A heterociklusos vegyületek nómenklatúrája a heterociklusos vegyületek elnevezési rendszereinek halmaza . Jelenleg az IUPAC több nómenklatúra rendszert fogadott el ezekre az anyagokra : a heterociklusok triviális nómenklatúráját , a Hantzsch-Widmann nómenklatúrát és a helyettesítő nómenklatúrát .
Az IUPAC a Hantzsch-Widmann nómenklatúra használatát javasolja, és megengedi néhány triviális név használatát. Annak ellenére, hogy a hagyományosan triviális nevek nagyon népszerűek, használatuk nagyon korlátozott, beleértve a származékos összetételek összetettebb elnevezéseit is.
A heterociklusos vegyületek triviális elnevezései rendszerint ezen anyagok felfedezésének körülményein (forrás, jellemző tulajdonságok stb.) alapulnak. Például a metil-piridinek triviális neve „ pikolinok ” (a latin picatus szóból kátrányos), mert kőszénkátrányból izolálták őket . A furfurál név a lat. furfur - korpa, amely szintén jelzi ennek a vegyületnek a forrását. A pirrol nevét annak a vörös színnek a jellegzetességeként kapta, amelyet a fenyőforgács sósavba merítve ( más görög pir-tűz ) nyer el [1] .
Ezek a nevek nem hordoznak információt a heterociklusok szerkezetéről, és fokozatosan elhagyják őket [1] . Mindazonáltal az IUPAC 47 triviális nevet [K 1] ismer fel, amelyekkel bonyolultabb összeolvadt heterociklusok nevezhetők el , és további 14 triviális nevet, amelyeket nem használnak erre a célra [2] .
Különleges eset a természetes heterociklusos vegyületek néhány fontos osztályának ( szénhidrátok és származékaik, tetrapirrolok és korrinoidok ) nómenklatúrája, amelyek triviális elnevezéseken alapulnak, és amelyeket az IUPAC és a Nemzetközi Biokémiai és Molekuláris Biológia Szövetség (IUBMB) közös bizottsága kódolt . 3] .
Gantsch [4] és Widman [5] 1887-ben és 1888-ban egymástól függetlenül szabályokat javasolt a nitrogéntartalmú öt- és hattagú monociklusos heterociklusok elnevezésére. A részletek (a heteroatomok prioritási sorrendje és a ciklusban elfoglalt pozíciók jelzése) ellenére mindkét nómenklatúra ugyanazon az elven alapult: a heteroatomot jelző előtagok kombinációja, a gyűrű méretét jelölő szárral [K 2] . Ezek az elvek, kiegészítve a ciklusok telítetlenségi fokának jelzésével , képezték a Hantzsch-Widmann nómenklatúra modern változatának alapját, amelyet az IUPAC 1940-ben fogadott el, és azóta több felülvizsgálaton esett át.
Jelenleg előtagokat fejlesztettek ki különféle heteroatomok, köztük fémek jelölésére . Az -a végű elemek nevéből jönnek létre (ezért néha a -előtagoknak is nevezik őket). Például a nitrogént , oxigént és ként aza- , oxa- , illetve tia- előtaggal jelöljük . Ha két egyforma heteroatom van a ciklusban, akkor ez a névben a di -, három -, tetra - stb. előtagok használatával tükröződik [6]
| heteroatom | Vegyérték | Konzol | heteroatom | Vegyérték | Konzol |
|---|---|---|---|---|---|
| Fluor (F) | egy | fluor- | Arzén (As) | 3 | arsa- |
| Klór (Cl) | egy | klór- | Antimon (Sb) | 3 | stiba- |
| Bróm (Br) | egy | bróm- | bizmut (Bi) | 3 | visma- |
| jód (I) | egy | jód- | Szilícium (Si) | négy | erő- |
| Oxigén (O) | 2 | oksa- | germánium (Ge) | négy | germa- |
| Kén (S) | 2 | thia- | Ón (Sn) | négy | Stanna- |
| Szelén (Se) | 2 | Selena- | Ólom (Pb) | négy | plumba- |
| Tellúr (Te) | 2 | tellúr- | Bor (B) | 3 | bór- |
| Nitrogén (N) | 3 | aza- | higany (Hg) | 2 | mercura- |
| Foszfor (P) | 3 | foszfát |
A név alapját a gyűrű méretétől, valamint a benne lévő heteroatomoktól függően a heterociklushoz rendelik: a nitrogéntartalmú heterociklusokhoz gyakran külön báziskészletet használnak. A telített és maximálisan telítetlen heterociklusokhoz különböző báziskészleteket is használnak. Néha speciális bázisokat is használnak a heterociklus részleges telítetlenségének jelzésére. Például a nitrogénmentes telített heterociklusok bázisokat adnak [6] :
A heterociklusos vegyületek nevének megalkotásában különféle bázisok alkalmazására példák lehetnek a telített oxigéntartalmú heterociklusok.
