Chemické názvoslovie uhľovodíkov PDF

5.1 UHĽOVODÍKY Uhľovodíky - zlúčeniny uhlíka a vodíka sú základné, najjednoduchšie orga- nické zlúčeniny. Myslenou zámenou vodíka môžeme od nich odvodiť takmer všetky organické zlúčeniny. V učebniciach sa uvádza rôzne delenie uhľovodíkov. Pre nás je najvýhodnej- šie delenie na: 1. acyklick...

5.1 UHĽOVODÍKY Uhľovodíky - zlúčeniny uhlíka a vodíka sú základné, najjednoduchšie orga- nické zlúčeniny. Myslenou zámenou vodíka môžeme od nich odvodiť takmer všetky organické zlúčeniny. V učebniciach sa uvádza rôzne delenie uhľovodíkov. Pre nás je najvýhodnej- šie delenie na: 1. acyklické uhľovodíky, 2. alicyklické uhľovodíky, 3. aromatické uhľovodíky. 5.1.1 Acyklické uhľovodíky tvoria reťazce rozličnej dĺžky, rozvetvené i nerozvet- vené. Rozdeľujú sa na: - alkány, parafíny, uhľovodíky len s väzbami atómov uhlíka Csp3—Csp3, - alkény, olefíny, s väzbami uhlíka Csp2=Csp2, - alkíny, acetylény, s väzbami uhlíka CspsCsp. 5.1.1.1 Alkány sú nasýtené acyklické uhľovodíky. Ich triviálny názov parafíny po- chádza z latinského „parum afinis" - málo reaktívny. Prvé štyri alkány majú triviálne názvy: Ďalšie tri alkány si ponechávajú triviálne názvy, len keď nie sú substi- tuované:  Systémové názvy ostatných nerozvetvených alkánov sa utvoria zo základnej násobiacej predpony a prípony -án: CH3— [CH,]6— CH3 CH,— [CH2],— CH, oktán tetrakozán Pri tvorbe názvov zložitejších, tzn. rozvetvených, alkánov musíme poznať roz- delenie atómov uhlíka podľa toho, s koľkými inými atómami uhlíka sa viažu, a názvy skupín vzniknutých odobratím vodíka (vodíkov) zo základného alkánu. Podľa toho, s koľkými atómami uhlíka sa v rozvetvených reťazcoch viažu jednotlivé uhlíky, rozoznávame: Názvy skupín alkánov Odobratím atómu vodíka z terminálnej CH3 skupiny nerozvetveného alkánu vznikne jednoväzbová skupina R—. Jej názov sa utvorí nahradením prípony -án v názve základného alkánu príponou -yl: alkán alkyl etán etyl pentán pentyl  Keď poznáme názvy základných alkánov a od nich odvodených skupín, môžeme pomenovať akýkoľvek rozvetvený alkán. Postup spočíva v niekoľkých, po sebe idúcich, krokoch. 1. krok — nájdeme v molekule alkánu najdlhší reťazec priamo viazaných atómov uhlíka. Priamo, tzn. bezprostredne na seba, čo neznačí, že musia byť v napísanom vzorci v jednom riadku. Kvôli lepšej názornosti môžeme tento vzorec „narovnať" a uhlíky najdlhšieho reťazca napísať (priamo) do jedného riadka: Reťazec tvorí 9 uhlíkov, priamo viazaných jednoduchou väzbou. Kmeň číslovky: non Prípona: -án Názov: nonán 2. krok — pomenujeme teraz bočné reťazce a zaradíme ich podľa abecedy: Sú to: CH3—CH2— etyl CH3— metyl (2-krát) 3. krok — očíslujeme reťazec tak, aby substituent, ktorý má podľa abecedy prednosť, mal čo najnižší lokant.  4. krok — názov skompletizujeme. Opisom by sme mohli povedať, že alkán C13H28 je nonán substituovaný v polohe 3. etylom a v polohách 4. a 7. me- tylom. Jeho názov je: 3-etyl-4,7-dimetylnonán Ako postupovať, ak je substituentov viac a nie sme si istí, ako číslovať vzorec? Tento uhľovodík môže mať dva názvy: 2,3,5-trimetylhexán a 2,4,5-trimetylhexán Číslovať budeme tak, aby rozdiel medzi prvým a druhým lokantom bol čo najnižší. Preto je správny názov: 2,3,5-trimetylhexán Na ďalšom príklade si zopakujeme postup. 