Номенклатура гетероциклических соединений — совокупность систем наименования гетероциклических соединений . В настоящее время для этих веществ ИЮПАК приняты несколько номенклатурных систем: тривиальная номенклатура гетероциклов , номенклатура Ганча — Видмана и заменительная номенклатура .

ИЮПАК рекомендует использование номенклатуры Ганча — Видмана и допускает использование некоторых тривиальных названий. Несмотря на то, что традиционно тривиальные названия пользуются большой популярностью, их использование сильно ограничено, в том числе при построении более сложных названий производных соединений.

Тривиальная номенклатура

Тривиальные названия гетероциклических соединений основаны, как правило, на обстоятельствах обнаружения этих веществ (источник, характерные свойства и др.). Например, метилпиридины имеют тривиальное название « » (от лат. picatus — покрытый дёгтем), поскольку они были выделены из каменноугольной смолы . Название « фурфурол » происходит от лат. furfur — отруби, что также указывает на источник данного соединения. Пиррол получил своё название как характеристику красного цвета, который приобретает сосновая щепка при погружении в соляную кислоту ( др.-греч. pyr — огонь ) .

Эти названия не несут информации о строении гетероциклов, и от них постепенно отказываются . Тем не менее ИЮПАК признаёт 47 тривиальных названий , которые могут быть использованы для составления названий более сложных конденсированных гетероциклов , и ещё 14 тривиальных названий, которые для этой цели не используются .

Особым случаем является номенклатура некоторых важных классов природных гетероциклических соединений ( углеводов и их производных, тетрапирролов и корриноидов ), основанная на тривиальных названиях и кодифицируемая совместной комиссией ИЮПАК и Международного Союза биохимии и молекулярной биологии (IUBMB) .

Номенклатура Ганча — Видмана

В 1887 и 1888 годах Ганчем и Видманом независимо были предложены правила именования азотсодержащих пяти- и шестичленных моноциклических гетероциклов. Несмотря на разницу в деталях (порядок старшинства гетероатомов и указания позиций в цикле), обе номенклатуры основывались на одном и том же принципе: сочетание префиксов, указывающих на гетероатом, с основой , обозначающей размер цикла. Эти принципы, дополненные указанием степени ненасыщенности циклов, легли в основу современного варианта номенклатуры Ганча — Видмана, принятой ИЮПАК в 1940 году и с тех пор претерпевшей несколько редакций.

В настоящее время разработаны приставки для обозначения различных гетероатомов, в том числе, металлов . Они образуются от названий элементов оканчиваются на - а (по этой причине их иногда называют а -приставками). Например, азот , кислород и сера обозначаются приставками аза -, окса - и тиа - соответственно. Если в цикле присутствует два одинаковых гетероатома, то это отражается в названии при помощи приставок ди -, три -, тетра - и т. д.

Список приставок в номенклатуре Ганча — Видмана

Гетероатом	Валентность	Приставка	Гетероатом	Валентность	Приставка
Фтор (F)	1	фтора-	Мышьяк (As)	3	арса-
Хлор (Cl)	1	хлора-	Сурьма (Sb)	3	стиба-
Бром (Br)	1	брома-	Висмут (Bi)	3	висма-
Иод (I)	1	иода-	Кремний (Si)	4	сила-
Кислород (O)	2	окса-	Германий (Ge)	4	герма-
Сера (S)	2	тиа-	Олово (Sn)	4	станна-
Селен (Se)	2	селена-	Свинец (Pb)	4	плюмба-
Теллур (Te)	2	теллура-	Бор (B)	3	бора-
Азот (N)	3	аза-	Ртуть (Hg)	2	меркура-
Фосфор (P)	3	фосфа-

