Nomenklaturen för heterocykliska föreningar är en uppsättning namnsystem för heterocykliska föreningar . För närvarande har IUPAC antagit flera nomenklatursystem för dessa ämnen : den triviala nomenklaturen av heterocykler , Hantzsch-Widmann nomenklaturen och den substitutiva nomenklaturen .
IUPAC rekommenderar användningen av Hantzsch-Widmann nomenklaturen och tillåter användning av vissa triviala namn. Trots det faktum att traditionellt triviala namn är mycket populära, är deras användning mycket begränsad, inklusive när man konstruerar mer komplexa namn på derivatföreningar.
De triviala namnen på heterocykliska föreningar är som regel baserade på omständigheterna för upptäckten av dessa ämnen (källa, karakteristiska egenskaper etc.). Till exempel har metylpyridiner det triviala namnet " picoliner " (från latin picatus , tjärad) eftersom de isolerades från stenkolstjära . Namnet " furfural " kommer från lat. furfur - kli, vilket också indikerar källan till denna förening. Pyrrole fick sitt namn som ett kännetecken för den röda färg som en tallflis får när den sänks ned i saltsyra ( annan grekisk pyreld ) [1] .
Dessa namn innehåller inte information om strukturen hos heterocykler, och de överges gradvis [1] . Ändå känner IUPAC igen 47 triviala namn [K 1] som kan användas för att namnge mer komplexa sammansmälta heterocykler , och ytterligare 14 triviala namn som inte används för detta ändamål [2] .
Ett specialfall är nomenklaturen för några viktiga klasser av naturliga heterocykliska föreningar ( kolhydrater och deras derivat, tetrapyrroler och korrinoider ), baserad på trivialnamn och kodifierade av en gemensam kommission av IUPAC och International Union of Biochemistry and Molecular Biology (IUBMB) [ 3] .
År 1887 och 1888 föreslog Gantsch [4] och Widman [5] oberoende regler för namngivning av kväveinnehållande fem- och sexledade monocykliska heterocykler. Trots skillnaden i detaljer (heteroatomernas prioritetsordning och indikering av positioner i cykeln) baserades båda nomenklaturerna på samma princip: en kombination av prefix som indikerar en heteroatom, med en stam [K 2] som anger ringstorleken. Dessa principer, kompletterade med en indikation på graden av omättnad av cykler, utgjorde grunden för den moderna versionen av Hantzsch-Widmann nomenklaturen, antagen av IUPAC 1940 och sedan dess har den genomgått flera revisioner.
För närvarande har prefix utvecklats för att beteckna olika heteroatomer, inklusive metaller . De bildas av namnen på element som slutar på -a (av denna anledning kallas de ibland a -prefix). Till exempel betecknas kväve , syre och svavel med prefixen aza- , oxa- respektive tia- . Om det finns två identiska heteroatomer i cykeln, så återspeglas detta i namnet med prefixen di -, three -, tetra -, etc. [6]
| heteroatom | Valens | Trösta | heteroatom | Valens | Trösta |
|---|---|---|---|---|---|
| Fluor (F) | ett | fluor- | Arsenik (As) | 3 | arsa- |
| Klor (Cl) | ett | klor- | Antimon (Sb) | 3 | stiba- |
| Brom (Br) | ett | brom- | Vismut (Bi) | 3 | visma- |
| Jod (I) | ett | jod- | Kisel (Si) | fyra | styrka- |
| Syre (O) | 2 | oksa- | Germanium (Ge) | fyra | germa- |
| Svavel (S) | 2 | thia- | Tenn (Sn) | fyra | stanna- |
| Selen (Se) | 2 | Selena- | Bly (Pb) | fyra | plumba- |
| Tellur (Te) | 2 | tellur- | Bor (B) | 3 | bor- |
| Kväve (N) | 3 | aza- | Kvicksilver (Hg) | 2 | mercura- |
| Fosfor (P) | 3 | fosfa- |
Grunden för namnet tilldelas heterocykeln beroende på ringens storlek, såväl som på heteroatomerna som finns i den: en separat uppsättning baser används ofta för kväveinnehållande heterocykler. För mättade och maximalt omättade heterocykler används också olika uppsättningar av baser. Särskilda baser används också ibland för att indikera partiell omättnad av en heterocykel. Till exempel ger kvävefria mättade heterocykler baser [6] :
Ett exempel på användningen av olika baser i konstruktionen av namnen på heterocykliska föreningar kan vara mättade syreinnehållande heterocykler.
