《有机化合物命名原则2017》在环状烃类化合物教学中的探讨∗

罗千福 王朝霞

（华东理工大学 化学与分子工程学院化学系，上海 200237）

“名不正则言不顺，言不顺则事不成”。正确命名有机化合物是有机化学得以描述、记录、传播与交流的基础和载体，然而，随着有机化学学科的快速发展，1980年版 《有机化合物命名原则》（以下简称 “80版原则”或 “旧原则”）在中文交流与教学中逐渐显现出诸多问题［1］，已远不能适应目前的新需求。基于此，中国化学会于2017年底正式发布了新的 《有机化合物命名原则2017》［2］（以下简称 “新原则” ），不仅增补了多种有机物结构类型的新名称，也对原有的命名原则进行了修订和完善，在方便中文交流的同时，还易于中英文名称间的相互转换，便于国际交流。

众所周知，基础有机化学中涉及的环状烃类化合物包括单环与螺环、桥环、并环等多环烃类化合物，它们都属于2017版命名原则里的母体氢化物 （见图1）。新原则对环状烃类化合物的命名不仅有修订，还增补了 “熳”与 “蕃”两种新名称，具有一定的代表性［2-3］。

图1 常见的环状烃类化合物

本文围绕环烃类化合物的命名，以广大教师熟悉的80版原则为知识基础［4-5］，分析新旧原则的相关性，对比其异同点，解读新名称，帮助广大师生温故知新，以尽快正确地掌握新命名原则，方便有机物命名新原则的教学与交流。

一、新版原则的主要修订

（一）取代基的编号

对于带有多个取代基的环烃类化合物而言，首先要求取代基编号遵循 “最低位次 （组）规则”，这与80版原则是相同的，但是，如果备选的位次组相同，则以取代基英文字母的先后依次排序编号。为了便于中英文有机物命名的相互转换，新原则不再按以往立体化学里的Cahn-Ingold-Prelog顺序规则 （CIP顺序规则）排序，这一变化需要特别关注［2］165-169（见图2）。

依据 “最低位次 （组）规则”，在图2化合物1的两种可能编号顺序中，取代基都在1、4位，即备选位次组相同，若按旧原则的CIP顺序，甲基较小，位次应尽可能低，因此，甲基、乙基分别定为1和4号位；现依据新原则，比较两个取代基methyl（甲基）、ethyl（乙基）英文字母的先后顺序，e＞m，编号正好相反，即乙基在前、定为1号位，甲基定为4号位。由此可见，熟悉常见取代基的英文表达是正确使用新原则的必备条件。

同样道理，对化合物2和3编号，三个取代基在1、3、5位的可能性有多种，依据新原则，化合物2中，ethyl（乙基）＞methyl（甲基），乙基靠前、定为1号位；芳烃化合物3中，ethyl（乙基）＞methyl（甲基）＞propyl（丙基），所以乙基、甲基、丙基分别对应1、3、5位；当桥环、螺环烃类化合物的备选位次组相同时，同样遵守这一原则 （化合物4和5）。图2所示化合物的编号中，环内为正确编号，环外为80版原则的编号，其余为错误编号。

（二）取代基的书写顺序

正确编号后，在对多取代环烃化合物名称进行书写时，取代基出现的先后与其所在位次无关，新、旧原则对此都加以认同，但二者仍然有区别，前者规定取代基按其英文字母先后排序依次出现，后者仍然以简单基团放前、较优基团放后的CIP顺序为准。

按照新原则，化合物1中乙基、甲基分别编在1、4号位，但是书写原则不同，书写顺序也不同，因为ethyl＞methyl，所以，书写时乙基在前、甲基在后，化合物1命名为1-乙基-4-甲基环己烷。如果按80版原则，乙基优于甲基，似乎应该命名为4-甲基-1-乙基环己烷，然而，这是一种按照新版原则编号、旧版原则书写的典型错误。另一个易错的例子是化合物6，按照“最低位次 （组）原则”，正确的编号顺序是甲基、乙基、丙基分别对应1、2、4位，而在名称书写时，取代基出现的先后与其位次无关，只与其英文字母先后关联，ethyl＞methyl＞propyl，其名称为2-乙基-1-甲基-4-丙基苯，与80版名称仍有区别。由此可见，即便编号正确，没有掌握正确的书写顺序，最后仍然会功亏一篑。

图2 带有多个取代基的环烃化合物的命名实例

（三）重键的编号与书写顺序

对带有碳碳双键、三键等重键的环烃类化合物，如果重键不在主环上，就按取代基处理；如果位于主环，则需标明位次。编号时，首先要保证重键的位次尽可能小，其次再确保取代基位次（组）尽可能低。名称书写时，重键要标明位次，插入在后缀 “烯”或 “炔”字之前 （见图3）。