1. krok — najdlhší reťazec je C,3, názov: tridekán 2. krok — vedľajšie reťazce (podľa abecedy): CH3-CH2— etyl  3. krok — číslujeme sprava doľava: etyl bude na C6. Ak by sme číslovali opačne, bol by na C8. 4. krok —názov: 6-etyl-8,8-diizopropyl-ll-metyl-5-propyltridekán Poznámka 1. Nestačí 8-diizopropyl. V zložitejších prípadoch môže dôjsť k nepresnosti: 7,8,9-tetrametyl - nesprávne 7,8,8,9-tetrametyl - správne. Poznámka 2. Nesubstituovaný reťazec sa čísluje z jednej strany na druhú. Logika by vyžadovala, aby sa číslovalo zľava doprava: Vzorce aldehydov a kyselín sa tradične píšu s funkčnou skupinou vpravo a tak sa najčastejšie reťazec čísluje opačne: Poznámka 3. Násobiace predpony sa pri zaraďovaní neberú do úvahy: - 3,4,5,-trietyl-. Ale substituovaná skupina sa zaraduje podľa pr- vého písmena názvu: -4-(3,4,5-trietylnonyl)-  Úlohy 1. Napíšte štruktúrne vzorce a názvy všetkých piatich izomérov uhľovodíka C6H14 a označte uhlíky (1°, 2°, 3°, 4°, ak také sú). 2. Pomenujte uhľovodíky: Ako postupovať, keď treba utvoriť štruktúrny vzorec z daného názvu? Ak ten, čo vytvoril názov, postupoval správne, úloha je jednoduchá. 1. Napíšte štruktúrny vzorec 2-etylhexánu. Napíšeme do radu 6 uhlíkov, spojíme jednoduchými väzbami, doplníme vo- díky a očíslujeme: Na uhlíku č. 2 nahradíme vodík etylom:  Na prvý pohľad vidíme, že tu niečo nie je v poriadku. Ten, kto utvoril názov, zabudol na prvé pravidlo — najdlhší reťazec. Uhľovodík je 3-metyľheptán, a nie 2-etylhexán. Oba názvy vystihujú tú istú štruktúru, ale jeden bol utvorený nesprávne. Predstavme si ten chaos, keby pre tých približne 13—14 miliónov organických zlúčenín neexistovali presné a jednoznačné pravidlá. 2. Napíšte štruktúrny vzorec 2,3,6-trimetylheptánu. Postupujeme ako v pre- došlom prípade: Nahradíme vodíky na uhlíkoch 2, 3 a 6 metylmi: Aj zložitejšie príklady sa riešia analogicky. 3. Napíšte štruktúrny vzorec uhľovodíka: 6-( 2,3-dimetylbutyl)-4-etyl-8-izopropyl-3,3,5,7,9,10-hexametyl- -8-propyldodekán. Základná zlúčenina je C!2- dodekán. Substituenty sú: Názov je utvorený správne, skupiny sú zaradené podľa abecedy, zložený sub- stituent podľa prvého písmena názvu. Napíšeme preto do riadku 12 uhlíkov, spojíme jednoduchými väzbami, doplníme vodíky a na patričných uhlíkoch uskutočníme substitúciu. Výsledný vzorec bude vyzerať takto: Alkény sú alifatické uhľovodíky, ktoré obsahujú dvojité väzby C=C. Ich triviálny názov olefiny pochádza z francúzštiny. Keďže etén tvorí s brómom olejovitý dibromid, nazvali ho dejotvorný plyn „gas olefiant". Systémové názvy alkénov sú utvorené z názvov alkánov výmenou prípony - án za príponu -én: Pri alkénoch existuje izoméria násobnej väzby a jej poloha sa označuje lo- kantom pred morfémou -én: Alkény s viacerými dvojitými väzbami majú názvy utvorené pomocou prí- pony -adién, -atrién atď. Takéto alkény sa skrátene nazývajú diény, triény, — po- lyény. Kvôli lepšej výslovnosti sa prípony typu -adién v názvoch rozdeľujú. Napr. ku kmeňu „pent" sa pripojí písmeno „a" a prípona -dien nasleduje za lokan- tami: penta-l,3-dién Podľa toho, ako sú viaceré dvojité väzby usporiadané, poznáme väzby:  1. kumulované — väzby vychádzajú z jedného uhlíka: 2. konjugované — medzi dvojitými väzbami je jedna jednoduchá väzba: (Uhľovodíky s konjugovanými väzbami sú teoreticky i prakticky najdôležitejšie.) 