oxolan (vanligare: tetrahydrofuran )
oxan (vanligare: tetrahydropyran )
Substitutiv nomenklatur ( a -nomenklatur [8] ) betraktar en heterocyklisk förening som motsvarande karbocykliska förening där en eller flera kolatomer är ersatta av heteroatomer. Med detta övervägande får heterocykeln namnet på denna karbocykel med prefix som namnger heteroatomer och lokanter (nummer) som anger deras position. Till exempel kallas pyridin i denna nomenklatur azabensen. Det finns många prefix för att beteckna heteroatomer [9] , några av dem används också i Hantzsch-Widman-nomenklaturen . Till skillnad från Hanch-Widman-nomenklaturen anges lokanter enligt substitutionsnomenklaturen före varje prefix separat, och inte alla tillsammans i början av namnet [10] .
Substitutiv nomenklatur är mer praktiskt för föreningar som innehåller olika typer av heterocykler, och speciellt för komplexa system [11] . Dessutom representerar det ett mer systematiskt tillvägagångssätt för namngivning, eftersom endast minimal omarbetning av redan befintliga nomenklaturregler som tillämpas på kolcyklar är nödvändig [12] .
Denna typ av nomenklatur används också för att namnge heterocykler med positivt laddade heteroatomer. Skillnaden är att prefix som oxa -, aza -, thia - ersätts med oxonia -, azonia -, thionia - etc. I namnet följer dessa prefix direkt efter prefixen som betecknar oladdade heteroatomer ( oxonia - efter oxa -, thionia - efter thia - etc.) [13] .
Många heterocykliska föreningar innehåller två eller flera sammansmälta cykliska fragment, så det är ofta nödvändigt att tilldela ett namn till heterocykler för vilka ett trivialt namn inte accepteras . För dessa ändamål har en nomenklatur av sammansmälta heterocykler utvecklats, som ingår i den allmänna nomenklaturen för sammansmälta ringsystem [14] . Enligt rekommendationerna i denna nomenklatur är det sammansmälta heterocykliska systemet uppdelat i två eller flera ingående heterocykler och karbocykler, var och en av delarna får ett separat namn, varefter dessa namn kombineras till namnet på den sammansmälta heterocykeln, vilket indikerar platserna där ringarna är ledade, vilket indikerar, om några, överbryggande atomer och grupper.
Val av huvudcykelnOm den sammansmälta heterocykliska föreningen inte kan kallas trivialnamnet som antagits av IUPAC (till exempel indol ), måste den brytas ner i mindre komponenter och varje komponent bör namnges separat. I det här fallet är det nödvändigt att bestämma vilken av dem som är huvudet och vilken som är sidan: huvudkomponenten anges som roten till namnet och sidokomponenten anges som prefix. För att bestämma huvudcykeln används en uppsättning regler, som sekventiellt, den ena efter den andra, tillämpas på anslutningen, tills någon gör det möjligt att skilja mellan huvud- och sidocyklerna [15] .
| siffra | regel | Illustration [K 3] |
|---|---|---|
| ett | Om det bara finns en ring i föreningen som innehåller en kväveatom , är denna cykel den huvudsakliga. | |
| 2 | Om det inte finns någon kväveatom i båda cyklerna, är huvudcykeln den vars heteroatom är äldre (enligt prefixtabellen från Hantzsch-Widman-nomenklaturen). | |
| 3 | Om molekylen består av mer än två cykler, anses den komponent som innehåller det större antalet cykler vara den huvudsakliga . | |
| fyra | Om två cykler har olika storlekar, anses den större cykeln vara den huvudsakliga . | |
| 5 | Om cyklerna har ett annat antal heteroatomer , anses cykeln för vilken detta antal är större som den huvudsakliga. | |
| 6 | Om cyklerna innehåller samma antal heteroatomer, anses cykeln med en större variation av dem vara den huvudsakliga . | |
| 7 | Om cyklerna har olika heteroatomer, är cykeln med ett högre atomnummer av heteroatomer den huvudsakliga. | |
| åtta | Den cykel där heteroatomerna har de minsta lokaliseringarna (innan de kombineras) anses vara huvudcykeln. |
Namnet på cykeln som väljs som den huvudsakliga blir roten till det nya namnet, och namnet på sidocykeln blir prefixet. Prefixet bildas genom att lägga till vokalen -o till namnet på sidoheterocykeln, till exempel blir pyrazin pyrazino- . Det finns undantag där prefixet bildas med en förkortning av namnet [17] :
Mellan prefixet och roten skrivs sidorna som förbinder två cykler. För detta betecknas sidorna av den huvudsakliga heterocykeln med latinska bokstäver a , b , c , d , etc. (med början från sidan, vanligtvis numrerad som 1,2-), och sidorna av den andra komponenten är numrerade i vanligt sätt - genom lokaliseringen av de bildande atomerna (till exempel 1, 2-, 2,3-, etc.). De sammankopplade sidorna skrivs inom hakparenteser genom ett bindestreck, och numreringen av sidan av sidoheterocykeln skrivs exakt i den ordning som dess atomer förekommer i huvudheterocykeln. Så i det givna exemplet indikeras numreringen genom att skriva 3,2-, och inte 2,3-, eftersom när man rör sig genom atomerna i huvudheterocykeln (furan) från den första till den femte, den tredje atomen i tiofenringen påträffas först, och först därefter den andra [18] .