图3 带有重键的环烃化合物的命名实例

图3 化合物7中，双键作为取代基处理，ethyl＞methyl＞methylene，正确名称为2-乙基-5-甲基-3-甲亚基二环［2.2.1］庚烷。当重键在主环上时，对比化合物8、9中双键在新、旧原则中的不同表达，新原则中，双键位号放在其名称 “二烯”“烯”之前，表示主环碳数的 “壬”“环己”移至前面，且与前面的名称间没有 “-”相连。

教学过程中，需要关注与强调这种新的表达方式，实际上，这种表达方式与IUPAC原则一致［6-8］，易于中英文名称间的相互转换，便于国际交流［9-10］。

二、新版原则对环烃类化合物的增补

（一）熳环烃类化合物

对环上有重键的单环烃类化合物，命名时通常将 “环某烷”中的后缀 “烷”改为 “烯”“炔”或 “烯炔”，如3-甲基环己烯、环庚-1，3-二烯、5-甲基环辛-1-烯-3-炔等。对含最大非累积双键数的单环不饱和烃，若碳数大于6，我们称为轮烯， 通式为 CnHn或 CnHn＋1（n＞6），如［12］轮烯、 1H-［9］轮烯等等 （见图4）。

为便于中英文名称的转换，同时考虑在多环体系命名时的需要，新版原则增补了一个新的名词：熳环环系 （mancude-ring systems），所谓熳环是指含最大非累积双键数的不饱和环系化合物（英文mancude是指最大非累积双键数ma ximum n umberofnoncu mulateddoublebond的缩略语［2-3］）。按此原则，环丙烯、环丁二烯、环戊二烯、环庚三烯、环辛四烯等即被称为环丙熳、环丁熳、环戊熳、环庚熳、环辛熳等，超过十个碳的熳环，如图4中化合物10为环十二碳熳。对熳环中未连有双键的碳，可视作该位上带有额外的氢，编号时需将其位次尽可能低，采用在其母体名称前加位次和大写并斜体的H来命名。如化合物11，将没有双键的碳原子编为1号，命名为1H-环壬熳。若熳环结构中氢化状态有变化，则在命名时加前缀 “氢化”（“化”通常省略），如果还有额外氢，则置于其前，因此，化合物12命名为1，2-二氢环十二碳熳。

图4 几个熳环烃类化合物的命名实例

对单环多烯类化合物，也可以命名为环状多烯，但需注意：当以多烯作为后缀时，化合物的编号必须确保双键的位次组最低。因此，编号就可能会发生变化。例如化合物11、12分别命名为环壬-1，3，5，7-四烯和环十二-1，3，5，7，9-五烯，不仅编号变了 （图4环外数字为其编号），而且与熳环命名相比更显繁琐。当然，它们还可以命名为1H-［9］轮烯和1，2-二氢-［12］轮烯，相对也较为简捷，但是轮烯这一名称是有限制的，对单环化合物而言，碳数必须大于6，对并环化合物而言，轮烯只能以主体、不能以拼合体的形式出现，熳环就不一样了，既可以做主体，也可以做拼合体。因此，熳环包括了环状多烯与轮烯，它的适用范围更广，使用起来也更简捷。

值得一提的是，熳环概念的出现不仅更新了环状多烯类化合物，还扩展到含有重键的杂环化合物。对含杂原子的环状多烯，原有的命名法及已沿用的嗪、唑等字尽管仍然可以使用，但其专业性强，不能 “望文生义”，难记，易错。2017版新原则建议优先选用熳环作为后缀，从图5的实例我们可以看到，用熳环命名不仅简捷，而且名称与结构间的对应性强，既不需特别记忆，又方便中英文间的互换，便于交流。

图5 含杂原子的熳环化合物

作为一个新的名称，熳环化合物具有适用范围广、通用性强、简捷、易记等明显的优势，因此，授课教师必须尽可能全面地掌握熳环类化合物的命名，同时，选取与基础有机化学关系密切的结构进行讲授，并积极推广这一名称，为学生后续学习打下较坚实的知识基础。

（二）蕃烃类化合物

蕃类化合物命名也是新版原则中增补的新名称。早期被译作 “环芳”或 “环蕃”，其实，蕃所涉及的结构不是仅指环状的环链体系，更不是局限于中文 “环芳”所意味的芳环-链体系，是指多个环或环系通过原子链连接成链或环的化合物，其中成环者即为环蕃，对此类化合物虽可通过其他环系母体氢化物进行命名，但用蕃母体氢化物命名更为简单明了［2］115-125。

如图6所示，命名时，先把蕃烃化合物a中的两个环状化合物用两个大黑点简化成两个“超原子”，继而对这个 “简化的母体骨架”b进行命名，b中数字编号即是骨架位次，这是蕃母体氢化物命名的基本位次，仍然是遵循最低位次 （组）规则的，其中1、4位为 “超原子位次”，超原子所代表的两个六元环称为 “扩展体”，以 “扩展前缀”的形式进行表达，同时，它自身也是有编号的，称为 “扩展体位次”，如a中的小号数字，往往将与母体骨架相连处定为1，按最低位次 （组）规则编号，确定接合位次，图6中，上部扩展体接合位次为 “1、4”，下部扩展体接合位次为 “1、3”。

