Nomenclatura compușilor heterociclici este un set de sisteme de denumire pentru compușii heterociclici . În prezent, IUPAC a adoptat mai multe sisteme de nomenclatură pentru aceste substanțe : nomenclatura trivială a heterociclurilor , nomenclatura Hantzsch-Widmann și nomenclatura substitutivă .
IUPAC recomandă utilizarea nomenclaturii Hantzsch-Widmann și permite utilizarea unor denumiri banale. În ciuda faptului că numele tradițional triviale sunt foarte populare, utilizarea lor este foarte limitată, inclusiv atunci când se construiesc nume mai complexe de compuși derivați.
Denumirile banale ale compușilor heterociclici se bazează, de regulă, pe circumstanțele descoperirii acestor substanțe (sursă, proprietăți caracteristice etc.). De exemplu, metilpiridinele au denumirea banală de „ picoline ” (din latinescul picatus , gudron) deoarece au fost izolate din gudronul de cărbune . Numele „ furfural ” provine din lat. furfur - tărâțe, care indică și sursa acestui compus. Pirolul și-a primit numele ca o caracteristică a culorii roșii pe care o dobândește o așchie de pin atunci când este scufundată în acid clorhidric ( alt pir-foc grecesc ) [1] .
Aceste nume nu poartă informații despre structura heterociclurilor și sunt abandonate treptat [1] . Cu toate acestea, IUPAC recunoaște 47 de nume triviale [K 1] care pot fi folosite pentru a denumi heterocicluri fuzionate mai complexe și alte 14 nume triviale care nu sunt folosite în acest scop [2] .
Un caz special este nomenclatura unor clase importante de compuși heterociclici naturali ( carbohidrați și derivații lor, tetrapiroli și corinoizi ), bazate pe nume banale și codificate de o comisie mixtă a IUPAC și a Uniunii Internaționale de Biochimie și Biologie Moleculară (IUBMB) . 3] .
În 1887 și 1888, Gantsch [4] și Widman [5] au propus independent reguli pentru denumirea heterociclurilor monociclice cu cinci și șase membri care conțin azot. În ciuda diferenței de detalii (ordinea de precedență a heteroatomilor și indicarea pozițiilor în ciclu), ambele nomenclaturi s-au bazat pe același principiu: o combinație de prefixe care indică un heteroatom, cu o tulpină [K 2] care denotă dimensiunea inelului. Aceste principii, completate de o indicație a gradului de nesaturare a ciclurilor, au stat la baza versiunii moderne a nomenclaturii Hantzsch-Widmann, adoptată de IUPAC în 1940 și de atunci a suferit mai multe revizuiri.
În prezent, prefixele au fost dezvoltate pentru a desemna diferiți heteroatomi, inclusiv metale . Ele sunt formate din numele elementelor care se termină în -a (din acest motiv sunt numite uneori -prefixe ). De exemplu, azotul , oxigenul și sulful sunt notate prin prefixele aza- , oxa- și , respectiv, thia- . Dacă există doi heteroatomi identici în ciclu, atunci acest lucru se reflectă în nume folosind prefixele di -, trei -, tetra - etc. [6]
| heteroatom | Valenţă | Consolă | heteroatom | Valenţă | Consolă |
|---|---|---|---|---|---|
| Fluor (F) | unu | fluor- | Arsenic (As) | 3 | arsa- |
| Clor (Cl) | unu | clor- | Antimoniu (Sb) | 3 | stiba- |
| Brom (Br) | unu | brom- | Bismut (Bi) | 3 | visma- |
| Iod (I) | unu | iod- | Siliciu (Si) | patru | putere- |
| Oxigen (O) | 2 | oksa- | Germaniu (Ge) | patru | germa- |
| sulf (S) | 2 | asta- | staniu (Sn) | patru | Stanna- |
| Seleniu (Se) | 2 | Selena- | Plumb (Pb) | patru | plumba- |
| Telur (Te) | 2 | telur- | Bor (B) | 3 | bor- |
| Azot (N) | 3 | aza- | Mercur (Hg) | 2 | mercura- |
| Fosfor (P) | 3 | fosfa- |
Baza numelui este atribuită heterociclului în funcție de dimensiunea inelului, precum și de heteroatomii conținuti în acesta: un set separat de baze este adesea folosit pentru heterociclurile care conțin azot. Pentru heterocicluri saturate și maxim nesaturate, se folosesc, de asemenea, diferite seturi de baze. Bazele speciale sunt uneori folosite pentru a indica nesaturarea parțială a unui heterociclu. De exemplu, heterociclurile saturate fără azot dau baze [6] :
Un exemplu de utilizare a diferitelor baze în construcția denumirilor compușilor heterociclici pot fi heterociclurile care conțin oxigen saturat.