Основа названия присваивается гетероциклу в зависимости от размера цикла, а также от содержащихся в нём гетероатомов: для азотсодержащих гетероциклов часто применяют отдельный набор основ. Для насыщенных и максимально ненасыщенных гетероциклов также применяют различные наборы основ. Также иногда применяются специальные основы для указания на частичную ненасыщенность гетероцикла. Например, насыщенные гетероциклы, не содержащие азота, получают основы :

• - иран (для трёхчленного цикла),
• - етан (для четырёхчленного цикла),
• - олан (для пятичленного цикла),
• - ан (для шестичленного цикла),
• - епан (для семичленного цикла),
• - окан (для восьмичленного цикла),
• - онан (для девятичленного цикла),
• - екан (для десятичленного цикла),

Примером использования различных основ при построении названий гетероциклических соединений могут служить насыщенные кислородсодержащие гетероциклы.

• 
  оксиран
• 
  оксетан
• 
  оксолан (чаще: тетрагидрофуран )
• 
  оксан (чаще: тетрагидропиран )

Заменительная номенклатура

Заменительная номенклатура ( а -номенклатура ) рассматривает гетероциклическое соединение как соответствующее карбоциклическое , в котором один или несколько атомов углерода замещены на гетероатомы. При таком рассмотрении гетероцикл получает название данного карбоцикла с приставками, называющими гетероатомы, и локантами (номерами), обозначающими их положение. Например, пиридин по данной номенклатуре называется азабензолом. Существует множество приставок для обозначения гетероатомов , некоторые из них употребляются также в номенклатуре Ганча — Видмана . В отличие от номенклатуры Ганча — Видмана , локанты по заменительной номенклатуре указываются перед каждой приставкой по отдельности, а не все вместе в начале названия .

Заменительная номенклатура более удобна для соединений, содержащих гетероциклы различных типов и, особенно, для сложных систем . Кроме того, она представляет собой более систематический подход к составлению названий, поскольку необходима лишь минимальная переработка уже существующих номенклатурных правил, применяемых к карбоциклам .

Данный тип номенклатуры также используется для составления названий гетероциклов с положительно заряженными гетероатомами. Отличие состоит в том, что приставки типа окса -, аза -, тиа - заменяются на оксониа -, азониа -, тиониа - и т. д. В названии эти приставки следуют непосредственно за приставками, обозначающими незаряженные гетероатомы ( оксониа - после окса -, тиониа - после тиа - и т. д.) .

Составление сложных названий

Номенклатура конденсированных гетероциклов

Многие гетероциклические соединения содержат два и более конденсированных циклических фрагментов, поэтому часто возникает необходимость в присвоении названия гетероциклам, для которых не принято тривиальное название . Для этих целей разработана номенклатура конденсированных гетероциклов, входящая в общую номенклатуру конденсированных циклических систем . Согласно рекомендациям этой номенклатуры, конденсированная гетероциклическая система разбивается на два или более составляющих гетероциклов и карбоциклов, каждая из частей получает отдельное название, после чего эти названия объединяются в название конденсированного гетероцикла с указанием мест сочленения циклов с указанием, в случае наличия, мостиковых атомов и групп.

Выбор основного цикла

Если конденсированное гетероциклическое соединение нельзя назвать принятым ИЮПАК тривиальным названием (например, индол ), то его необходимо разбить на более мелкие составляющие и каждый компонент назвать по отдельности. При этом необходимо определить, какой из них является основным, а какой побочным: основной компонент обозначается в виде корня названия, а побочный — в виде приставки. Для определения основного цикла пользуются набором правил, которые последовательно, одно за другим, применяют к соединению, пока какое-либо не позволит различить основной и побочный цикл .

