Классификация и номенклатура органических соединений кратко

Обновлено: 08.07.2024

Номенклатура органических веществ – это система правил, которые позволяют дать уникальное название каждому химическому соединению.

Перед изучением номенклатуры органических веществ обязательно рекомендую познакомиться с темой Классификация органических соединений.

Номенклатура органических соединений
Тривиальная	Систематическая	Рациональная

В настоящее время используется номенклатура ИЮПАК (IUPAC) — Международный союз теоретической и прикладной химии (International Union of Pure and Applied Chemistry).

Основа названия органических соединений в зависимости от числа атомов углерода:

Количество атомов С в цепи	1	2	3	4	5	6	7	8	9
Корень	Мет-	Эт-	Проп-	Бут-	Пент-	Гекс-	Гепт-	Окт-	Нон-

Наличие двойных или тройных связей в молекулах органических соединений обозначают, добавляя в конце слова суффикс -ен или -ин:

Тип связей	Одинарная связь (С–С)	Двойная связь (С=С)	Тройная связь (СΞС)
Суффикс	-ан	-ен	-ин

Наличие функциональных групп в органической молекуле обозначают добавлением в название приставки или суффикса:

Функциональная группа	Приставка	Суффикс
–СООН	-карбокси
–СООН	— овая кислота
–SO₃H	Сульфо-	-сульфокислота
–(С)Н=O	Оксо-	-аль
–ОН	Гидрокси-	-ол
–SН	Мерканто-	-тиол
–NH₂	Амино-	-амин
–NО₂	Нитро-
–OR	Алкокси-
–F, –Cl, –Br, –I, –Hal	Фтор-, хлор-, бром-, йод- (галоген-)

Для обозначения числа кратных связей и числа функциональных групп используют следующие числительные:

Количество кратных связей и функциональных групп	2	3	4	5	6	7	8
Числительное	Ди	Три	Тетра	Пента	Гекса	Гепта	Окта

Название углеводородных радикалов:

Правила составления названий алканов

1. Выбирают главную углеродную цепь

Главная цепь — это самая длинная и самая разветвленная непрерывная последовательность углеродных атомов. При этом неважно, как нарисованы на схеме углеродные атомы (вверх, вниз, влево, вправо). При этом углеводородные радикалы, которые не входят в главную цепь, являются в ней заместителями. Главная цепь должна быть самой длинной.

Например, в молекуле на рисунке главной является цепь, отмеченная на рисунке а

2. Главная цепь должна быть самой разветвленной.

Например, в молекуле, изображенной на рисунках а и б, выделены цепи с одинаковым числом атомов углерода. Но главной будет цепь, изображенная на рисунке а, т.к. от нее отходит 2 заместителя, а от главной цепи на рисунке б – один:

3. Нумеруют атомы углерода в главной цепи.

Нумерацию следует начинать с более близкого к старшей группе конца цепи.

При наличии двух и более заместителей цепь стараются пронумеровать так, чтобы заместителям принадлежали минимальные номера.

Например, правильная нумерация в главной углеродной цепи

Тривиальная номенклатура сложилась исторически по мере зарождения и развития исторической химии, до появления единой системы наименования органических веществ.

Многие тривиальные названия используются и сейчас. В таблице ниже приведены тривиальные названия основных органических веществ, а также их названия по систематической номенклатуре.

По данному критерию углеводороды разделяют на две большие группы: циклические и ацеклические.

Ациклический углеводород – это соединение, у которого цепь незамкнутая и углероды соединяются в виде прямой или разветвлённой цепей. Ациклические углеводороды разделяют на две группы: насыщенные и ненасыщенные или предельные и непредельные соответственно. В насыщенных атомы углерода соединяются одинарной связью, а в ненасыщенных двойной или тройной.
Циклический углеводород – это соединение, у которого цепь замкнута, образует кольцо. Колец в веществе может быть несколько. Циклические углеводороды также разделяют на две группы: карбоциклические и гетероциклические. Карбоциклические цепи состоят из углерода, в гетероциклических могут находиться O₂, N₂ и S.

Так как углеводороды — это соединения с простейшим строением, состоящие практически только из атомов C и H₂ (иногда O₂, N₂, S), для их дальнейшей классификации выделяют подклассы: алканы или предельные углеводороды; алкены, алкины, алкадиены, ароматические – непредельные.