Namnen på peri -fuserade heterocykliska system bildas på ett liknande sätt (till skillnad från orto -fuserade heterocykler har cykler i en peri -fuserad heterocyklisk förening mer än en gemensam sida). I det här fallet är det nödvändigt att räkna upp alla atomer och sidor av leden i den ordning som de uppstår när de passerar huvudcykeln [19] .
Fuserad heterocykelnumreringEfter sammanställning av namnet omnumreras den sammansmälta heterocykeln som en hel förening. Vanligtvis börjar numreringen från atomen som gränsar till kretsloppets kopplingspunkt, men på ett sådant sätt att heteroatomen får det lägsta talet. I osäkra fall bör det lägsta talet tilldelas den äldre heteroatomen, det vill säga en som är högre i tabellen över prefix enligt Hantzsch-Widman-nomenklaturen . Kolatomer som tillhör två cykler tilldelas nummer med index a [20] .
Heterocykliska spiroföreningar , som består av två monocykliska delar, namnges genom att till namnen på motsvarande karbocykliska spiroföreningar adderas a -prefix som används i substitutiv nomenklatur. I det här fallet sammanställs namnen på karbocykliska spiroföreningar enligt de vanliga reglerna: ämnet namnges enligt antalet kolatomer i båda cyklerna med tillägg av prefixet spiro - och antalet kolatomer i varje cykel ( utan att räkna spiroatomen) inom hakparenteser, till exempel spiro[4,5] dean. Numreringen av heterocykeln utförs som vanligt när det gäller spiroföreningar, men på ett sådant sätt att heteroatomen får lägsta möjliga antal. Följaktligen kommer den heterocykliska analogen i detta fall att kallas 1-oxaspiro[4,5]dekan [21] .
Om en heterocyklisk spiroförening består av mer komplexa spirofogade komponenter, är namnen på dessa komponenter alfabetiskt placerade inom hakparenteser, och prefixet spiro - placeras framför parenteserna. Placeringen av spiroatomen indikeras med hjälp av lokanter mellan namnen på komponenterna i spirosystemet [21] .
Ett annat alternativ är också möjligt, när man använder vilket det större fragmentet av molekylen kallas det första, sedan kommer fragmentet - spiro - och namnet på det andra cykliska fragmentet. Om nödvändigt, på båda sidor av fragmentet - spiro - finns det lokanter som indikerar spiroatomens position [22] .
Ensembler av identiska heterocykler kallas genom att multiplicera prefixet bi- , tri- , tetra- före namnet på heterocykeln eller radikalen. Ett sådant system numreras på samma sätt som motsvarande heterocykel, och den första komponenten i ensemblen är numrerad med siffror utan streck, den andra med ett slag, den tredje med två slag, etc. Anslutningsplatserna för cyklerna är indikeras med digitala lokanter. Andra strukturella egenskaper anges på samma sätt som kolvätensembler [23] .
Heterobryggor i cykliska föreningar kan betecknas med speciella prefix som börjar med epi- och innehåller en indikation på radikalen som utgör bron. Det överbryggande syret -O- betecknas alltså med prefixet epoxi -, bryggan -OO- med prefixet epidioxi -, det överbryggande svavlet -S- och kväve -N- med prefixen epithio - respektive epiimino - [24 ] . Liknande fästen har utvecklats för ett antal andra heterobryggor [25] . Platsen för heterobryggan indikeras av två lokanter före prefixen epi- . En egenskap hos dessa prefix är att de är oskiljaktiga från namnets rot (liksom prefix som dihydro -), därför följer de inte de allmänna reglerna för att ordna prefix i alfabetisk ordning [24] .
Numreringen av atomer i monocykliska föreningar bestäms av positionen för heteroatomen: den får alltid det första talet. I närvaro av flera identiska heteroatomer utförs cykelnumreringen, utgående från en av dem, på ett sådant sätt att man erhåller den minsta uppsättningen av lokanter [K 4] . Om heterocykeln innehåller olika heteroatomer, börjar numreringen från den högre heteroatomen, det vill säga den heteroatom som är högre i prefixtabellen. Som i föregående fall, från de möjliga numreringsalternativen, välj den som ger alla heteroatomer den minsta uppsättningen av lokanter [26] .