Правила определения основного гетероцикла

Номер	Правило	Иллюстрация
1	Если в соединении есть только один цикл, содержащий атом азота , то этот цикл является основным.
2	Если в обоих циклах отсутствует атом азота, то основным является цикл, гетероатом которого старше (согласно таблице приставок из номенклатуры Ганча — Видмана).
3	Если молекула состоит более чем из двух циклов, то основным считается компонент содержащий большее число циклов .
4	Если два цикла имеют разный размер, то основным считается цикл большего размера .
5	Если циклы имеют разное число гетероатомов , то основным считается цикл, для которого это число больше.
6	Если циклы содержат одинаковое количество гетероатомов, то основным считается цикл с бо́льшим их разнообразием .
7	Если циклы имеют разные гетероатомы, то цикл с бо́льшим порядковым номером гетероатомов является основным.
8	Основным считается цикл, у которого гетероатомы имеют наименьшие локанты (до объединения).

Составление названия

Название цикла, который выбран основным, становится корнем нового названия, а название побочного цикла — приставкой. Приставка образуется путём добавления гласной - о к названию побочного гетероцикла, например, пиразин становится пиразино- . Существуют исключения, для которых приставка образуется с сокращением названия :

• изохинолин → изохино- ;
• имидазол → имидазо- ;
• пиридин → пиридо- ;
• тиофен → тиено- ;
• фуран → фуро- ;
• хинолин → хино- .

Между приставкой и корнем записываются стороны, которыми соединены два цикла. Для этого стороны основного гетероцикла обозначаются латинскими буквами a , b , c , d и т. д. (начиная со стороны, обычно нумеруемой как 1,2-), а стороны второго компонента нумеруются обычным способом — локантами образующих атомов (например, 1,2-, 2,3- и т. д.). Соединённые стороны записываются в квадратных скобках через дефис, причём нумерация стороны побочного гетероцикла записывается именно в том порядке, в котором её атомы встречаются в основном гетероцикле. Так, в приведённом примере нумерация указывается записью 3,2-, а не 2,3-, поскольку при движении по атомам основного гетероцикла (фурана) от первого к пятому сначала встречается третий атом тиофенового цикла, а лишь потом второй .

Аналогичным образом составляются и названия пери -конденсированных гетероциклических систем (в отличие от орто -конденсированных гетероциклов, циклы в пери -конденсированном гетероциклическом соединении имеют более чем одну общую сторону). В данном случае необходимо перечисление всех атомов и сторон сочленения в том порядке, в котором они встречаются при обходе основного цикла .

Нумерация конденсированного гетероцикла

После составления названия конденсированный гетероцикл нумеруется заново как целое соединение. Обычно нумерация начинается с атома, соседнего с местом сочленения циклов, но так, чтобы гетероатом получил наименьший номер. В неопределённых случаях наименьший номер следует присваивать более старшему гетероатому, то есть такому, который находится выше в таблице приставок по номенклатуре Ганча — Видмана . Атомам углерода, принадлежащим двум циклам, присваиваются номера с индексом а .

Номенклатура гетероциклических спиросоединений

Гетероциклические спиросоединения , которые состоят из двух моноциклических частей, называют, добавляя к названиям соответствующих карбоциклических спиросоединений а -приставки, используемые в заменительной номенклатуре. При этом названия карбоциклических спиросоединений составляются по обычным правилам: вещество получает название по числу атомов углерода в обоих циклах с добавлением приставки спиро - и указания числа атомов углерода в каждом цикле (не считая спироатома) в квадратных скобках, например, спиро[4,5]декан. Нумерацию гетероцикла проводят как обычно в случае спиросоединений, но так, чтобы гетероатом по возможности получил наименьший номер. Соответственно, гетероциклический аналог в данном случае получит название 1-оксаспиро[4,5]декан .

Если гетероциклическое спиросоединение состоит из более сложных спиросочленённых компонентов, то названия этих компонентов заключаются в алфавитном порядке в квадратные скобки, а перед скобками помещается приставка спиро -. Положение спироатома указывается при помощи локантов между названиями компонентов спиросистемы .

Возможен также другой вариант, при использовании которого больший фрагмент молекулы называется первым, затем идёт фрагмент - spiro - и название второго циклического фрагмента. При необходимости с двух сторон фрагмента - спиро - располагаются локанты, указывающие положение спироатома .