Алканы. Суффикс -ан. В цепи все атомы углерода объединены одинарной связью C-C. Они не способны присоединять новые атомы, но способны их отдавать. Общая формула молекулярного строения CnH2n+2, где n – число атомов углерода в соединение.
Алкены. Суффикс -ен. В цепи этих веществ находится двойная связь C=C. Они принимают новые атомы и отдают. Формула CnH2n.
Алкины. Суффикс -ин. В цепи этих веществ находится тройная связь С≡С. Формула CnH2n-2.
Алкадиены. Суффикс -диен. В цепи этих веществ находятся две двойные связи. Они способны принимать новые атомы, но не способны отдавать свои. Общая формула CnH2n-2.
Циклические. Суффикс -ан. Цепь этих веществ замкнута. Она может раскрываться, за счёт присоединения атомов водорода. Формула CnH2n.
Ароматические. Цепь этих веществ замкнута, внутри цепи бензольное кольцо. Ароматический углеводород может состоять из одного, двух, трёх и т.д. колец. Формула молекулярного строения CnH2n-6.

II. По функциональной группе

Другие соединения в органической химии принято считать галогенпроизводными. По наличию и типу функциональной группы галогенпроизводные выделяют следующие классы:

1. Спирты и фенолы

Спирты – соединения, в которых один или пара водородов замещены на гидроксогруппу -ОН. По количеству гидроксогрупп различают одноатомные и многоатомные спирты.

Формула одноатомных спиртов CnH2n+1OH, многоатомных спиртов CnH2n+2Ox, где x – количество атомов кислорода.

Также спирты существуют в виде ароматических соединений. Общая формула CnH2n-6O.

Фенолы – производные ароматических соединений. Отличаются от спиртов тем, что гидроксильная группа напрямую связана с бензольным кольцом, а не через углеродный радикал.

Органические соединения, в которых один или несколько водородов замещены аминогруппой. По количеству замещённых водородов, амины разделяют на первичные R-NH₂, вторичные R-NH-R’ и третичные R-N(-R)-R.

3. Альдегида и кетоны. Суффиксы аль- и -он соотвественно

Альдегиды - соединения, в которых два водорода замещены кислородом при первичном углероде. Это образует альдегидную группу –СН=О. Общая формула R-CН=O.

Кетоны – соединения, в которых 2 атома водорода замещены на один кислород при вторичном атоме углерода. Это образует карбонильную группу –C(О)-. Общая формула R-C(О)-R’.

Общая молекулярная формула кетонов и альдегидов C_nH_2nO.

4. Карбоновые кислоты. Суффиксы -овая и -диовая

Соединения, имеющие карбоксогруппу СООН-. По числу функциональных групп эти кислоты разделяют на монокарбоновые (метановая и этановая) и дикарбоновые (этандиовая и терефталевая).

Формула одноосновных кислот CnH2nO2 или CnH2n-8O2.

5. Простые эфиры

Органические соединения, в которых два углеродных радикала соединены через атом кислорода в виде R-O-R’. Формула CnH2n+1OH.

6. Сложные эфиры

Соединения, в которых атом водорода гидроксогруппы замещаются на углеводородный радикал.

Структурная формула имеет вид:

Соединения, в которых один или пара атомов H2 замещаются нитрогруппой -NO2.

Соединения, в которых находятся две функциональные группы: карбоксильная COOH- и амино NH2-. Общая формула C_nH_2n+1NO₂.

Номенклатура

Номенклатура отражает химические свойства и особенности строения органических веществ. Она бывает тривиальная (названия, связанные с историей получения веществ) и систематическая (названия связанные со строения веществ).

Алгоритм составления систематического названия называется номенклатурой ИЮПАК. Её придерживается вся современная химия.

В зависимости от типа строения углеродной цепи органические вещества подразделяют на:

ациклические и циклические.
предельные (насыщенные) и непредельные (ненасыщенные).
карбоциклические и гетероциклические.
алициклические и ароматические.

Ациклические соединения — органические соединения, в молекулах которых отсутствуют циклы и все атомы углерода соединены друг с другом в прямые или разветвленные открытые цепи.

В свою очередь среди ациклических соединений выделяют предельные (или насыщенные), которые содержат в углеродном скелете только одинарные углерод-углеродные (С-С) связи и непредельные (или ненасыщенные), содержащие кратные — двойные (С=С) или тройные (С≡С) связи.