oxolán (gyakrabban: tetrahidrofurán )
oxán (gyakrabban: tetrahidropirán )
A helyettesítő nómenklatúra ( a -nómenklatúra [8] ) a heterociklusos vegyületet a megfelelő karbociklusos vegyületnek tekinti , amelyben egy vagy több szénatomot heteroatom helyettesít. Ennek figyelembevételével a heterociklus ennek a karbociklusnak a nevét kapja a heteroatomokat megnevező előtagokkal és a helyüket jelző lokánsokkal (számokkal). Például a piridint ebben a nómenklatúrában azabenzolnak nevezik. A heteroatomok jelölésére számos előtag létezik [9] , ezek egy részét a Hantzsch-Widman nómenklatúra is használja . A Hanch-Widman nómenklatúrától eltérően a helyettesítő nómenklatúra szerinti lokánsok minden előtag előtt külön vannak feltüntetve, és nem együtt a név elején [10] .
A szubsztitúciós nómenklatúra kényelmesebb a különféle típusú heterociklusokat tartalmazó vegyületek, és különösen az összetett rendszerek esetében [11] . Ezenkívül szisztematikusabb megközelítést képvisel a névadásban, mivel a már meglévő, a karbociklusokra alkalmazott nómenklatúra-szabályok minimális átdolgozására van szükség [12] .
Ezt a nómenklatúratípust a pozitív töltésű heteroatomokkal rendelkező heterociklusok elnevezésére is használják. A különbség az, hogy az oxa -, aza -, thia - előtagokat oxonia - , azonia - , thionia - stb. helyettesítik. A névben ezek az előtagok közvetlenül követik a töltetlen heteroatomokat jelölő előtagokat ( oxonia - oxa után -, thionia - thia után - stb.) [13] .
Sok heterociklusos vegyület két vagy több kondenzált ciklusos fragmentumot tartalmaz, ezért gyakran szükséges nevet rendelni azokhoz a heterociklusokhoz, amelyeknél triviális név nem elfogadott . Ebből a célból kidolgozták a kondenzált heterociklusok nómenklatúráját, amely a kondenzált gyűrűrendszerek általános nómenklatúrájában szerepel [14] . E nómenklatúra ajánlásai szerint a kondenzált heterociklusos rendszert két vagy több alkotó heterociklusra és karbociklusra osztják, mindegyik rész külön nevet kap, amely után ezek a nevek összevonódnak a kondenzált heterociklus nevével, jelezve a helyeket, ahol a gyűrűk csuklósak, jelezve, ha vannak, áthidaló atomokat és csoportokat.
A fő ciklus kiválasztásaHa a kondenzált heterociklusos vegyület nem nevezhető az IUPAC által elfogadott triviális névnek (például indol ), akkor kisebb komponensekre kell bontani, és minden komponenst külön kell megnevezni. Ebben az esetben meg kell határozni, hogy közülük melyik a fő, és melyik a mellékes: a főkomponenst a név gyökereként, a mellékkomponenst pedig előtagként kell feltüntetni. A főciklus meghatározásához szabályokat használnak, amelyeket egymás után egymás után alkalmaznak a kapcsolatra, amíg bármelyik lehetővé teszi a fő- és mellékciklusok megkülönböztetését [15] .
