Názvosloví heterocyklických sloučenin je soubor názvových systémů pro heterocyklické sloučeniny . V současné době IUPAC přijal několik nomenklaturních systémů pro tyto látky : triviální nomenklaturu heterocyklů , Hantzsch-Widmannovu nomenklaturu a substituční nomenklaturu .
IUPAC doporučuje použití Hantzsch-Widmannovy nomenklatury a umožňuje použití některých triviálních jmen. Navzdory skutečnosti, že tradičně triviální názvy jsou velmi populární, jejich použití je velmi omezené, a to i při konstrukci složitějších názvů odvozených sloučenin.
Triviální názvy heterocyklických sloučenin vycházejí zpravidla z okolností nálezu těchto látek (zdroj, charakteristické vlastnosti atd.). Například methylpyridiny mají triviální název „ pikoliny “ (z latinského picatus , dehtovaný), protože byly izolovány z černouhelného dehtu . Název " furfural " pochází z lat. furfur - otruby, což také naznačuje zdroj této sloučeniny. Pyrrol získal své jméno jako charakteristika červené barvy, kterou borová štěpka získá, když se ponoří do kyseliny chlorovodíkové ( jiný řecký pyr-oheň ) [1] .
Tyto názvy nenesou informaci o struktuře heterocyklů a postupně se od nich upouští [1] . Přesto IUPAC rozeznává 47 triviálních názvů [K 1] , které lze použít k pojmenování složitějších fúzovaných heterocyklů , a dalších 14 triviálních názvů, které se pro tento účel nepoužívají [2] .
Zvláštním případem je názvosloví některých důležitých tříd přírodních heterocyklických sloučenin ( sacharidy a jejich deriváty, tetrapyrroly a korrinoidy ), založené na triviálních názvech a kodifikované společnou komisí IUPAC a Mezinárodní unie biochemie a molekulární biologie (IUBMB) [ 3] .
V letech 1887 a 1888 Gantsch [4] a Widman [5] nezávisle navrhli pravidla pro pojmenování pěti- a šestičlenných monocyklických heterocyklů obsahujících dusík. Přes rozdíl v detailech (pořadí priority heteroatomů a označení pozic v cyklu) byly obě nomenklatury založeny na stejném principu: kombinace předpon označujících heteroatom, přičemž kmen [K 2] označoval velikost kruhu. Tyto principy, doplněné o údaj o stupni nenasycenosti cyklů, tvořily základ moderní verze Hantzsch-Widmannovy nomenklatury, přijaté IUPAC v roce 1940 a od té doby prošla několika revizemi.
V současné době byly vyvinuty předpony k označení různých heteroatomů, včetně kovů . Jsou tvořeny z názvů prvků končících na -a (z tohoto důvodu se jim někdy říká -předpony ). Například dusík , kyslík a síra se označují předponami aza- , oxa- a thia- . Pokud jsou v cyklu dva stejné heteroatomy, pak se to projeví v názvu pomocí předpon di -, tři -, tetra - atd. [6]
| heteroatom | Mocenství | Řídicí panel | heteroatom | Mocenství | Řídicí panel |
|---|---|---|---|---|---|
| fluor (F) | jeden | fluor- | Arsen (As) | 3 | arsa- |
| chlor (Cl) | jeden | chlór- | antimon (Sb) | 3 | stiba- |
| brom (Br) | jeden | bróm- | vizmut (Bi) | 3 | viza- |
| jód (I) | jeden | jód- | křemík (Si) | čtyři | síla- |
| kyslík (O) | 2 | oksa- | Germanium (Ge) | čtyři | germa- |
| síra (S) | 2 | thia- | cín (Sn) | čtyři | Stanna- |
| selen (Se) | 2 | Selena- | Olovo (Pb) | čtyři | olovnice- |
| telur (Te) | 2 | telur- | Bor (B) | 3 | bór- |
| dusík (N) | 3 | aza- | Rtuť (Hg) | 2 | mercura- |
| fosfor (P) | 3 | fosfa- |
Základ názvu je přiřazen heterocyklu v závislosti na velikosti kruhu a také na heteroatomech v něm obsažených: pro heterocykly obsahující dusík se často používá samostatná sada bází. Pro nasycené a maximálně nenasycené heterocykly se také používají různé sady bází. Speciální báze se také někdy používají k označení částečné nenasycenosti heterocyklu. Například nasycené heterocykly bez dusíku poskytují báze [6] :
Příkladem použití různých bází při konstrukci názvů heterocyklických sloučenin mohou být nasycené heterocykly obsahující kyslík.