Циклические соединения — химические соединения, в которых присутствует три или более связанных атомов, образующие кольцо.

В зависимости от того, какими атомами образованы циклы различают карбоциклические соединения и гетероциклические соединения.

Карбоциклические соединения (или изоциклические) содержат в своих циклах только атомы углерода. Эти соединения в свою очередь делятся на алициклические соединения (алифатические циклические) и ароматические соединения.

Гетероциклические соединения содержат в составе углеводородного цикла один или несколько гетероатомов, чаще всего которыми являются атомы кислорода, азота или серы.

Простейшим классом органических веществ являются углеводороды – соединения, которые образованы исключительно атомами углерода и водорода, т.е. формально не имеют функциональных групп.

Поскольку углеводороды, не имеют функциональных групп для них возможна только классификация по типу углеродного скелета. Углеводороды в зависимости от типа их углеродного скелета делят на подклассы:

1) Предельные ациклические углеводороды носят название алканы. Общая молекулярная формула алканов записывается как C_nH_2n+2, где n — количество атомов углерода в молекуле углеводорода. Данные соединения не имеют межклассовых изомеров.

2) Ациклические непредельные углеводороды делятся на:

а) алкены — в них присутствует только одна кратная, а именно одна двойная C=C связь, общая формула алкенов C_nH_2n,

б) алкины – в молекулах алкинов также присутствует только одна кратная, а именно тройная С≡С связь. Общая молекулярная формула алкинов C_nH_2n-2

в) алкадиены – в молекулах алкадиенов присутствуют две двойные С=С связи. Общая молекулярная формула алкадиенов C_nH_2n-2

3) Циклические предельные углеводороды называются циклоалканы и имеют общую молекулярную формулу C_nH_2n.

Остальные органические вещества в органической химии рассматривают как производные углеводородов, образуемые при введении в молекулы углеводородов так называемых функциональных групп, которые содержат другие химические элементы.

Таким образом, формулу соединений с одной функциональной группой можно записать как R-X, где R – углеводородный радикал, а Х – функциональная группа. Углеводородным радикалом называют фрагмент молекулы какого-либо углеводорода без одного или нескольких атомов водорода.

По наличию тех или иных функциональных групп соединения подразделяют на классы. Основные функциональные группы и классы соединений, в состав которых они входят, представлены в таблице:

Таким образом, различные комбинации типов углеродных скелетов с разными функциональными группами дают большое разнообразие вариантов органических соединений.

Галогенпроизводные углеводородов

Галогенпроизводными углеводородов называют соединения, получаемые при замене одного или нескольких атомов водорода в молекуле какого-либо исходного углеводорода на один или несколько атомов какого-либо галогена соответственно.

Пусть некоторый углеводород имеет формулу C_nH_m, тогда при замене в его молекуле X атомов водорода на X атомов галогена формула галогенпроизводного будет иметь вид C_nH_m-_XHal_X_. Таким образом, монохлорпроизводные алканов имеют формулу C_nH_2n+1Cl, дихлорпроизводные C_nH_2nCl₂ и т.д.

Спирты и фенолы

Спирты – производные углеводородов, один или несколько атомов водорода в которых заменены на гидроксильную группу -OH. Спирты с одной гидроксильной группой называют одноатомными, с двумя – двухатомными, с тремя трехатомными и т.д. Например:

Спирты с двумя и более гидроксильными группами называют также многоатомными спиртами. Общая формула предельных одноатомных спиртов C_nH_2n+1OH или C_nH_2n+2O. Общая формула предельных многоатомных спиртов C_nH_2n+2O_x , где x – атомность спирта.

Спирты могут быть и ароматическими. Например:

Общая формула таких одноатомных ароматических спиртов C_nH_2n-6O.

Однако, следует четко понимать, что производные ароматических углеводородов, в которых на гидроксильные группы заменены один или несколько атомов водорода при ароматическом ядре не относятся к спиртам. Их относят к классу фенолы. Например, это данное соединение является спиртом:

А это представляет собой фенол:

Причина, по которой фенолы не относят к спиртам, кроется в их специфических химических свойствах, сильно отличающих их от спиртов. Как легко заметить, однотомные фенолы изомерны одноатомным ароматическим спиртам, т.е. тоже имеют общую молекулярную формулу C_nH_2n-6O.