oxolan (mai frecvent: tetrahidrofuran )
oxan (mai frecvent: tetrahidropiran )
Nomenclatura substitutivă ( a -nomenclatură [8] ) consideră un compus heterociclic drept compusul carbociclic corespunzător în care unul sau mai mulți atomi de carbon sunt înlocuiți cu heteroatomi. Cu această considerație, heterociclul primește numele acestui carbociclu cu prefixe care denumesc heteroatomi și locanți (numerele) care indică poziția lor. De exemplu, piridina din această nomenclatură se numește azabenzen. Există multe prefixe pentru desemnarea heteroatomilor [9] , unele dintre ele fiind folosite și în nomenclatura Hantzsch-Widman . Spre deosebire de nomenclatura Hanch-Widman , locanții conform nomenclaturii substitutive sunt indicați înaintea fiecărui prefix separat, și nu toți împreună la începutul numelui [10] .
Nomenclatura substitutivă este mai convenabilă pentru compușii care conțin diferite tipuri de heterocicli și în special pentru sistemele complexe [11] . În plus, reprezintă o abordare mai sistematică a denumirii, deoarece este necesară doar o reelaborare minimă a regulilor de nomenclatură deja existente aplicate carbociclurilor [12] .
Acest tip de nomenclatură este folosit și pentru a denumi heterocicluri cu heteroatomi încărcați pozitiv. Diferența este că prefixele precum oxa -, aza -, thia - sunt înlocuite cu oxonia -, azonia -, thionia - etc. În denumire, aceste prefixe urmează direct prefixele care denotă heteroatomi neîncărcați ( oxonia - după oxa -, thionia - după thia - etc.) [13] .
Mulți compuși heterociclici conțin două sau mai multe fragmente ciclice fuzionate, așa că este adesea necesar să se atribuie un nume heterociclurilor pentru care nu este acceptat un nume trivial . În aceste scopuri, a fost elaborată o nomenclatură a heterociclurilor condensate, care este inclusă în nomenclatura generală a sistemelor inelare condensate [14] . Conform recomandărilor acestei nomenclaturi, sistemul heterociclic topit este împărțit în două sau mai multe heterocicluri constitutive și carbocicluri, fiecare dintre părți primește un nume separat, după care aceste denumiri sunt combinate în numele heterociclului topit, indicând locurile în care inelele sunt articulate, indicând, dacă există, atomi și grupări de punte.
Alegerea ciclului principalDacă compusul heterociclic fuzionat nu poate fi numit numele trivial adoptat de IUPAC (de exemplu, indol ), atunci acesta trebuie să fie defalcat în componente mai mici și fiecare componentă trebuie denumită separat. În acest caz, este necesar să se determine care dintre ele este cea principală și care este cea laterală: componenta principală este indicată ca rădăcină a numelui, iar componenta laterală este indicată ca prefix. Pentru a determina ciclul principal se folosește un set de reguli, care sunt aplicate succesiv, una după alta, conexiunii, până când oricare face posibilă distingerea între ciclul principal și ciclul lateral [15] .