oxolan (běžněji: tetrahydrofuran )
oxan (běžněji: tetrahydropyran )
Substitutivní nomenklatura ( a -nomenklatura [8] ) považuje heterocyklickou sloučeninu za odpovídající karbocyklickou sloučeninu , ve které je jeden nebo více atomů uhlíku nahrazeno heteroatomy. S tímto uvážením obdrží heterocyklus název tohoto karbocyklu s předponami označujícími heteroatomy a lokanty (čísly) označujícími jejich polohu. Například pyridin se v této nomenklatuře nazývá azabenzen. Existuje mnoho předpon pro označení heteroatomů [9] , některé z nich se používají i v Hantzsch-Widmanově názvosloví . Na rozdíl od Hanch-Widmanovy nomenklatury se lokanty podle substitučního názvosloví uvádějí před každou předponou zvlášť, a ne všechny dohromady na začátku jména [10] .
Substituční názvosloví je vhodnější pro sloučeniny obsahující různé typy heterocyklů a zejména pro komplexní systémy [11] . Navíc představuje systematičtější přístup k pojmenování, protože je nutné pouze minimální přepracování již existujících pravidel názvosloví aplikovaných na karbocykly [12] .
Tento typ nomenklatury se také používá pro pojmenování heterocyklů s kladně nabitými heteroatomy. Rozdíl je v tom, že předpony jako oxa -, aza -, thia - jsou nahrazeny oxonia -, azonia -, thionia - atd. Tyto předpony v názvu přímo navazují na předpony označující nenabité heteroatomy ( oxonia - po oxa -, thionia - po thia - atd.) [13] .
Mnoho heterocyklických sloučenin obsahuje dva nebo více kondenzovaných cyklických fragmentů, takže je často nutné přiřadit název heterocyklům, pro které triviální název není akceptován . Pro tyto účely byla vyvinuta nomenklatura kondenzovaných heterocyklů, která je zahrnuta v obecné nomenklatuře kondenzovaných kruhových systémů [14] . Podle doporučení této nomenklatury je kondenzovaný heterocyklický systém rozdělen na dva nebo více konstitučních heterocyklů a karbocyklů, přičemž každá z částí dostává samostatný název, po kterém jsou tyto názvy spojeny do názvu kondenzovaného heterocyklu s uvedením míst, kde kruhy jsou členěné, což naznačuje, pokud existují, přemosťující atomy a skupiny.
Volba hlavního cykluPokud fúzovanou heterocyklickou sloučeninu nelze nazvat triviálním názvem přijatým IUPAC (například indol ), musí se rozdělit na menší složky a každá složka by měla být pojmenována samostatně. V tomto případě je nutné určit, která z nich je hlavní a která je vedlejší: hlavní složka je označena jako kořen názvu a vedlejší složka je označena jako předpona. Pro určení hlavního cyklu se používá sada pravidel, která jsou postupně, jedno po druhém, aplikována na spoj, dokud některé neumožňuje rozlišit hlavní a vedlejší cyklus [15] .