3. izolované — medzi dvojitými väzbami sú najmenej dve jednoduché väzby: Názvy skupín odvodených od alkénov sa tvoria podľa pravidla uvedeného u al- kánov: Triviálne názvy ostávajú zachované pre tieto alkény a skupiny: Poznámka: Pre základný alkén, etén sa nepoužíva triviálny názov etylén. Názov etylén ostáva len pre skupinu —CH2—CH2—. Aký je postup pri tvorbe názvov alkénov? O číslovaní reťazca rozhoduje poloha násobnej väzby: ,»  Pri pomenovaní alkénu musíme postupovať tak, aby dvojitá väzba sa stala súčasťou hlavného reťazca. Nerozhoduje už dĺžka reťazca: Ak má nenasýtený uhľovodík viac dvojitých väzieb, určíme hlavný reťazec tak, aby obsahoval čo najviac násobných väzieb. Ak je možností viac, volíme najdlhší reťazec: Číslovať budeme tak, aby v hlavnom reťazci boh 2 dvojité väzby a vo vedlaj- šom reťazci jedna. Keď si vzorec očíslujeme, tak dve dvojité väzby môžu byť v reťazci 6-, 7- alebo 8-uhlíkovom. Podľa pravidiel zvolíme za základ najdlhší re- ťazec a číslujeme tak, aby lokanty boli čo najnižšie. Možnosti sú len dve: 1,6-, alebo 2,7-. Volíme, pochopiteľne, prvú možnosť, a názov uhľovodíka bude: 4-vinylokta-1,6-dién Ak je alkén substituovaný, platia základné pravidlá pre názvoslovie alkénov i alkánov: 1. krok – základný reťazec nie je najdlhší (C9), ale reťazec s oboma najdlhšími väzbami: 2. krok – substituenty pomenujeme a zaradíme podľa abecedy, lokanty pre ne sú dané číslovaním alkadiénu: 3. krok – skopmpletizujeme názov 3-butyl-2-etyl-4-izopropyl-5-metylhepta-1,5-dién Úlohy: Pomenujte uhľovodíky: 5.1.1.3. Alkíny sú alifatické uhľovodíky, ktoré obsahujú trojité väzby. Triviálny názov acetylény dostali podľa základného najdôležitejšieho alkínu acetylénu, ktorý si ako jediný alkín ponecháva triviálny názov: Ostatné alkíny majú názvy utvorené z názvov korešpondujúcich alkánov na- hradením prípony -án príponou -in: Ak je trojitých väzieb viac, pri tvorbe názvu sa aplikujú pravidlá uvedené pri alkénoch: Všetky skupiny odvodené od alkínov majú systémové názvy: 1. krok – najdlhší reťazec s dvoma trojitými väzbami okta-l,6-diín  2. krok — substituenty podľa abecedy: 3. krok — skompletizovaný názov: 5-butyl-4-etinylokta-1,6-diín 5.1.1.4 Alkeníny sú alifatické uhľovodíky, ktoré majú v reťaaci jednu alebo viac dvojitých a trojitých väzieb. Ako vidno z názvu, je dvojitá väzba nadriadená trojitej. Pri tvorbe názvov zložitejších alkenínov určíme základný reťazec a postupu- jeme podľa týchto kritérií: 1. najväčší počet násobných väzieb, 2. najdlhší reťazec, 3. najväčší počet dvojitých väzieb. a) v uvedenom vzorci sú tri násobné väzby, ale do základného reťazca sa