| Număr | regulă | Ilustrație [K 3] |
|---|---|---|
| unu | Dacă există un singur inel în compus care conține un atom de azot , atunci acest ciclu este cel principal. | |
| 2 | Dacă nu există atom de azot în ambele cicluri, atunci ciclul principal este cel al cărui heteroatom este mai vechi (conform tabelului de prefixe din nomenclatura Hantzsch-Widman). | |
| 3 | Dacă molecula constă din mai mult de două cicluri, atunci componenta care conține cel mai mare număr de cicluri este considerată a fi cea principală . | |
| patru | Dacă două cicluri au dimensiuni diferite, atunci ciclul mai mare este considerat cel principal . | |
| 5 | Dacă ciclurile au un număr diferit de heteroatomi , atunci ciclul pentru care acest număr este mai mare este considerat principal. | |
| 6 | Dacă ciclurile conțin același număr de heteroatomi, atunci ciclul cu o varietate mai mare a acestora este considerat a fi cel principal . | |
| 7 | Dacă ciclurile au heteroatomi diferiți, atunci ciclul cu un număr atomic mai mare de heteroatomi este cel principal. | |
| opt | Ciclul în care heteroatomii au cei mai mici locanți (înainte de combinare) este considerat ciclul principal. |
Numele ciclului care este selectat ca principal devine rădăcina noului nume, iar numele ciclului lateral devine prefix. Prefixul se formează prin adăugarea vocalei -o la numele heterociclului lateral, de exemplu, pirazina devine pirazino- . Există excepții pentru care prefixul este format cu o abreviere a numelui [17] :
Între prefix și rădăcină sunt scrise laturile care leagă două cicluri. Pentru aceasta, laturile heterociclului principal sunt notate cu litere latine a , b , c , d etc. (începând din lateral, de obicei numerotate ca 1,2-), iar laturile celei de-a doua componente sunt numerotate mod obișnuit - de către locanții atomilor formați (de exemplu, 1, 2-, 2,3- etc.). Laturile legate sunt scrise între paranteze drepte printr-o cratimă, iar numerotarea laturii heterociclului lateral se scrie exact în ordinea în care atomii săi apar în heterociclul principal. Deci, în exemplul dat, numerotarea este indicată prin scrierea 3,2-, și nu 2,3-, deoarece atunci când se deplasează prin atomii heterociclului principal (furan) de la primul la al cincilea, al treilea atom al Inelul tiofen este întâlnit mai întâi și abia apoi al doilea [18] .
Denumirile sistemelor heterociclice peri -fuzionate sunt formate într-un mod similar (spre deosebire de heterociclurile orto -fuzionate, ciclurile dintr-un compus heterociclic peri -fuzionat au mai mult de o latură comună). În acest caz, este necesar să se enumereze toți atomii și laturile articulației în ordinea în care apar la parcurgerea ciclului principal [19] .
Numerotarea heterociclului fuzionatDupă compilarea numelui, heterociclul topit este renumerotat ca un întreg compus. De obicei, numerotarea începe de la atomul adiacent joncțiunii ciclurilor, dar în așa fel încât heteroatom să obțină cel mai mic număr. În cazuri incerte, cel mai mic număr ar trebui să fie atribuit heteroatomului mai vechi, adică unul care este mai mare în tabelul de prefixe conform nomenclaturii Hantzsch-Widman . Atomilor de carbon aparținând două cicluri li se atribuie numere cu indicele a [20] .
Compușii spiro heterociclici , care constau din două părți monociclice, sunt denumiți prin adăugarea la denumirile compușilor spiro carbociclici corespunzători a -prefixelor utilizate în nomenclatura substitutivă. În acest caz, denumirile compușilor carbociclici spiro sunt compilate conform regulilor obișnuite: substanța este denumită în funcție de numărul de atomi de carbon din ambele cicluri cu adăugarea prefixului spiro - și numărul de atomi de carbon din fiecare ciclu ( fără a număra atomul spiro) între paranteze drepte, de exemplu, spiro[4,5] dean. Numerotarea heterociclului se efectuează ca de obicei în cazul compușilor spiro, dar în așa fel încât heteroatomul să primească cel mai mic număr posibil. În consecință, analogul heterociclic în acest caz va fi numit 1-oxaspiro[4,5]decan [21] .