| Szám | szabály | Illusztráció [K 3] |
|---|---|---|
| egy | Ha a vegyületben csak egy nitrogénatomot tartalmazó gyűrű van , akkor ez a ciklus a fő. | |
| 2 | Ha mindkét ciklusban nincs nitrogénatom, akkor az a fő ciklus, amelynek heteroatomja régebbi (a Hantzsch-Widman nómenklatúra előtagtáblázata szerint). | |
| 3 | Ha a molekula kettőnél több ciklusból áll, akkor a több ciklust tartalmazó komponenst tekintjük főnek . | |
| négy | Ha két ciklus eltérő méretű, akkor a nagyobb ciklus tekinthető főnek . | |
| 5 | Ha a ciklusokban eltérő számú heteroatom van , akkor azt a ciklust tekintjük főnek, amelyben ez a szám nagyobb. | |
| 6 | Ha a ciklusok ugyanannyi heteroatomot tartalmaznak, akkor azt a ciklust tekintjük főnek, amelyben több heteroatom van . | |
| 7 | Ha a ciklusok különböző heteroatomokat tartalmaznak, akkor a nagyobb heteroatomszámú ciklus a fő. | |
| nyolc | Azt a ciklust tekintjük főnek , amelyben a heteroatomoknak a legkisebb helyük van (az egyesülés előtt). |
A főként kiválasztott ciklus neve lesz az új név gyökere, a mellékciklus neve pedig az előtag. Az előtag az -o magánhangzó hozzáadásával jön létre az oldalsó heterociklus nevéhez, például a pirazinból pirazino- lesz . Vannak kivételek, amelyeknél az előtagot a név rövidítésével képezik [17] :
Az előtag és a gyökér közé a két ciklust összekötő oldalakat írjuk. Ehhez a fő heterociklus oldalait latin a , b , c , d stb. betűkkel jelöljük (oldalról kiindulva, általában 1,2-ként számozzák), a második komponens oldalait pedig a szokásos módon - a képződő atomok lokánsai szerint (például 1, 2-, 2,3- stb.). Az összefüggő oldalakat kötőjellel szögletes zárójelbe írjuk, az oldalsó heterociklus oldalának számozását pedig pontosan abban a sorrendben, ahogy atomjai a fő heterociklusban előfordulnak. Tehát az adott példában a számozást a 3,2- és nem a 2,3- írás jelzi, mivel amikor a fő heterociklus (furán) atomjain áthaladva az elsőtől az ötödikig, a harmadik atom a először tioféngyűrűvel találkozunk, és csak ezután a másodikkal [18] .
A perikondenzált heterociklusos rendszerek nevei hasonló módon jönnek létre (ellentétben az orto -kondenzált heterociklusokkal, a perikondenzált heterociklusos vegyületben a ciklusoknak egynél több közös oldaluk van). Ebben az esetben a főciklus bejárása során az összes atomot és oldalt fel kell sorolni, abban a sorrendben, ahogyan azok előfordulnak [19] .
Összeolvadt heterociklusos számozásA név összeállítása után a kondenzált heterociklust egész vegyületté átszámozzuk. A számozás általában a ciklusok csomópontjával szomszédos atomtól indul, de úgy, hogy a heteroatom a legkisebb számot kapja. Bizonytalan esetekben a legkisebb számot kell a régebbi heteroatomhoz rendelni, vagyis azt, amelyik a Hantzsch-Widman-nómenklatúra szerint magasabb az előtagok táblázatában . A két ciklushoz tartozó szénatomokhoz a indexű számokat rendelünk [ 20] .
A két monociklusos részből álló heterociklusos spirovegyületeket úgy nevezzük el, hogy a megfelelő karbociklusos spirovegyületek nevéhez adjuk a helyettesítő nómenklatúrában használt egy -előtagot. Ebben az esetben a karbociklusos spirovegyületek neveit a szokásos szabályok szerint állítják össze: az anyagot mindkét ciklusban a szénatomok száma szerint nevezik el, a spiro előtag hozzáadásával - és az egyes ciklusok szénatomjainak száma ( a spiro atomot nem számítva) szögletes zárójelben, például spiro[4,5] dean. A heterociklus számozása a spirovegyületeknél szokásos módon történik, de úgy, hogy a heteroatom a lehető legkisebb számot kapja. Ennek megfelelően a heterociklusos analógot ebben az esetben 1-oxaspiro[4,5]dekánnak nevezzük [21] .