Амины

Аминами называют производные аммиака, в которых один, два или все три атома водорода замещены на углеводородный радикал.

Амины, в которых только один атом водорода замещен на углеводородный радикал, т.е. имеющие общую формулу R-NH₂, называют первичными аминами.

Амины, в которых два атома водорода замещены на углеводородные радикалы, называют вторичными аминами. Формулу вторичного амина можно записать как R-NH-R’. При этом радикалы R и R’ могут быть как одинаковые, так и разные. Например:

СH₃-NH-CH₃	СH₃-NH-CH₂-CH₃
диметиламин	метилэтиламин

Если в аминах отсутствуют атомы водорода при атоме азота, т.е. все три атома водорода молекулы аммиака замещены на углеводородный радикал, то такие амины называют третичными аминами. В общем виде формулу третичного амина можно записать как:

При этом радикалы R, R’, R’’ могут быть как полностью одинаковыми, так и все три разные.

Общая молекулярная формула первичных, вторичных и третичных предельных аминов имеет вид C_nH₂_n₊₃N.

Ароматические амины с только одним непредельным заместителем имеют общую формулу C_nH₂_n_-5N

Альдегиды и кетоны

Альдегидами называют производные углеводородов, у которых при первичном атоме углерода два атома водорода заменены на один атом кислорода, т.е. производные углеводородов в структуре которых имеется альдегидная группа –СН=О. Общую формулу альдегидов можно записать как R-CH=O. Например:

Кетонами называют производные углеводородов, у которых при вторичном атоме углерода два атома водорода заменены на атом кислорода, т.е. соединения, в структуре которых есть карбонильная группа –C(O)-.

Общая формула кетонов может быть записана как R-C(O)-R’. При этом радикалы R, R’ могут быть как одинаковыми, так и разными.

Как можно заметить, альдегиды и кетоны весьма схожи по строению, однако их все-таки их различают как классы, поскольку они имеют существенные различия в химических свойствах.

Общая молекулярная формула предельных кетонов и альдегидов одинакова и имеет вид C_nH₂_nO

Карбоновые кислоты

Карбоновыми кислотами называют производные углеводородов, в которых есть карбоксильная группа –COOH.

Если кислота имеет две карбоксильные группы, такую кислоту называют дикарбоновой кислотой.

Предельные монокарбоновые кислоты (с одной группой -COOH) имеют общую молекулярную формулу вида C_nH₂_nO₂

Ароматические монокарбоновые кислоты имеют общую формулу C_nH₂_n_-8O₂

Простые эфиры

Простые эфиры – органические соединения, в которых два углеводородных радикала опосредованно соединены через атом кислорода, т.е. имеют формулу вида R-O-R’. При этом радикалы R и R’ могут быть как одинаковыми, так и разными.

CH₃-O-CH₃	CH₃-O-C₂H₅
диметиловый эфир	метилэтиловый эфир

Общая формула предельных простых эфиров такая же, как у предельных одноатомных спиртов, т.е. C_nH₂_n₊₁OH или C_nH₂_n₊₂О.

Сложные эфиры

Сложные эфиры – класс соединений на основе органических карбоновых кислот, у которых атом водорода в гидроксильной группе замещен на углеводородный радикал R. Фомулу сложных эфиров в общем виде можно записать как:

Нитросоединения

Нитросоединения – производные углеводородов, у которых один или несколько атомов водорода заменены на нитрогруппу –NO₂.

Предельные нитросоединения с одной нитрогруппой имеют общую молекулярную формулу C_nH₂_n₊₁NO₂

Аминокислоты

Соединения, имеющие в своей структуре одновременно две функциональные группы – амино NH₂ и карбоксильную – COOH. Например,

Предельные аминокислоты с одной карбоксильной и одной аминогруппой изомерны соответствующим предельными нитросоединениям т.е. как и они имеют общую молекулярную формулу C_nH₂_n₊₁NO₂

В заданиях ЕГЭ на классификацию органических веществ важно уметь записывать общие молекулярные формулы гомологических рядов разных типов соединений, зная особенности строения углеродного скелета и наличия тех или иных функциональных групп. Для того, чтобы научиться определять общие молекулярные формулы органических соединений разных классов, будет полезен материал по этой теме.

Номенклатура органических соединений

Особенности строения и химических свойств соединений находят отражение в номенклатуре. Основными типами номенклатуры считаются систематическая и тривиальная.