Numreringen av sammansmälta heterocykliska system är en svårare uppgift. I det här fallet, innan numrering, är det nödvändigt att korrekt orientera heterocykelmolekylen, annars kommer det att vara omöjligt att numrera atomerna på ett entydigt sätt. Orienteringsregler för heterocykliska system sammanfaller helt med dem för karbocykliska föreningar [27] .
När den sammansatta molekylen orienteras kan den roteras i bildplanet och även vändas som en boksida. I detta fall fastställs den föredragna inriktningen av en uppsättning regler som måste tillämpas i prioritetsordning tills ett entydigt beslut fattas. Först och främst försöker de ordna strukturformeln så att det maximala antalet ringar är i den horisontella raden. Därefter är formeln orienterad så att den övre högra kvadranten innehåller det största antalet cykler. I det här fallet, för större tydlighet, används en dissektion av de horisontella och vertikala axlarna. Dessa axlar ritas genom mittpunkterna i den horisontella serie av cykler som definieras i den första regeln. Om någon ring skärs av en eller två axlar, räknas den som två halvor eller fyra fjärdedelar. Till exempel, i illustrationen för regel 3 för båda formlerna, finns det 1,75 ringar i den övre högra kvadranten. Om de tidigare reglerna inte ger ett entydigt svar på frågan om den önskade orienteringen, är cykeln orienterad så att den nedre vänstra kvadranten innehåller det minsta antalet ringar. Slutligen anger den sista regeln att den föredragna orienteringen är där det maximala antalet ringar är över den horisontella raden [28] .
| siffra | regel | Illustration [K 5] |
|---|---|---|
| ett | Maximalt antal ringar i en horisontell rad. | |
| 2 | Maximalt antal ringar i den övre högra kvadranten. | |
| 3 | Minsta antal ringar i den nedre vänstra kvadranten. | |
| fyra | Det maximala antalet ringar är över den horisontella raden. |
Numreringen av perifera atomer i ett korrekt orienterat heterocykliskt system börjar från den översta ringen, och om det finns flera sådana ringar, så från den längst till höger av dem. Det första numret tilldelas atomen i denna cykel, intill korsningen av cyklerna och placerad i ytterläget moturs. Numreringen utförs medurs runt hela systemets omkrets. Kolatomer som ingår i två eller flera cykler får inte sitt eget nummer, utan numreras på samma sätt som den tidigare numrerade atomen, med tillägg av bokstaven a , b , c , etc. [29]
Heteroatomer som inte är i periferin av molekylen numreras, vilket fortsätter den numeriska sekvensen som fastställts i den perifera numreringen. I detta fall är den första heteroatomen numrerad, som är närmare den perifera atomen med det minsta antalet. Inre kolatomer får samma lokaliseringar som de perifera atomerna närmast dem, men med en överskrift som anger antalet bindningar mellan motsvarande inre och perifera atomer. Om det finns ett val, tilldelas den minsta möjliga lokaliseringen till den inre kolatomen [30] .
Namnen på envärda heterocykliska radikaler bildas av namnen på motsvarande heterocykliska föreningar genom att lägga till suffixet -yl , till exempel indolyl , triazolyl . Det finns dock några undantag från denna regel [31] :
Som ett undantag föredras namnen piperidino och morfolino framför 1- piperidyl och 4 -morfolinyl [31] .
Namnen på tvåvärda radikaler bildas genom att på liknande sätt lägga till suffixet -iden . För att bilda namn på flervärda radikaler används suffixen -diyl , -triyl , läggs till namnet på föreningen [31] .
Namnen på radikaler som härrör från heterocykliska spiroföreningar är namngivna enligt allmänna regler med tillägg av suffixen -yl , -diyl , etc. [32]
Det enklaste sättet att komponera namnet på en heterocyklisk anjon är att till namnet lägga till motsvarande ordradikal - anjon (till exempel imidazolylanjon). Denna nomenklatur är bekväm om man betraktar anjonerna själva som individuella partiklar. I andra fall kan regler liknande de som används för att namnge radikaler tillämpas. Om en heterocyklisk anjon kan erhållas genom att lösgöra en proton (protoner) från en viss heterocykel, så läggs suffixet -id till namnet på denna heterocykel (-diid - när två protoner lösgörs, etc.), och platsen för protonavlossning indikeras av ett lokant, till exempel imidazol-1-id. Från det resulterande namnet på en helt omättad heterocyklisk anjon kan man skapa namnet på dess delvis eller helt hydrerade analog [33] .