Dacă un compus spiro heterociclic constă din componente spiro-articulate mai complexe, atunci numele acestor componente sunt plasate alfabetic între paranteze pătrate, iar prefixul spiro - este plasat în fața parantezelor. Poziția spiroatomului este indicată prin intermediul unor locanți între denumirile componentelor spirosistemului [21] .
Este posibilă și o altă opțiune, atunci când se folosește că fragmentul mai mare al moleculei este numit primul, apoi vine fragmentul - spiro - și numele celui de-al doilea fragment ciclic. Dacă este necesar, pe ambele părți ale fragmentului - spiro - există locanți care indică poziția atomului spiro [22] .
Ansamblurile de heterocicluri identice sunt numite prin plasarea prefixului de multiplicare bi- , tri- , tetra- înaintea numelui heterociclului sau radicalului. Un astfel de sistem este numerotat în același mod ca heterociclul corespunzător, iar prima componentă a ansamblului este numerotată cu numere fără linii, a doua cu o singură lovitură, a treia cu două linii etc. Locurile de conectare ale ciclurilor sunt indicat folosind locanți digitali. Alte caracteristici structurale sunt indicate în același mod ca și ansamblurile de hidrocarburi [23] .
Punțile hetero din compușii ciclici pot fi notate prin prefixe speciale care încep cu epi- și care conțin o indicație a radicalului care alcătuiește puntea. Astfel, oxigenul de punte -O- este notat prin prefixul epoxi -, puntea -OO- prin prefixul epidioxi -, sulful de punte -S- si azotul -N- prin prefixele epithio - si respectiv epiimino - [24]. ] . Atașamente similare au fost dezvoltate pentru o serie de alte heteropunți [25] . Locația heteropuntului este indicată de doi locanți înaintea prefixelor epi- . O caracteristică a acestor prefixe este că sunt inseparabile de rădăcina numelui (precum și prefixe precum dihidro -), prin urmare nu respectă regulile generale de aranjare a prefixelor în ordine alfabetică [24] .
Numerotarea atomilor din compușii monociclici este determinată de poziția heteroatomului: primește întotdeauna primul număr. În prezenţa mai multor heteroatomi identici se efectuează numerotarea ciclului, începând de la unul dintre ei, astfel încât să se obţină cel mai mic set de locanţi [K 4] . Dacă heterociclul conține heteroatomi diferiți, atunci numerotarea începe de la heteroatom superior, adică heteroatom care este mai sus în tabelul de prefixe. Ca și în cazul precedent, dintre posibilele opțiuni de numerotare, alegeți-o pe cea care oferă tuturor heteroatomilor cel mai mic set de locanți [26] .
Numerotarea sistemelor heterociclice fuzionate este o sarcină mai dificilă. În acest caz, înainte de numerotare, este necesară orientarea corectă a moleculei heterociclului, altfel va fi imposibilă numerotarea atomilor într-un mod clar. Regulile de orientare pentru sistemele heterociclice coincid complet cu cele pentru compușii carbociclici [27] .
La orientarea moleculei compuse, aceasta poate fi rotită în planul imaginii și, de asemenea, răsturnată ca o pagină de carte. În acest caz, orientarea preferată este stabilită printr-un set de reguli care trebuie aplicate în ordinea priorităților până la luarea unei decizii fără ambiguitate. În primul rând, încearcă să aranjeze formula structurală astfel încât numărul maxim de inele să fie în rândul orizontal. Apoi, formula este orientată astfel încât cadranul din dreapta sus să conțină cel mai mare număr de cicluri. În acest caz, pentru o mai mare claritate, se folosește o disecție pe axele orizontale și verticale. Aceste axe sunt trasate prin punctele medii ale seriei orizontale de cicluri definite în prima regulă. Dacă orice inel este tăiat de una sau două axe, acesta este socotit ca două jumătăți sau patru sferturi. De exemplu, în ilustrația pentru regula 3 pentru ambele formule, există 1,75 inele în cadranul din dreapta sus. Dacă regulile anterioare nu dau un răspuns clar la întrebarea orientării dorite, ciclul este orientat astfel încât cadranul din stânga jos să conțină numărul minim de inele. În final, ultima regulă spune că orientarea preferată este în care numărul maxim de inele este deasupra rândului orizontal [28] .
