸俗名中词尾(酸)替换为腈。如果原羧酸的名称以甲酸结尾,则相应腈类化合物命名时用甲腈替换甲酸,比如化合物26命名为环己烷甲腈。

含有R—C≡N结构的化合物按其特性基团类别名还可以称为氰化物,先给出基团R的名称,然后写氰化物,和上述命名不同的是氰化物包括—CN中的碳,如图 12中化合物26命名为环己基氰化物。当存在更优的主特性基团时,可将—CN作为前缀氰基,如图 12中化合物27

酰胺和氨基酸的命名是按照羧酸及其衍生物的命名原则进行命名,含氮芳杂环化合物的命名通常采用其俗名,这里对这些物质的命名不做讨论。

8 结语

新命名原则中变化较大的内容便是取代基在有机化合物系统命名中的排序。通过对含氮化合物新命名原则的解读及其在新旧命名原则中的主要区别和联系比较,有利于教师在教学中研究新原则的特点,总结新旧原则的异同、找出规律,进而探究最佳的教学方法,实现新旧原则的自然过渡,使学生在有机化学初学阶段形成新命名原则下的思维惯性。另外,该解读有利于将新原则有机地融入到新的教材体系当中,不仅使教师和学生,而且使广大化学工作者能更快地掌握新的有机化合物命名原则,从而方便其学习和交流。

参考文献

中国化学会. 有机化学命名原则, 北京: 科学出版社, 1983.

[本文引用: 1]

中国化学会有机化合物命名审定委员会. 有机化合物命名原则2017, 北京: 科学出版社, 2018.

[本文引用: 1]

邢其毅; 裴伟伟; 徐瑞秋; 裴坚. 基础有机化学, 第4版 北京: 北京大学出版社, 2016.

[本文引用: 1]

王积涛; 王永梅; 张宝申; 胡青眉; 庞美丽. 有机化学, 第3版 天津: 南开大学出版社, 2009.

高鸿宾. 有机化学, 第4版 北京: 高等教育出版社, 2005.

[本文引用: 1]

李小瑞; 姚团利; 赵艳娜; 张金. 有机化学, 第2版 北京: 化学工业出版社, 2018.

[本文引用: 1]

华东理工大学有机化学教研组. 有机化学, 第3版 北京: 高等教育出版社, 2019.

赵温涛; 郑艳; 王光伟; 马宁; 黄根平. 有机化学, 第6版 北京: 高等教育出版社, 2019.

[本文引用: 1]

马宁; 王光伟; 张文勤. 大学化学, 2019, 34 (9), 116.

URL     [本文引用: 1]

沈越; 李小瑞. 大学化学, 2020, 35 (7), 130.

URL    

王朝霞; 罗千福; 窦清玉; 胡习乐. 化学教育, 2018, 39 (22), 16.

URL    

赵淑杰; 李明堂; 朱鹤; 洪波; 刘文丛. 大学化学, 2019, 34 (6), 66.

URL    

罗千福; 王朝霞. 化学教育, 2019, 40 (10), 19.

房方; 刘健; 李贺敏; 于海涛; 李念光. 药学教育, 2020, 36 (5), 57.

[本文引用: 1]

/