nám podarí zaradiť len dve, jedna musí byť v bočnom reťazci: Hlavný reťazec môže vyzerať takto:  b) v prvom prípade má základný reťazec šesť uhlíkov, v druhom osem a v tre- ťom deväť. Na určenie základného reťazca z troch kritérií (a, b, c) stačili prvé dve. Skompletizujeme názov: 1. krok — základný reťazec je: non-l-én-8-ín 2. krok — substituenty podľa abecedy: 3. krok — skompletizujeme názov: 2-etyl-4-metyl-4-vinylnon-1 -én-8-ín Pomenujte uhľovodíky: 5.1.2 Alicyklicke uhlovodíky sú uhlovodíky s cyklickou stavbou a ako z názvu vy- plýva, majú chemické vlastnosti podobné alifatickým uhľovodíkom. Rozdeľujú sa na: monocyklické uhľovodíky, bicyklické uhľovodíky, spirocyklické uhľovodíky. 5.1.2.1 Monocyklické uhľovodíky Monocyklické uhľovodíky sa delia na: a) cykloalkány b) cykloalkény, c) cykloaľkíny. Názvy týchto zlúčenín sa tvoria z názvu acyklického uhľovodíka s rovnakým počtom atómov uhlíka a predpony „cyklo-" (pentán — cyklopentán). Ako už bolo spomenuté, kvôli jednoduchosti sa nevypisujú celé štruktúry, *Lokanty nie sú potrebné, iný izomér neexistuje. ale len väzby kruhu.  Triviálny názov ostal zachovaný pre fulvén: Názvy substituovaných nasýtených i nenasýtených cyklov sa tvoria rovnako ako názvy acyklických zlúčenín: 1 -etyl-2-metyl-cyklopentán 3-etyl-4-metylcyklopent-1 -én Aj názvy jednoväzbových skupín sa tvoria analogicky: Ak sú dva cykly spojené priamo, platia pravidlá: a) Viacčlánkový cyklus je nadradený menej článkovému: *Kvôli výslovnosti sa morféma „dek", keď po nej nasleduje prípona -én alebo -in, mení na „dec".  b) Menej nasýtený cyklus je nadradený viac nasýtenému: 5.1.2.2 Anulény sú monocyklické nesubstituované polyény s maximálnym poč- tom nekumulovaných dvojitých väzieb so všeobecným vzorcom C nHn alebo CnHn+1, kde n je číslo väčšie ako 6. Názov anulénov sa utvorí z čísla, označujúceho počet atómov uhlíka v hra- natej zátvorke a zo slova anulén: Keď je n nepárne číslo (CnHn+1), bude mať anulén skupinu CH2 a tento uhlík bude mať číslo 1: 5.1.2.3 Bicyklické uhľovodíky sú najjednoduchšie z radu polycyklických uhľovo- díkov. Tvoria základ mnohých prírodných látok, terpénov, napr. gáfru. Názvy bicyklických uhľovodíkov sa tvoria: — z názvu acyklického uhlbvodíka, — z predpony bicyklo-, — z lokantov v hranatej zátvorke udávajúcich počet atómov v jednotlivých mostíkoch. Postup: — celkový počet atómov uhlíka je 15, pentadekán, resp. bicyklopentadekán, — označíme si atómy, spoločné obom kruhom, krúžkom (to len teraz, pre prvý príklad), a jeden z nich označíme číslom 1, — číslujeme postupne najdlhší mostík k druhému spoločnému atómu, potom kratší a napokon číslujeme najkratší mostík, — medzi predponu bicyklo- a názov uhľovodíka umiestnime v hranatých zátvorkách vzostupnom poradí počet atómov uhlíka medzi atómami, ktoré sú spoločné pre oba kruhy (7,5,1 + 2 spoločne = 15). Názov je: bicyklo[7.5.1 Jpentadekán Substitúcia a násobná väzba sa označí zvyčajným spôsobom. Keď je viac možností, volíme najmenší lokant: 2-etyl-6-metylbicyklo[2.2.1]heptán 5-etyl-3-metylbicyklo[2.2.1]hept-2-én Aj názvy skupín sa