Ha egy heterociklusos spirovegyület összetettebb spiro-illesztésű komponensekből áll, akkor ezeknek az összetevőknek a neve ábécé sorrendben szögletes zárójelbe kerül, és a spiro - előtag a zárójelek elé kerül. A spiroatom helyzetét a spirorendszer komponenseinek nevei közötti lokánsok jelzik [21] .
Egy másik lehetőség is lehetséges, amikor a molekula nagyobbik fragmentumát nevezzük elsőnek, majd jön a fragmentum - spiro - és a második ciklikus fragmentum neve. Ha szükséges, a töredék - spiro - mindkét oldalán lokánsok találhatók, amelyek a spiroatom helyzetét jelzik [22] .
Az azonos heterociklusok együtteseit úgy nevezzük, hogy a heterociklus vagy gyök neve elé a bi- , tri- , tetra- szorzó előtagot helyezzük. Az ilyen rendszert ugyanúgy számozzuk, mint a megfelelő heterociklust, és az együttes első komponensét vonások nélküli számokkal, a másodikat egy, a harmadikat két vonásos számokkal, stb. digitális helymeghatározókkal jelezve. A többi szerkezeti jellemzőt ugyanúgy jelezzük, mint a szénhidrogén együtteseket [23] .
A ciklikus vegyületekben lévő heterohidakat speciális, epi- kezdetű előtagokkal jelölhetjük, amelyek a hidat alkotó gyök jelzését tartalmazzák . Így az áthidaló oxigént -O- az epoxi -, az -OO- hidat az epidioxi - előtaggal, az áthidaló ként -S- és a nitrogént -N- az epithio - illetve epiimino - előtaggal jelöljük [24 ] . Számos más heterohídhoz hasonló csatolmányokat fejlesztettek ki [25] . A heterohíd helyét az epi- előtagok előtt két lokáns jelzi . Ezen előtagok sajátossága, hogy elválaszthatatlanok a név tövétől (valamint az olyan előtagoktól, mint a dihidro -), ezért nem engedelmeskednek az előtagok ábécé sorrendjének általános szabályainak [24] .
A monociklusos vegyületekben az atomok számozását a heteroatom helyzete határozza meg: mindig az első számot kapja. Több azonos heteroatom jelenlétében a ciklusszámozást az egyikből kiindulva úgy hajtjuk végre, hogy a lokánsok legkisebb halmazát kapjuk [K 4] . Ha a heterociklus különböző heteroatomokat tartalmaz, akkor a számozás a magasabb heteroatomtól indul, vagyis attól a heteroatomtól, amelyik magasabb az előtag táblázatban. Az előző esethez hasonlóan a lehetséges számozási lehetőségek közül válassza ki azt, amelyik minden heteroatomnak a legkisebb lokánskészletet adja [26] .
A kondenzált heterociklusos rendszerek számozása nehezebb feladat. Ebben az esetben a számozás előtt helyesen kell orientálni a heterociklusos molekulát, különben lehetetlen lesz egyértelműen számozni az atomokat. A heterociklusos rendszerek orientációs szabályai teljesen egybeesnek a karbociklusos vegyületekre vonatkozó szabályokkal [27] .
A vegyületmolekula orientálásakor a képsíkban elforgatható, és könyvlapszerűen meg is fordítható. Ebben az esetben az előnyben részesített orientációt egy szabályrendszer határozza meg, amelyeket fontossági sorrendben kell alkalmazni az egyértelmű döntés meghozataláig. Mindenekelőtt a szerkezeti képletet igyekeznek úgy elrendezni, hogy a gyűrűk maximális száma a vízszintes sorban legyen. Ezután a képletet úgy állítjuk be, hogy a jobb felső negyedben legyen a legtöbb ciklus. Ebben az esetben a nagyobb áttekinthetőség érdekében a vízszintes és függőleges tengelyek szerinti bontást használjuk. Ezeket a tengelyeket az első szabályban meghatározott vízszintes ciklussorozat felezőpontjain keresztül kell megrajzolni. Ha bármely gyűrűt egy vagy két tengellyel elvágnak, az két félnek vagy négy negyednek számít. Például mindkét képlet 3. szabályának illusztrációjában a jobb felső negyedben 1,75 gyűrű található. Ha az előző szabályok nem adnak egyértelmű választ a kívánt tájolás kérdésére, akkor a ciklus úgy van orientálva, hogy a bal alsó negyedben legyen a minimális számú gyűrű. Végül az utolsó szabály kimondja, hogy az előnyben részesített tájolás az, ahol a gyűrűk maximális száma a vízszintes sor felett van [28] .
