有机化合物命名中几个概念的辨析

陆语欣 丁小勤 赵蓓

摘要：依据中国化学会2017年颁布的《有机化合物命名原则》，针对中学生在学习有机化合物命名时容易发生混淆的几个概念，结合典型实例、紧扣原则认真辨析，提高中学生正确命名有机化合物的能力。

关键词：有机化合物;命名;辨析

文章编号：1008-0546（2019）04-0060-04

中图分类号：G633.8

文献标识码：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2019.04.017

命名有机化合物是学习有机化学的入门基础。一般地，中学教材中没有对应的章节编写命名的内容，大学课本里的编排方式则多数以烷烃命名为基础，再按照官能团（2017命名原则也称“特性基团”）渐进式展开并深入。有机化合物的种类繁多，新的有机化合物层出不穷，需要考虑的命名规则和细节相当繁杂，正确命名的难度不小。笔者在平时学习和奧赛集训中愈发感觉到，命名中的一些内涵相近的概念容易引起初学者的混淆，表现在命名练习时会顾此失彼，频频出错。鉴于此，笔者紧扣原则认真辨析，理清了思路，摒弃了错误。下面，笔者就一些常见的命名原则加以比较和阐述。

一、“最低位次组”与“和最小”

“和最小”是在1960年中国化学会制定的系统命名法中的一条规则。它是指编号由距离支链最近的一端开始;如果由碳链的任一端开始编号，第1个取代基位置的编号都相同时，则选所有取代基的位次和最小的那组编号。

随着有机化合物数量的激增，化合物结构呈现了多样性和复杂化，于是中国化学会于1980年对系统命名法进行了增补和修订，并于1984年正式颁发了《有机化学命名原则》，其中对“和最小”做了修订，改为“最低位次组”。“最低位次组”指当碳链从不同方向编号时存在几种不同编号可能时，选择使取代基具有“最低位次”的编号，即各组数字由小及大排列，由首位开始，顺序依次比较取代基在几种编号系列中的位次至分出大小，小者位次组优先，取此系列的编号为主链编号。2017年的最新原则依然使用“最低位次组”。举例说明如下：

例1：

[正確命名]2，3，7，7，9-五甲基癸烷（最低位次组）[错误命名]2，4，4，8，9-五甲基癸烷（和最小）

例2：

[正确命名]（E）-2，5，6，6-四甲基-4-辛烯（最低位次组）

[错误命名]（E）-3，3，4，7-四甲基-4-辛烯（和最小）

显然，对于那些取代基较多的复杂有机化合物的命名，采用“最低位次组”更加方便快捷，只需要直接比对编号的大小，而省去了求和计算这一步骤。但值得注意的是，“最低位次组”也有例外的情况。

例3：

[正确命名]（E）3，6-二甲基双环[2.2.1]庚烯（首先要满足双键位次编号连续的原则）

[错误命名]（E）2，5-二甲基双环[2.2.1]庚烯

“最低位次组”已经修订了近40年，虽然在我们现行的中学教材中因举例较少并未涉及到这个原则，但一些教学参考书良莠不齐，习题答案时有错误，在此明确并重申“最低系列原则”还是很有必要。

二、立体化学“顺序规则”与母体选择“顺序”

《有机化学命名原则》（1980）2.25条中规定：多元取代芳香族化合物按习惯选择母体（使其编号最小）

来命名，环上取代基的列出次序遵循“最低位次组”和“顺序规则”，指定“较优”基团后列出。“最低位次组”在上一节中已经阐述，而“顺序规则”在很多教材中出现了两次，一次是描述立体化学的“顺序规则”，另一次则是母体选择“顺序”。都是“顺序”，有什么不同，分别又该如何用呢？

首先，立体化学“顺序规则”是为了表达有机化合物的各取代基的空间取向而制定的规则，按最早提出者的姓名的第一个字母被称为CIP优先系统。其主要内容有两点：其一，定顺序，即将各种基团的第一个元素按其原子序数或质量数的大小排列，大者为“较优”基团;其二，外推法，即如果两个基团的第一个元素相同，则比较与它直接相连的几个原子。比较时，按原子序数或质量数排列，含有大原子序数或质量数的基团即为“较优”基团;如若没有比出大小，则沿取代链逐次相比。