Систематическая номенклатура фактически прописывает алгоритмы, в соответствии с которыми то или иное название составляется в строгом соответствии с особенностями строения молекулы органического вещества или, грубо говоря, его структурной формулы.

Рассмотрим правила составления названий органических соединений по систематической номенклатуре.

При составлении названий органических веществ по систематической номенклатуре наиболее важным является правильно определить число атомов углерода в наиболее длинной углеродной цепи или посчитать число атомов углерода в цикле.

В зависимости от количества атомов углерода в основной углеродной цепи, соединения, будут иметь в своем названии различный корень:

Классификация органических соединений. Номенклатура органических соединений.

Цель лекции: знакомство с классификацией и номенклатурой органических соединений

План:

1. Предмет и задачи органической химии. Значение её для фармации.

2. Классификация органических соединений.

3. Принципы тривиальной и рациональной номенклатуры.

4. Принципы номенклатуры ИЮПАК.

Предмет и задачи органической химии.

Органическая химия – это раздел химии, посвященный изучению строения, способов синтеза и химических превращений углеводородов и их функциональных производных.

Благодаря особенностям своего строения органические вещества очень многочисленны. Сегодня их число достигает 10 млн.

В настоящее время состояние органической химии таково, что позволяет научно спланировать и осуществить синтез любых сложных молекул (белков, витаминов, ферментов, лекарственных препаратов и т. д.).

Органическая химия тесно связана с фармацией. Она позволяет осуществлять выделение индивидуальных лекарственных веществ из растительного и животного сырья, синтезирует и проводит очистку лекарственного сырья, определяет структуру вещества и механизм химического действия, позволяет определять подлинность того или иного лекарственного препарата. Достаточно сказать, что 95 % лекарственных средств имеют органическую природу.

Классификация органических соединений

В классификации принимаются за основу два важнейших признака: строение углеродного скелета и наличие в молекуле функциональных групп.

По строению углеродного скелета органические. соединения делятся на три большие группы.

I Ациклические (алифатические) соединения, имеющие открытую углеродную цепь как неразветвлённую, так и разветвлённую.

К ним относятся:

II Циклические соединения, которые в свою очередь делятся на карбоциклические и гетероциклические.

Карбоциклические соединения- это соединения в которых углеродная цепь замкнута в цикл (кольцо). Они в свою очередь подразделяются на алициклические и ароматические. Примером алициклических углеводородов является циклогексан, а ароматических – бензол.

Гетероциклические соединения (от греческого heteros – другой), содержащие в цикле не только атомы углерода, но и атомы других элементов, чаще всего азота, кислорода, серы. Например:

Родоначальными соединениями в органической химии признаны углеводороды , состоящие только из атомов углерода и водорода. Разнообразные органические соединения можно рассматривать как производные углеводородов, полученные введением в них функциональных групп.

Функциональной группой называют структурный фрагмент молекулы, характерный для данного класса органических соединений и определяющий его химические свойства .

Например, свойства спиртов определяются наличием гидроксогруппы (- ОН), свойства аминов – аминогруппы (- NH₂), карбоновых кислот наличием в молекуле карбоксильной группы (- СООН) и так далее.

Таблица 1. Основные классы органических соединений

Название класса органического соединения	Общая формула	Название функциональной группы
Галогенопроизвоные	СН₃ - Сl	галоген
Спирты	СН₃ - ОН	гидроксильная
Фенолы	С₆Н₅ОН	гидроксильная
Простые эфиры	СН₃ – О – СН₃	алкоксильная
Амины	СН₃ – NH₂	аминогруппа
Нитросоединения	СН₃ – NО₂	нитрогруппа
Альдегиды	СН₃ – С=О Н	альдегидная
Кетоны	СН₃ – С - О	карбонильная
Карбоновые кислоты	СН₃ - СООН	карбоксильная

Такая классификация важна потому, что функциональные группы во многом определяют химические свойства данного класса соединений.

Если соединения содержат несколько функциональных групп и они одинаковые, то такие соединения называют полифункциональными (СН₂ОН – СНОН – СН₂ОН - глицерин), если молекула содержит разные функциональные группы, то это гетерофункциональное соединение (СН₃ – СН(ОН) - СООН- молочная кислота). Гетерофункциональные соединения можно сразу отнести к нескольким классам соединений.