Ibland bildas anjoner av heterocykler när en proton inte elimineras från en ringatom, utan från en substituent i cykeln, till exempel från en karboxyl- , hydroxyl- , tiol- eller aminogrupp . I detta fall bildas namnen enligt de allmänna reglerna för motsvarande klasser av föreningar med suffixen - karboxylat , - olat , - tiolat och - aminyl (- aminid ) [34] .
I analogi med anjoner handlar heterocyklernas kemi om heterocykliska katjoner, där den positiva laddningen inte bara finns på atomerna i cykeln utan också på substituenternas atomer. Följaktligen används olika typer av nomenklatur.
Katjoner, som erhålls genom den formella additionen av en proton till en heteroatom i cykeln, kallas genom att lägga till suffixet -i med en lokant till namnet på heterocykeln . I uppenbara fall är ett lokant valfritt (1,4-dioxanium, pyridinium). Katjonerna som erhålls genom tillsats av en proton till den funktionella sidogruppen kallas på liknande sätt ( -amidium , - imidium , - nitril , - aminium ) [35] .
Katjoner erhållna genom formell eliminering av hydridjonen H - från en heterocyklisk förening kallas med hjälp av suffixet - iliy (furan-2-ylium) [36] .
Heterocykliska katjoner med en laddning på heteroatomen kan kallas genom substitutiv nomenklatur , och ersätter prefix som oxa- , aza- , thia- med oxonia- , azonia- , thionia- , etc. [13] [37]
Om de katjoniska och anjoniska centran är i samma molekyl, kallas en sådan struktur en zwitterjon . Om båda dessa centra är i samma parentala heterocykel, läggs de ovan beskrivna suffixen till namnet på denna heterocykel, vilka är karakteristiska för namnen på katjoner och anjoner, och de anjoniska suffixen placeras efter de katjoniska. Om ett av joncentrumen finns på en sidosubstituent betecknad med ett suffix, så används även de lämpliga suffixen i detta fall, som beskrivits ovan [38] .
I fallet med vissa heterocykliska föreningar som innehåller det maximala antalet dubbelbindningar , kan arrangemanget av dessa bindningar vara annorlunda. Av denna anledning, för cykler med samma heteroatomer och samma storlek, kan isomerer existera som skiljer sig i positionen för dubbelbindningarna. För att skilja mellan sådana isomerer introducerades begreppet betecknat väte, där atomen i cykeln, som inte ingår i systemet med dubbelbindningar, det vill säga innehåller "extra" väte, betecknas med prefixet H - med en lokant motsvarande positionen för denna atom. Till exempel, för azirin , finns det två isomerer med olika arrangemang av dubbelbindningen: om kväveatomen inte ingår i dubbelbindningen (i enlighet med numreringen av cykeln, med en lokant 1), så är en sådan azirin betecknad 1H - azirin . Följaktligen kallas azirin, där kolatomen inte ingår i dubbelbindningen, 2H-azirin [ 39 ] .
Vid numrering av atomerna i cykeln bör det angivna vätet få minsta möjliga antal: i detta har det en fördel framför den högsta funktionella gruppen eller radikalvalensen [40] .
Heteroatomer i heterocykliska föreningar kan ha olika valenser , till exempel kan fosfor vara både trevärt och femvärt. Samtidigt anses de valenser som oftast finns i organiska föreningar som standard . Alla andra valenser kallas icke-standardiserade och kräver en speciell beteckning i namnen. Heteroatomer i icke-standardiserade valenser betecknas med symbolen λ-, vilket med den indikerar värdet av dess valens, det vill säga antalet bindningar genom vilka heteroatomen är ansluten till andra atomer [41] .
| Valens | atomer |
|---|---|
| fyra | C , Si , Ge , Sn , Pb |
| 3 | B , N , P , As , Sb , Bi |
| 2 | O , S , Se , Te , Po |
| ett | F , Cl , Br , I , At |
Symbolen λ är placerad före namnet på heterocykeln, omedelbart efter lokaliseringen av motsvarande heteroatom. Om lokalisering inte används i standardstavning, kan den nödvändiga lokaliseringen anges före namnet. I namnen på sammansmälta heterocykliska föreningar är symbolen λ satt för hela systemet och inte för enskilda komponenter [41] .
λ-Notation är ett universellt system för att beteckna icke-standardiserade valenser i kemisk nomenklatur och tillämpas inte bara på heterocykliska föreningar [41] .