例如：一般原子和原子团的顺序排列如下（由高至低）：-I，-Br，-Cl，-SO2R，-SR，-SH，-F，-OCOR，-OR，-OH，-NO2，-NR2，-NHCOR，-NHR，-NH2，-CCl，-COCl，-COOR，-COOH，-COR，-CHO，-CR2OH，-CHROH，-CH2OH，-C6H5，-C=CH，-C（CH3）3，-CH=CH2，-CH（CH3）2，-CH2CH2CH3，-CH2CH，-CH3，D，H。这个顺序在掌握排序规则之后是不需要死记硬背的，它被用来决定取代基的排序。在多取代芳香族化合物命名时，取代基由小到大排列。由于取代基的大小有时难以确定，所以2017年版排序建议采用IUPAC的按其英文字母顺序的排列次序。

然而，命名多元取代芳香族化合物时还有一个母体选择的“顺序”，跟这个立体化学“顺序规则”不是一回事，它是按照习惯排定的次序。例如：-X，-NO2，-SR，-OR，-R，-NH2，-SH，-OH，-COR，-CHO，-CN，-CONH2，-COX，-COOR，-SO3H，-COOH，正离子如+NR3等，排在后面的为母体，排在前面的为取代基。这个“顺序”基本无规律可循，需要多练习以熟悉之。举例如下：

例4：

[正确命名]4-甲基-2-硝基苯磺酸（新、旧版命名一样）

[IUPAC命名]-methyl-2-nitrobenzenesulfonic acid

例5：

[1980版命名]2-硝基-3，5-二溴甲苯

[2017版命名]3，5-二溴-2-硝基甲苯（建议采用）

[IUPAC命名]3，5-dibromo-2-nitrotoluene（IUPAC规定前缀“di-“不计入字母排序）

在母体选择“顺序”中，所有烷基次序不分先后都归于一类，用“-R”表示。对于多烷基苯命名时，习惯上有甲基取代的，“甲苯”视为母体，其他取代基按照由小到大排列。那么没有甲基取代的多烷基芳烃该如何命名？运用2017版《有机化合物命名原则》之后这个问题就迎刃而解了。比如：

例6：

[1980版命名]2-乙基-5-叔丁基甲苯

[2017版命名]5-叔丁基-2-乙基甲苯（建议采用）

[IUPAC命名]5-tert-butyl-2-ethyloluene（IUPAC规定前缀“tert-”不计入字母排序）

例7：

[正确命名]-乙基-4-异丙基苯（新、旧版命名一样）

[IUPAC命名]1-ethyl-4-isopropylbenzene（IUPAC规定“iso”不作前缀，计入字母排序）

三、顺/反构型和Z/E构型

对于烯烃命名的难点是在立体构型上。《有机化合物命名原则》中规定：双键上的同一个碳原子连接的“较优”原子或基团与另一个碳原子连接的“较优原子或基团，在双键平面同侧时，其构型用Z表示，在双键平面异侧时用E表示。此为Z、E构型，字母Z和E分别取自德文Zusammen和Entgegen的字头，各自表示“同一侧”和“相反”的意思。

然而，顺/反构型系指双键上的两个碳原子上若连接有相同的原子或基团，相同原子或基团在双键平面同侧为“顺式”构型，在异侧则定义为“反式”构型。因此，顺/反构型的定义是很直观的，但其适用范围远远小于Z、E构型，若双键两个碳上没有连接相同原子或基团，就无法用顺/反式来命名其构型。

例8：

[命名]顺-2-溴-2-丁烯或（E）-2-溴-2-丁烯

例9：

[命名]顺，反-2，6-辛二烯或（2Z，6E）-2，6-辛二烯

例10：

[命名]反-2-乙基-2-戊烯醛或（Z）-2-乙基-2-戊烯醛

显然，顺/反构型和Z、E构型不是一一对应的关系，顺式结构可以是Z构型，也可以是E构型;反之，反式结构既可以是Z构型也可以是E构型。对于简单结构的烯烃来说，其构型一目了然，用顺/反式命名比用Z、E构型命名简便。

对于脂环烃，存在着比烯烃更为复杂的构型异构情况，既有順反异构，又有对映异构。根据《有机化合物命名原则》的规定可以对单环脂烃的顺反异构进行命名，根据取代基的立体关系用顺、反表示。但是，此项规定中使用的“顺”和“反”两个前缀的含义与烯烃的顺/反构型含义不同，极易引起命名中的混乱。举例如下：