图6 环蕃类化合物的简化与命名

命名时，先确定蕃简化母体骨架名，然后引入扩展前缀，再加上超原子的位次和接合位次即构成 “蕃母体名称”。表示超原子的扩展体如果是环状母体氢化物，尽管不含杂原子，但名称后面仍要加 “杂”构成，如化合物17则命名为1 （1， 3）， 4 （1， 4）-二苯杂环六蕃。 如果扩展体接合位次相同，则命名时接合位次仅需引用一次，置于相应超原子编号组的后面，化合物18就是这样的情况，扩展前缀以 “1，7（1，3）-二苯杂”的形式给出，化合物命名为1，7（1，3）-二苯杂环十二蕃-2-烯-5-炔。

在蕃母体氢化物中，非扩展体的原子编号就是简化蕃骨架的编号，而扩展体上原子的编号则用上标、以复合编号进行标识 （见图7）。化合物19的简化骨架名为环七蕃-2-烯，1、4位为超原子，其上取代基以复合编号表示，2位取代基直接表示，所以，化合物19命名为14，15，16， 2， 42， 43-六甲基-1 （1， 3）， 4 （1， 4） -二苯杂环七蕃-2-烯。

图7 两个环蕃类化合物的命名

直链蕃的简化骨架名由词根 “蕃”加上表示该结构中节点数目的中文数字为前缀所组成，其编号方式与直链烃相似，从一端到另一端，并使超原子的位次组最小，化合物20命名为2，4， 10 （1， 4）， 7 （1， 3） -四苯杂十一蕃。

图8 链状蕃类化合物的命名

三、新版命名原则对有机化学教学的影响

2017版命名原则的发布对高校有机化学的教与学都是一个较大的挑战。首先，对大多数教师来说，曾经数十载的学习与教学生涯使80版命名原则在脑海里根深蒂固，可以说是信手拈来，但对2017版中的一些新的原则与规定则需要重新学习和逐渐适应，对其全面理解也难以一步到位。但是新的学期已经到来，是继续沿袭80版教学，还是吐故纳新，弃用80版而讲授新版？还是兼而有之？这恐怕是不少高校有机化学教学要面临的一个选择。其次，对广大学生而言，虽然他们接受新事物的能力较强、而且与80版命名原则接触的时间也不长，但是，目前各高校的参考教材与各种教辅书籍和习题资料更新滞后，仅仅依靠课堂教学和有限的几篇解读文献，学生难以达到较好的学习效果。最后，对2017版命名原则自身来说，由于其系统性和前后连贯性较强，与当前高校有机化学命名教学中以官能团为主线、分章节独立讲授的编排差异较大，学生难以快速、精准查找相关内容。而且，该版命名体系里更多地直译IUPAC的名称和规则，故有些基团需要掌握英文才能正确编号命名；有些翻译诸如 “熳”“蕃”等称呼也稍显晦涩。这些都是目前在新版有机化合物命名的教与学中面临的问题和影响。

在此情况下，我们的教学该如何应对呢？打铁还需自身硬！作为教师，我们必须与时俱进［11］，潜心学习、研究新原则，不断更新和丰富知识体系。同时，我们还要清楚，新原则不是无源之水、无本之木，它源于80版原则，二者之间有继承，有发展。而80版原则是我们最熟悉的，只有通过对比、分析，才能尽快地掌握新原则。有了足够的知识储备，该如何展开教学呢？华东理工大学在2018年新学期伊始已经开始尝试新版命名原则的教学了。鉴于目前处于新、旧命名原则交替时期，旧原则的使用与交流还会持续一段时间，所以当前学生同时还得对旧版原则要有所了解，不然学生在阅读现存课外专业书籍资料时就很难适应。所以我们有机教研室要求教师在讲授新原则的同时也要兼顾旧原则的教学。帮助学生明确二者之间的异同与传承关系。另外，教师在对教学内容编排设计的时候也要进行适当的调整［12-13］，比如，新原则中烃主链的选取与不饱和度无关，所以，教学中也不再按烷烃、烯烃、炔烃的顺序，可从链状烃与环状烃的角度展开教学。对同类化合物的命名，在授课过程中要注重新、旧原则的对比教学，往往既便于学生了解旧原则，又方便学生掌握新原则，起到较好的教学效果。此外，在没有现成题目可用的情况下，我们可以参考、利用一些化学软件，如Chemdraw等自编一些典型命名题目，通过有针对性的练习，帮助学生尽快准确掌握有机化合物的命名并能熟练运用和交流。

总之，有机化合物浩如烟海，环烃类化合物种类繁多。本文通过大量实例，分析、比较了新、旧命名原则中的异同，并详细梳理、解读了新增补的熳环和蕃类化合物的命名规则。为新版命名规则在有机化学教学中的运用和实践提供参考和支持，方便师生尽快掌握和运用新版命名规则，更好地服务于有机化学的教学和交流。