| Număr | regulă | Ilustrație [K 5] |
|---|---|---|
| unu | Numărul maxim de inele într-un rând orizontal. | |
| 2 | Numărul maxim de inele din cadranul din dreapta sus. | |
| 3 | Numărul minim de inele din cadranul din stânga jos. | |
| patru | Numărul maxim de inele este deasupra rândului orizontal. |
Numerotarea atomilor periferici ai unui sistem heterociclic orientat corect începe din inelul cel mai de sus, iar dacă există mai multe astfel de inele, atunci din cea mai dreaptă dintre ele. Primul număr este atribuit atomului acestui ciclu, adiacent joncțiunii ciclurilor și situat în poziția extremă în sens invers acelor de ceasornic. Numerotarea se efectuează în sensul acelor de ceasornic în jurul perimetrului întregului sistem. Atomii de carbon incluși în două sau mai multe cicluri nu primesc propriul număr, ci sunt numerotați în același mod ca atomul numerotat anterior, cu adăugarea literei a , b , c , etc. [29]
Se numerotează heteroatomii care nu se află la periferia moleculei, continuând succesiunea numerică stabilită în numerotarea periferică. În acest caz, primul heteroatom este numerotat, care este mai aproape de atomul periferic cu cel mai mic număr. Atomii de carbon interni primesc aceiași locanți ca și atomii periferici cei mai apropiați de ei, dar cu un superscript care indică numărul de legături dintre atomii interni și periferici corespunzători. Dacă există o alegere, atunci cel mai mic localizant posibil este atribuit atomului de carbon intern [30] .
Denumirile radicalilor heterociclici monovalenți sunt formate din denumirile compușilor heterociclici corespunzători prin adăugarea sufixului - yl , de exemplu, indolil , triazolil . Cu toate acestea, există câteva excepții de la această regulă [31] :
Ca o excepție, denumirile piperidin și morfolino sunt preferate față de 1- piperidil și 4- morfolinil [31] .
Denumirile radicalilor divalenți se formează prin adăugarea similară a sufixului -iden . Pentru formarea denumirilor de radicali polivalenți se folosesc sufixele -diil , -triil , adăugate la denumirea compusului [31] .
Denumirile radicalilor derivați din compuși heterociclici spiro sunt denumiți conform regulilor generale cu adăugarea de sufixe -yl , -diyl , etc. [32]
Cel mai simplu mod de a compune denumirea unui anion heterociclic este să adăugați la nume cuvântul corespunzător radical - anion (de exemplu, anion imidazolil). Această nomenclatură este convenabilă dacă se consideră anionii înșiși ca particule individuale. În alte cazuri, pot fi aplicate reguli similare cu cele folosite pentru denumirea radicalilor. Dacă un anion heterociclic poate fi obținut prin desprinderea unui proton (protoni) dintr-un anumit heterociclu, atunci la denumirea acestui heterociclu se adaugă sufixul -id (-diid - când se desprind doi protoni etc.), și locul de detașarea protonilor este indicată de un localizant, de exemplu, imidazol-1-id. Din denumirea rezultată a unui anion heterociclic complet nesaturat, se poate alcătui numele analogului său parțial sau complet hidrogenat [33] .
Uneori, anionii heterociclurilor se formează atunci când un proton este eliminat nu dintr-un atom inel, ci dintr-un substituent din ciclu, de exemplu, dintr-o grupă carboxil , hidroxil , tiol sau amino . În acest caz, denumirile sunt formate conform regulilor generale pentru clasele corespunzătoare de compuși folosind sufixele - carboxilat , - olat , - tiolat și - aminil (- aminidă ) [34] .
