Глава 12. Органическая химия

12.2.1. Алканы

Алканы (метан и его гомологи) имеют общую формулу C_nH_2n+2. Первые четыре углеводорода называют метан, этан, пропан, бутан. Названия высших членов этого ряда состоят из корня – греческого числительного и суффикса -ан. Названия алканов положены в основу номенклатуры IUPAC.

Правила систематической номенклатуры:

1. Правило главной цепи.

   Главную цепь выбирают, руководствуясь последовательно следующими критериями:

   1. Максимальное число функциональных заместителей.
   2. Максимальное число кратных связей.
   3. Максимальная протяженность.
   4. Максимальное число боковых углеводородных групп.

2. Правило наименьших номеров (локантов).

   Главную цепь нумеруют от одного конца до другого арабскими цифрами. Каждый заместитель получает номер того атома углерода главной цепи, к которому он присоединен. Последовательность нумерации выбирают таким образом, чтобы сумма номеров заместителей (локантов) была наименьшей. Это правило применяется и при нумерации моноциклических соединений.

3. Правило радикалов.

   Все углеводородные боковые группы рассматривают как одновалентные (односвязные) радикалы. Если боковой радикал сам содержит боковые цепи, то в нем по приведенным выше правилам выбирается дополнительная главная цепь, которая нумеруется, начиная с атома углерода, присоединенного к главной цепи.

4. Правило алфавитного порядка.

   Название соединения начинают с перечисления заместителей, указывая их названия в алфавитном порядке. Названию каждого заместителя предшествует его номер в главной цепи. Наличие нескольких заместителей обозначают префиксами-числителями: ди-, три-, тетра- и т. д. После этого называют углеводород, соответствующий главной цепи.

В табл. 12.1 приведены названия первых пяти углеводородов, их радикалов, возможных изомеров и соответствующие им формулы. Названия радикалов заканчиваются суффиксом -ил.

Формула Название углеводорода радикала углеводорода радикала     метан метил     этан этил     пропан пропил изопропил     н-бутан метилпропан (изо-бутан) н-бутил метилпропил (изо-бутил) трет-бутил     н-пентан н-пентил     метилбутан (изопентан) метилбутил (изопентил)     диметилпропан (неопентан) диметилпропил (неопентил)

Таблица 12.1 Алканы ациклопического ряда CnH2n+2

Пример. Назвать все изомеры гексана.

1. н-гексан
               
2. 2-метилпентан
             
3. 3-метилпентан
             
4. 2,3-диметилбутан
             
5. 2,2-диметилбутан
             

Пример. Назвать алкан следующего строения

2,2-(диметил)-10-(1,1-диметилэтил)-7-пропил-4-(1-метилэтил)-3-этилдодекан.

В этом примере из двух двенадцатиатомных цепей выбрана та, в которой сумма номеров наименьшая (правило 2).

Используя названия разветвленных радикалов, приведенных в табл. 12.2,

Радикал Название Радикал Название   изопропил   изопентил   изобутил   неопентил   втор-бутил   трет-пентил   трет-бутил   изогексил

Таблица 12.2 Названия развлетвленных радикалов

название этого алкана несколько упрощается:

10-трет-бутил-2,2-(диметил)-7-пропил-4-изопропил-3-этил-додекан.

При замыкании углеводородной цепи в цикл с потерей двух атомов водорода образуются моноциклоалканы с общей формулой C_nH_2n. Циклизация начинается с C₃, названия образуются от C_n с префиксом цикло–:

циклопропан,		циклобутан,		циклопентан,		циклогексан,		циклогексадекан

и т. д.

Полициклические алканы. Их названия образуются посредством приставки бицикло-, трицикло- и т. д. Бициклические и трициклические соединения содержат соответственно два и три цикла в молекуле, для описания их строения в квадратных скобках указывают в порядке уменьшения число атомов углерода в каждой из цепей, соединяющих узловые атомы; под формулой название атома:

бицикло-2,2,0-гексан		бицикло-2,2,1-гептан		бицикло-2,2,2-гептан		трицикло-1,1,1-декан

Этот трициклический углеводород обычно называют адамантаном (от чешского адамант – алмаз), поскольку он представляет комбинацию трех сконденсированных циклогексановых колец в форме, приводящей к такому расположению атомов углерода в кристаллической решетке, которое свойственно алмазу.

Циклические углеводороды с одним общим атомом углерода называются спиранами, например, спиро-5,5-ундекан:

Плоские циклические молекулы неустойчивы, поэтому образуются различные конформационные изомеры. В отличие от конфигурационных изомеров (пространственное расположение атомов в молекуле без учета ориентации) конформационные изомеры различаются между собой только поворотом атомов или радикалов вокруг формально простых связей при сохранении конфигурации молекул. Энергия образования стабильного конформера называется конформационной.

Конформеры находятся в динамическом равновесии и превращаются друг в друга через нестабильные формы. Неустойчивость плоских циклов вызвана значительной деформацией валентных углов. При сохранении тетраэдрических валентных углов для циклогексана C₆H₁₂ возможны две устойчивые конформации: в форме кресла (а) и в форме ванны (б):

1

Рисунок 12.5