Номенклатура гетероциклических ансамблей

Ансамбли одинаковых гетероциклов называют, помещая умножающую приставку би -, три -, тетра - перед названием гетероцикла или радикала. Нумеруется такая система так же, как и соответствующий гетероцикл, причём первый компонент ансамбля нумеруется цифрами без штрихов, второй — с одним штрихом, третий — с двумя штрихами и т. д. Места соединения циклов указываются при помощи цифровых локантов. Остальные структурные особенности указываются аналогично, как углеводородных ансамблей .

Номенклатура гетеромостиков

Гетеромостики в циклических соединения могут быть обозначены при помощи специальных приставок, начинающихся на эпи - и содержащих указание на радикал , из которого состоит мостик. Таким образом, мостиковый кислород -O- обозначается приставкой эпокси -, мостик -O-O- — приставкой эпидиокси -, мостиковые сера -S- и азот -N- — приставками эпитио - и эпиимино - соответственно . Аналогичные приставки разработаны и для ряда других гетеромостиков . Расположение гетеромостика указывают при помощи двух локантов перед приставками эпи -. Особенностью данных приставок является то, что они неотделимы от корня названия (как и приставки типа дигидро -), поэтому не подчиняются общим правилам расположения приставок в алфавитном порядке .

Нумерация атомов гетероциклов

Простейшие случаи

Нумерация атомов в моноциклических соединениях определяется положением гетероатома: он всегда получает первый номер. При наличии нескольких одинаковых гетероатомов нумерацию цикла проводят, начиная с одного из них, таким образом, чтобы получить наименьший набор локантов . Если гетероцикл содержит различные гетероатомы, то нумерация начинается с более старшего гетероатома, то есть гетероатома, находящегося выше в таблице приставок. Как и в предыдущем случае, из возможных вариантов нумерации выбирают тот, который даёт всем гетероатомам наименьший набор локантов .

Правила ориентации

Нумерация конденсированных гетероциклических систем является более сложной задачей. В данном случае перед нумерацией необходимо правильно ориентировать молекулу гетероцикла, иначе будет невозможно пронумеровать атомы однозначным образом. Правила ориентации гетероциклических систем полностью совпадают с таковыми для карбоциклических соединений .

При ориентации молекулы соединения её можно вращать в плоскости изображения, а также переворачивать как страницу книги. При этом предпочтительная ориентация устанавливается набором правил, которые необходимо применять в порядке очерёдности до тех пор, пока не будет принято однозначное решение. В первую очередь, структурную формулу стараются расположить так, чтобы в горизонтальном ряду оказалось максимальное количество колец. Затем, формулу ориентируют так, чтобы в верхнем правом квадранте оказалось наибольшее число циклов. При этом для большей наглядности применяют рассечение горизонтальной и вертикальной осями. Эти оси проводится через середины горизонтального ряда циклов, определённого в первом правиле. Если какое-либо кольцо оказывается рассечённым одной или двумя осями, оно учитывается как две половины либо четыре четверти. Например, на иллюстрации к правилу 3 для обеих формул в правом верхнем квадранте находится 1,75 кольца. Если предыдущие правила не дали однозначного ответа на вопрос о нужной ориентации, цикл ориентируют так, чтобы в нижнем левом квадранте находилось минимальное количество колец. Наконец, последнее правило гласит, что предпочтительной является ориентация, в которой максимальное количество колец находится выше горизонтального ряда .

Правила ориентации структурной формулы гетероциклического соединения

Номер	Правило	Иллюстрация
1	Максимальное число колец в горизонтальном ряду.
2	Максимальное число колец в верхнем правом квадранте.
3	Минимальное число колец в нижнем левом квадранте.
4	Максимальное число колец выше горизонтального ряда.

