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:

  • Правило главной цепи.

Главную цепь выбирают, руководствуясь последовательно следующими критериями:

    • Максимальное число функциональных заместителей.
    • Максимальное число кратных связей.
    • Максимальная протяженность.
    • Максимальное число боковых углеводородных групп.
  • 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.

  • 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.

  • 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

угле-
водорода

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 C n H 2 n +2 .

Пример. Назвать все изомеры гексана.

  • н-Гексан
                
  • 2-метилпентан
              
  • 3-метилпентан
              
  • 2,3-диметилбутан
              
  • 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 C 3, 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 C 6H 12 возможны две устойчивые конформации: в форме кресла (а) и в форме ванны (б):

Рисунок 12.5.