Prin analogie cu anionii, chimia heterociclurilor se ocupă de cationi heterociclici, în care sarcina pozitivă este nu numai asupra atomilor ciclului, ci și asupra atomilor substituenților. În consecință, sunt utilizate diferite tipuri de nomenclatură.
Cationii, care sunt obținuți prin adăugarea formală a unui proton la un heteroatom al ciclului, sunt numiți prin adăugarea sufixului -i cu un locant la numele heterociclului . În cazuri evidente, un localizant este opțional (1,4-dioxanium, piridiniu). Cationii obținuți prin adăugarea unui proton la grupa funcțională laterală se numesc similar (- amidiu , - imidiu , - nitril , - aminiu ) [35] .
Cationii obținuți prin eliminarea formală a ionului hidrură H - dintr-un compus heterociclic sunt numiți folosind sufixul - iliy (furan-2-ylium) [36] .
Cationii heterociclici cu sarcină pe heteroatom pot fi numiți prin nomenclatură substitutivă , înlocuind prefixe precum oxa -, aza -, thia - cu oxonia -, azonia -, thionia - etc. [13] [37]
Dacă centrii cationici și anionici sunt în aceeași moleculă, atunci o astfel de structură se numește zwitterion . Dacă ambii dintre acești centri sunt în același heterociclu parental, atunci sufixele descrise mai sus sunt adăugate la numele acestui heterociclu, care sunt caracteristice denumirilor de cationi și anioni, iar sufixele anionice sunt plasate după cele cationice. Dacă unul dintre centrii ionici se află pe un substituent lateral desemnat printr-un sufix, atunci sufixele adecvate sunt de asemenea utilizate în acest caz, așa cum este descris mai sus [38] .
În cazul unor compuși heterociclici care conțin numărul maxim de legături duble , aranjarea acestor legături poate fi diferită. Din acest motiv, pentru cicluri cu aceiași heteroatomi și aceeași dimensiune, pot exista izomeri care diferă în poziția dublelor legături. Pentru a distinge astfel de izomeri, a fost introdus conceptul de hidrogen desemnat, în care atomul ciclului, care nu este inclus în sistemul de duble legături, adică care conține hidrogen „în plus”, este notat cu prefixul H - cu un locant. corespunzătoare poziției acestui atom. De exemplu, pentru azirina , există doi izomeri cu aranjamente diferite ale dublei legături: dacă atomul de azot nu este inclus în dubla legătură (în conformitate cu numerotarea ciclului, având un localizant 1), atunci o astfel de azirină este desemnat 1 H - azirin . În consecință, azirina, în care atomul de carbon nu este inclus în dubla legătură, se numește 2H - azirin [39] .
La numerotarea atomilor ciclului, hidrogenul desemnat ar trebui să primească cel mai mic număr posibil: în aceasta are un avantaj față de cea mai mare grupare funcțională sau valență radicală [40] .
Heteroatomii din compușii heterociclici pot avea valențe diferite , de exemplu, fosforul poate fi atât trivalent, cât și pentavalent. În același timp, valențele cel mai des întâlnite în compușii organici sunt considerate standard . Toate celelalte valențe sunt numite non-standard și necesită o denumire specială în nume. Heteroatomii din valențe nestandard sunt notați folosind simbolul λ-, indicând cu acesta valoarea valenței sale, adică numărul de legături prin care heteroatom este conectat la alți atomi [41] .
| Valenţă | atomi |
|---|---|
| patru | C , Si , Ge , Sn , Pb |
| 3 | B , N , P , As , Sb , Bi |
| 2 | O , S , Se , Te , Po |
| unu | F , Cl , Br , I , At |
Simbolul λ este situat înaintea numelui heterociclului, imediat după locatorul heteroatomului corespunzător. Dacă locanții nu sunt folosiți în ortografia standard, atunci locantul necesar poate fi indicat înaintea numelui. În numele compușilor heterociclici topați, simbolul λ este setat pentru întregul sistem, și nu pentru componentele individuale [41] .
λ-Notația este un sistem universal pentru desemnarea valențelor non-standard în nomenclatura chimică și se aplică nu numai compușilor heterociclici [41] .