Периферическая нумерация

Нумерация периферических атомов правильно ориентированной гетероциклической системы начинается с самого верхнего кольца, а если таких колец несколько, то с самого правого из них. Первый номер присваивается атому этого цикла, соседнему с местом сочленения циклов и находящемуся в крайнем положении против часовой стрелки. Нумерация проводится по часовой стрелке по периметру всей системы. Углеродные атомы, включённые в два и более циклов, не получают собственного номера, а нумеруются так же, как и предыдущий пронумерованный атом, с добавлением буквы a , b , c и т. д.

Внутренняя нумерация

Гетероатомы , которые находятся не на периферии молекулы, нумеруют, продолжая числовую последовательность, установленную в периферической нумерации. При этом первым нумеруется гетероатом, который находится ближе к периферическому атому с наименьшим номером. Внутренние углеродные атомы получают такие же локанты, как и ближайшие к ним периферические атомы, но с верхним индексом, обозначающим число связей между соответствующими внутренним и периферическим атомами. Если имеется выбор, то внутреннему атому углерода присваивается наименьший локант из возможных .

Номенклатура гетероциклических радикалов

Названия одновалентных гетероциклических радикалов образуются от названий соответствующих гетероциклических соединений путём добавления суффикса - ил , например, индолил , триазолил . Тем не менее для этого правила сохраняются некоторые исключения :

• изохинолин → изохинолил ;
• пиперидин → пиперидил ;
• пиридин → пиридил ;
• тиофен → тиенил ;
• фуран → фурил ;
• хинолин → хинолил .

В качестве исключения, названия пиперидино и морфолино предпочтительны, по сравнению с 1- пиперидил и 4- морфолинил .

Названия двухвалентных радикалов образуются путём аналогичного добавления суффикса - иден . Для образования названий многовалентных радикалов используются суффиксы - диил , - триил , прибавляемые к названию соединения .

Названия радикалов, производных от гетероциклических спиросоединений называются по общим правилам с добавлением суффиксов - ил , - диил и т. д.

Номенклатура гетероциклических анионов

Простейщий способ составления названия гетероциклического аниона заключается в добавлении к названию соответствующего радикала слова - анион (например, имидазолил-анион). Такая номенклатура удобна, если рассматриваются анионы сами по себе как индивидуальные частицы. В других случаях можно применить правила, аналогичные тем, которые применяются для составления названий радикалов. Если гетероциклический анион можно получить путём отрыва протона (протонов) от некоторого гетероцикла, то к названию данного гетероцикла добавляется суффикс - ид (- диид — при отрыве двух протонов и т. д.), и место отрыва протона обозначается локантом, например, имидазол-1-ид. Из полученного названия полностью ненасыщенного гетероциклического аниона можно составить название его частично или полностью гидрированного аналога .

Иногда анионы гетероциклов образуются при отщеплении протона не от атома цикла, а от заместителя в цикле, например, от карбоксильной , гидроксильной , или аминогруппы . В данном случае, названия формируются по общим правилам для соответствующих классов соединений с использованием суффиксов - карбоксилат , - олят , - тиолят и - аминил (- аминид ) .

Номенклатура гетероциклических катионов

По аналогии с анионами, химия гетероциклов имеет дело с гетероциклическими катионами, в которых положительный заряд находится не только на атомах цикла, но и на атомах заместителей. Соответственно, применяются различные типы номенклатуры.

Катионы, которые получаются при формальном присоединении протона к гетероатому цикла, называют путём добавления к названию гетероцикла суффикса - ий с локантом. В очевидных случаях локант необязателен (1,4-диоксаний, пиридиний). Аналогичным образом называются и катионы, полученные присоединением протона к боковой функциональной группы (- амидий , - имидий , - нитрилий , - аминий ) .

Катионы, полученные формальным отщеплением гидрид-иона H ^- от гетероциклического соединения, называются при помощи суффикса - илий (фуран-2-илий) .