| Szám | szabály | Illusztráció [K 5] |
|---|---|---|
| egy | A gyűrűk maximális száma egy vízszintes sorban. | |
| 2 | A gyűrűk maximális száma a jobb felső negyedben. | |
| 3 | A gyűrűk minimális száma a bal alsó negyedben. | |
| négy | A gyűrűk maximális száma a vízszintes sor felett van. |
Egy helyesen orientált heterociklusos rendszer perifériás atomjainak számozása a legfelső gyűrűtől kezdődik, és ha több ilyen gyűrű van, akkor ezek közül a jobb szélsőtől. Az első szám ennek a ciklusnak az atomjához van hozzárendelve, amely szomszédos a ciklusok csomópontjával, és az óramutató járásával ellentétes szélső helyzetben található. A számozás az óramutató járásával megegyező irányban történik a teljes rendszer kerülete mentén. A két vagy több ciklusban szereplő szénatomok nem kapják meg a saját számukat, hanem ugyanúgy vannak számozva, mint az előző számozott atom, hozzáadva az a , b , c betűt stb. [29]
Azokat a heteroatomokat , amelyek nem a molekula perifériáján helyezkednek el, számozzuk, folytatva a perifériás számozásban megállapított numerikus sorrendet. Ebben az esetben az első heteroatom számozott, amely közelebb van a legkisebb számú perifériás atomhoz. A belső szénatomok ugyanazokat a helyeket kapják, mint a hozzájuk legközelebb eső perifériás atomok, de egy felső indexszel, amely a megfelelő belső és perifériás atomok közötti kötések számát jelzi. Ha van választási lehetőség, akkor a lehető legkisebb lokánst rendeljük a belső szénatomhoz [30] .
Az egyértékű heterociklusos gyökök neveit a megfelelő heterociklusos vegyületek nevéből adjuk az -il utótag hozzáadásával , például indolil , triazolil . Azonban van néhány kivétel e szabály alól [31] :
Kivételként a piperidino és morfolino elnevezések előnyösebbek az 1 - piperidil és 4- morfolinil helyett [31] .
A kétértékű gyökök nevei hasonló módon az -iden utótag hozzáadásával keletkeznek . A többértékű gyökök nevének kialakításához a -diyl , -triyl utótagokat használják , hozzáadva a vegyület nevéhez [31] .
A heterociklusos spirovegyületekből származó gyökneveket általános szabályok szerint nevezzük el -il , -diil stb. utótagok hozzáadásával [32]
A heterociklusos anion nevének összeállításának legegyszerűbb módja, ha a névhez hozzáadjuk a megfelelő gyök - anion szót (például imidazolil-anion). Ez a nómenklatúra kényelmes, ha magukat az anionokat egyedi részecskéknek tekintjük. Más esetekben a gyökök elnevezésére használt szabályokhoz hasonló szabályok alkalmazhatók. Ha egy heterociklusos anion előállítható úgy, hogy egy protont (protonokat) leválasztunk egy adott heterociklusról, akkor ennek a heterociklusnak a nevéhez az -id utótag kerül (-diid - két proton leválasztásakor stb.), és a helye a protonleválást egy lokáns jelzi, például imidazol-1-id. Egy teljesen telítetlen heterociklusos anion eredő nevéből kitalálható annak részben vagy teljesen hidrogénezett analógja [33] .
Néha heterociklusos anionok képződnek, amikor a protont nem egy gyűrűatomból, hanem a ciklusban lévő szubsztituensből, például karboxil- , hidroxil- , tiol- vagy aminocsoportból távolítják el . Ebben az esetben a neveket a megfelelő vegyületosztályokra vonatkozó általános szabályok szerint képezzük a - karboxilát , - olát , - tiolát és - aminil (- aminid ) utótagok használatával [34] .
Az anionokkal analóg módon a heterociklusok kémiája heterociklusos kationokkal foglalkozik, amelyekben a pozitív töltés nemcsak a ciklus atomjain van, hanem a szubsztituensek atomjain is. Ennek megfelelően különböző típusú nómenklatúrákat használnak.