tvoria analogicky: 5.1.2.4 Spirocyklické uhľovodíky sú bicyklické uhľovodíky, ktoré sa od pre- došlých líšia tým, že majú len jeden atóm (spiroatóm) spoločný obom kru- hom. Názvy spirocyklických (spiránových) uhľovodíkov sa tvoria: — z názvu acyklického uhľovodíka s rovnakým počtom atómov uhlíka,  - počet atómov uhlíka je 10, názov dekán, resp. spirodekán - označme číslom 1 atóm v menšom kruhu, ktorý susedí so krúžku - číslujeme postupne menší kruh, potom spiroatóm a - medzi predponu a názov uhľovodíka umiestnime v hranatej zátvorke vo vzostupnom poradí počet atómov uhlíka v menšom a väčšom kruhu (4+5+spiroatóm je desať) Názov je : spiro[4.5] dekán 5.1.3 Aromatické uhľovodíky, arény, tvoria osobitnú skupinu cyklických uhľovo- díkov, ktorá sa chemickými vlastnosťami zásadne odlišuje od alicyklických uhľovodíkov. Arény môžeme deliť na: — monocyklické, — polycyklické. Polycyklické arény sa ďalej delia na: — arény spojené alifatickým reťazcom, — zväzky kruhov, — kondenzované systémy. Arény majú triviálne a semitriviálne názvy a takéto názvy majú aj od nich odvodené skupiny: 5.1.3.1 Monocyklické arény — do tejto skupiny patrí benzén a jeho alkyl a alke- nyl derivát: Jedno- a dvojväzbová skupina má názov odvodený od pôvodného, triviálne- ho názvu benzénu fén. Väzba vychádzajúca z kruhu znamená možnosť polohovej izomérie (v tomto prípade 1,2-, 1,3- a 1,4-).  Vzájomnú polohu dvoch a viacerých substituentov na benzénovom jadre vy- značujeme číselnými lokantmi. Číselné lokanty sa majú uprednostniť aj u derivátov, kde sa tradične použí- vajú symboly: Nasledujúce arény a skupiny si ponechávajú triviálne názvy. Môžu sa použí- vať aj pre deriváty, pokiaľ je substitúcia na jadre:  Nasledujúce názvy sa môžu používať len pre nesubstituované arény: Triviálny názov ostáva zachovaný pre 1,2-difenyletén: a pre skupiny odvodené od difenylmetánu a trifenylmetánu: (C6H5)2CH- (C6H5)3C- benžhydryl trityl 5.1.3.2 Zväzky kruhov — zoskupenie dvoch alebo viacerých cyklov spojených priamo väzbou: Ak nie sú kruhy identické, nadradený je systém, ktorý:  a) obsahuje väčší počet kruhov, b) je menej nasýtený: 5.1.3.3 Kondenzované systémy sa delia na: a) orto-kondenzované b) orto-peri-kondenzované a) orto-kondenzované systémy majú dva druhy spojené výlučne dvoma spo- ločnými atómami. Majú n spoločných strán a 2n spoločných atómov: b) orío-peri-kondenzované systémy majú aspoň jeden atóm spoločný trom kruhom (v krúžku), n spoločných strán, ale počet spoločných atómov je menší ako 2n:  Kondenzované systémy majú určené číslovanie, ale bez ohľadu na toto čís- lovanie sa strany základného cyklu postupne označujú písmenami abecedy - a pre stranu 1-2, b pre stranu 2-3 atď. antracén (výnimka číslovania) Takéto označenie je dôležité pri tvorbe názvov zložitejších cyklov, ktoré ne- majú triviálne názvy: dibenzo[aj] antracén Tieto pravidlá platia aj pre kondenzované heterocyklické zlúčeniny i nasýte- né kondenzované systémy. Triviálne názvy ostávajú zachované pre tieto arény:  6 6 5 5 acenaftylén aceantrylén acefenantrylén (výnimka z číslovania) antracén