Гетероциклические катионы с зарядом на гетероатоме можно называть по заменительной номенклатуре , заменяя приставки типа окса -, аза -, тиа - на оксониа -, азониа -, тиониа - и т. д.

Номенклатура гетероциклических цвиттер-ионов

Если катионный и анионный центр находятся в одной молекуле, то такая структура называется цвиттер-ионом . Если оба этих центры находятся в одном родоначальном гетероцикле, то к названию этого гетероцикла добавляют описанные выше суффиксы, характерные для названий катионов и анионов, причём анионные суффиксы помещаются после катионных. Если один из ионных центров находится на боковом заместителе, обозначаемом при помощи суффикса, то в этом случае также используются подходящие суффиксы, как описано выше .

Обозначенный водород

В случае некоторых гетероциклических соединений, содержащих максимальное количество двойных связей , расположение этих связей может быть различным. По этой причине для циклов с одинаковыми гетероатомами и одинакового размера могут существовать изомеры , различающиеся положением двойных связей. Для различения таких изомеров была введена концепция обозначенного водорода, в рамках которой атом цикла, не включённый в систему двойных связей, то есть содержащий «лишний» водород, обозначается приставкой H - с локантом, соответствующим положению этого атома. Например, для азирина существует два изомера с разным расположением двойной связи: если в двойную связь не включён атом азота (в соответствии с нумерацией цикла, имеющий локант 1), то такой азирин обозначается 1 H - азирином . Соответственно, азирин, в котором в двойную связь не включён атом углерода, называется 2 H - азирином .

При нумерации атомов цикла обозначенный водород должен получить по возможности наименьший номер: в этом он имеет преимущество перед старшей функциональной группой или радикальной валентностью .

λ-Обозначения

Гетероатомы в гетероциклических соединениях могут иметь различные валентности , например, фосфор может быть как трёхвалентным, так и пятивалентным. При этом наиболее часто встречающиеся в органических соединениях валентности считаются стандартными . Все другие валентности называются нестандартными и требуют особого обозначения в названиях. Гетероатомы в нестандартных валентностях обозначают при помощи символа λ-, указывая при нём значение его валентности, то есть число связей, которыми гетероатом связан с другими атомами .

Стандартные валентности атомов в органических соединениях

Валентность	Атомы
4	C , Si , Ge , Sn , Pb
3	B , N , P , As , Sb , Bi
2	O , S , Se , Te , Po
1	F , Cl , Br , I , At

Символ λ располагается перед названием гетероцикла, непосредственно за локантом соответствующего гетероатома. Если в стандартном написании локанты не употребляются, то необходимый локант можно указать перед названием. В названиях конденсированных гетероциклических соединенией символ λ устанавливается для целой системы, а не для отдельных компонентов .

λ-Обозначения являются универсальной системой обозначения нестандартных валентностей в химической номенклатуре и применяются не только к гетероциклическим соединениям .

Комментарии

Примечания

Литература

• Джилкрист Т. Химия гетероциклических соединений = Heterocyclic Chemistry / Пер. с англ. А. В. Карчавы и Ф. В. Зайцевой, под ред. М. А. Юровской. — М. : Мир, 1996. — С. 441—451. — ISBN 5-03-003103-0 .
• Кан Р., Дермер О. Введение в химическую номенклатуру = Introduction to Chemical Nomenclature / Пер. с англ. Н. Н. Щербиновской, под ред. В. М. Потапова, Р. А. Лидина. — М. : Химия, 1983. — 224 с.
• Рамш С. М. Руководство по составлению названий гетероциклических соединений с примерами и задачами. — Санкт-Петербург: Химиздат, 2009. — 406 с. — ISBN 978-5-93808-173-4 .
• Comission on nomenclature of organic chemistry. (англ.) . — 1983. — Vol. 55 , no. 2 . — P. 409—416 . — doi : . 10 июня 2015 года.