A kationokat, amelyeket protonnak a ciklus heteroatomjához való formális hozzáadásával kapunk, úgy hívjuk, hogy a heterociklus nevéhez hozzáadjuk a lokáns -i utótagot . Nyilvánvaló esetekben a lokáns nem kötelező (1,4-dioxán, piridinium). Az oldalsó funkciós csoporthoz proton hozzáadásával kapott kationokat hasonlóan nevezzük (- amidium , - imidium , - nitril , - aminium ) [35] .
A heterociklusos vegyületből a H - hidridion formális eliminációjával kapott kationokat - iliy (furan-2-ylium) utótaggal [36] nevezzük .
A heteroatomon töltéssel rendelkező heterociklusos kationokat szubsztitív nómenklatúra szerint nevezhetjük , az olyan előtagokat, mint az oxa -, aza -, a tia - oxónia -, azonia -, thionia - stb. [13] [37]
Ha a kationos és anionos centrumok ugyanabban a molekulában vannak, akkor egy ilyen szerkezetet ikerionnak nevezünk . Ha mindkét centrum ugyanabban a szülői heterociklusban van, akkor ennek a heterociklusnak a nevéhez a fent leírt utótagokat adjuk, amelyek a kationok és anionok nevére jellemzőek, és az anionos utótagokat a kationosok mögé. Ha az egyik ioncentrum egy utótaggal jelölt oldalszubsztituensen van, akkor ebben az esetben is a megfelelő utótagokat használjuk a fent leírtak szerint [38] .
Egyes heterociklusos vegyületek esetében, amelyek maximális számú kettős kötést tartalmaznak , ezeknek a kötéseknek az elrendezése eltérő lehet. Emiatt az azonos heteroatomokat tartalmazó és azonos méretű ciklusokban létezhetnek olyan izomerek , amelyek a kettős kötések helyzetében különböznek. Az ilyen izomerek megkülönböztetésére bevezették a megjelölt hidrogén fogalmát, amelyben a ciklus atomját, amely nem szerepel a kettős kötések rendszerében, azaz amely "extra" hidrogént tartalmaz, a H előtaggal jelöljük - lokánssal. megfelel ennek az atomnak a helyzetének. Például az azirin esetében két izomer létezik a kettős kötés elrendezésében: ha a nitrogénatom nem szerepel a kettős kötésben (a ciklus számozásának megfelelően, 1-es lokánssal), akkor egy ilyen azirin 1 H - azirin jelöléssel . Ennek megfelelően azt az azirint, amelyben a szénatom nem szerepel a kettős kötésben, 2H - azirinnek nevezzük [39] .
A ciklus atomjainak számozásánál a kijelölt hidrogénnek a lehető legkisebb számot kell kapnia: ebben előnye van a legmagasabb funkciós csoporttal vagy gyök vegyértékkel szemben [40] .
A heterociklusos vegyületek heteroatomjai eltérő vegyértékűek lehetnek, például a foszfor lehet három- és ötértékű is. Ugyanakkor a szerves vegyületekben leggyakrabban előforduló vegyértékeket standardnak tekintik . Az összes többi vegyértéket nem szabványosnak nevezik, és külön megjelölést igényel a névben. A nem standard vegyértékû heteroatomokat λ- szimbólummal jelöljük, jelezve vele vegyértékének értékét, vagyis azon kötések számát, amelyekkel a heteroatom más atomokhoz kapcsolódik [41] .
| Vegyérték | atomok |
|---|---|
| négy | C , Si , Ge , Sn , Pb |
| 3 | B , N , P , As , Sb , Bi |
| 2 | O , S , Se , Te , Po |
| egy | F , Cl , Br , I , At |
A λ szimbólum a heterociklus neve előtt, közvetlenül a megfelelő heteroatom helye után található. Ha a lokánsokat nem szabványos írásmódban használjuk, akkor a szükséges helymeghatározás a név előtt feltüntethető. A kondenzált heterociklusos vegyületek elnevezésében a λ szimbólum az egész rendszerre van beállítva, nem pedig az egyes komponensekre [41] .
A λ-jelölés egy univerzális rendszer a nem szabványos vegyértékek jelölésére a kémiai nómenklatúrában , és nem csak a heterociklusos vegyületekre vonatkozik [41] .