例11：

[2017命名]反-2-氯环戊烷甲酸

本例中，两个相邻的碳原子上的两个氢原子在环戊烷平面两侧，故而是反式构型。此处“反”字的含义恰好与反式烯烃中“反”的定义相同。

例12：

[2017命名]1，反-2-二氯-r-1-环戊烷甲酸

本例中，以母体羧基为“对照基团”，2位氯与羧基分别处于环戊烷平面的两侧，所以取“反-2-氯”。

例13：

[2017命名]r-1-溴-1-氯-反-3-乙基-3-甲基环己烷

本例中，先按立体化学“顺序规则”确定“较优”基团为溴，把溴视为“对照基团”，然后观察3位乙基与溴分别处于环已烷平面的两侧，所以取“反-3-乙基”

笔者认为，在取代脂环烃及其衍生物命名时，要找对照基团，还要用“”来标记，这个命名法有点繁琐。我们不妨借用烯烃命名中的Z/E命名法，这样引发歧义的可能性将大大减少，既便于记忆又方便使用。根据这一建议，对于上述三例可以依次很方便地命名为：（E）-2-氯环戊烷甲酸，（Z）-1，2-二氯环戊烷甲酸和（E）-1-溴-1-氯-3-乙基-3-甲基环已烷。这样，熟记立体化学“顺序规则”就可以正确命名了。

不过，对于多位置取代的脂环烃及其衍生物，还需要在借鉴烯烃Z/E命名法的同时，辅以“对照基团”的标记。

例14：

[正确命名]-1，（2E，4Z）-2，-三氯环戊烷（在符合“最低系列原则”时，若编号有多种选择，则取Z型多的优先。）

四、中英文命名的统一

有机化合物的英文命名采用的是IUPAC命名体系。这一规则把化合物名称分为母体名称和取代基名称两部分，根据化合物类的等级（即官能团的优先性顺序），选择一个官能团作为主要官能团，把这个官能团，以及与之直接相连的环或链作为化合物母体，其它官能团和结构片段则作为取代基。

1980版的中文命名是以IUPAC命名原则为基础，参照中文习惯和汉字特点确定。两种命名原则最大的区别在于命名时取代基或支链的排序。IUPAC命名法是根据取代基英文名称的首字母按照A-Z的字母顺序排列的，不考虑原子或基团的大小。在2017版的命名原则中，取代基的排序也是建议采取IUPAC的首字母排序法。例如：

例15：

[1980命名]2，2，4-三甲基-4-溴戊烷

[IUPAC命名]2-bromo-2，4，4-trimethylpentane[2017命名]2-溴-2，4，-4-三甲基戊烷

应该说，在2017版新规则颁布之前，中英文互译过程中涉及到取代基排序的混乱局面是存在的。引起混乱的主要原因是初学者对于较为复杂的取代基无法准确比出其大小，因此排序易错。新规则针对这个棘手的问题作出了修订，建议采用IUPAC的首字母排序法。这是一次很好的化繁为简的尝试，但对于初学者来说有了新的挑战，那就是要掌握各种原子和基团的英文首字母。

例16：

[1980命名]2，8-二甲基-4-乙基壬烷

[2017命名]4-乙基-2，-二甲基壬烷

[IUPAC命名]4-ethyl-2，-dimethylnonane

例17：

[1980命名]2-甲基-5-仲丁基-5-叔戊基癸烷

[2017命名]5-仲丁基-2-甲基-5-叔戊基癸烷

[IUPAC命名]5-sec-butyl-2-methyl-5-tert-pen-tyldecane

自1980年至2017年，有机化学学科发展迅猛，有机化合物的数量激增，新有机化合物结构也层出不穷，命名时遇到的难题也时常困扰着我们。这次修订《有机化合物命名原则》非常及时和必要，梳理清楚一些定义和概念，扩充部分新体系，给有机化合物合理、规范的系统命名提供更加详尽的依据。因为，2017版的《有机化合物命名原则》中许多地方还是“建议”和“优先使用”，所以，“一物对多名”的状态在很长一段时间内还会存在，但“一名对一物”的重要原则必须始终恪守。

参考文献

[1]中国化学会编.有机化合物命名原则[M].北京：科学技术出版社，1984

[2]中国化学会编.有机化合物命名原则[M].北京：科学技术出版社，2017