| Číslo | pravidlo | Ilustrace [K 3] |
|---|---|---|
| jeden | Pokud je ve sloučenině pouze jeden kruh obsahující atom dusíku , pak je tento cyklus hlavní. | |
| 2 | Pokud v obou cyklech není atom dusíku, pak je hlavním cyklem ten, jehož heteroatom je starší (podle tabulky předpon z Hantzsch-Widmanovy nomenklatury). | |
| 3 | Pokud se molekula skládá z více než dvou cyklů, pak se za hlavní považuje složka obsahující větší počet cyklů . | |
| čtyři | Pokud mají dva cykly různé velikosti, pak je větší cyklus považován za hlavní . | |
| 5 | Pokud mají cykly různý počet heteroatomů , pak se za hlavní považuje cyklus, pro který je tento počet větší. | |
| 6 | Pokud cykly obsahují stejný počet heteroatomů, pak se za hlavní považuje cyklus s větší rozmanitostí . | |
| 7 | Pokud mají cykly různé heteroatomy, pak je hlavní cyklus s vyšším atomovým počtem heteroatomů . | |
| osm | Za hlavní se považuje cyklus, ve kterém mají heteroatomy nejmenší lokanty (před spojením). |
Název cyklu, který je vybrán jako hlavní, se stane kořenem nového názvu a název vedlejšího cyklu se stane předponou. Předpona se vytvoří přidáním samohlásky -o k názvu vedlejšího heterocyklu, například pyrazin se změní na pyrazino- . Existují výjimky, u kterých je předpona tvořena zkratkou jména [17] :
Mezi předponu a kořen jsou zapsány strany, které spojují dva cykly. Za tímto účelem se strany hlavního heterocyklu označují latinskými písmeny a , b , c , d atd. (počínaje stranou, obvykle číslovanou jako 1,2-) a strany druhé složky jsou číslovány v obvyklým způsobem - pomocí lokantů tvořících se atomů (například 1, 2-, 2,3- atd.). Spojené strany se zapisují do hranatých závorek přes pomlčku a číslování strany vedlejšího heterocyklu se píše přesně v pořadí, v jakém se jeho atomy vyskytují v hlavním heterocyklu. V uvedeném příkladu je tedy číslování označeno zápisem 3,2- a nikoli 2,3-, protože při pohybu atomy hlavního heterocyklu (furanu) od prvního k pátému třetí atom nejprve se setkáme s thiofenovým kruhem a teprve potom s druhým [18] .
Názvy peri -fúzovaných heterocyklických systémů se tvoří podobným způsobem (na rozdíl od ortho -kondenzovaných heterocyklů mají cykly v peri -fúzované heterocyklické sloučenině více než jednu společnou stranu). V tomto případě je nutné vyčíslit všechny atomy a strany spoje v pořadí, v jakém se vyskytují při průchodu hlavním cyklem [19] .
Číslování fúzovaných heterocyklůPo sestavení názvu se fúzovaný heterocyklus přečísluje jako celá sloučenina. Obvykle číslování začíná od atomu sousedícího s křižovatkou cyklů, ale takovým způsobem, že heteroatom dostane nejnižší číslo. V nejistých případech by mělo být nejnižší číslo přiřazeno staršímu heteroatomu, tedy tomu, který je v tabulce prefixů podle Hantzsch-Widmanovy nomenklatury vyšší . Atomům uhlíku patřícím do dvou cyklů jsou přiřazena čísla s indexem a [20] .
Heterocyklické spirosloučeniny , které se skládají ze dvou monocyklických částí, jsou pojmenovány tak, že se k názvům odpovídajících karbocyklických spirosloučenin přidají a -předpony používané v substitučním názvosloví. V tomto případě se názvy karbocyklických spirosloučenin sestavují podle obvyklých pravidel: látka se pojmenovává podle počtu atomů uhlíku v obou cyklech s přidáním předpony spiro - a počtu atomů uhlíku v každém cyklu ( nepočítaje atom spiro) v hranatých závorkách, například spiro[4,5] dean. Číslování heterocyklu se provádí jako obvykle v případě spirosloučenin, ale tak, aby heteroatom dostal nejnižší možné číslo. V souladu s tím bude heterocyklický analog v tomto případě nazýván 1-oxaspiro[4,5]dekan [21] .
Pokud se heterocyklická spirosloučenina skládá ze složitějších spiro-spojených složek, pak jsou názvy těchto složek abecedně umístěny v hranatých závorkách a před závorkou je umístěna předpona spiro -. Poloha spiroatomu je označena pomocí lokantů mezi názvy složek spirosystému [21] .
Možná je i další možnost, kdy se větší fragment molekuly nazývá první, pak přichází fragment - spiro - a název druhého cyklického fragmentu. V případě potřeby jsou na obou stranách fragmentu - spiro - lokanty udávající polohu spiro atomu [22] .
Soubory shodných heterocyklů se nazývají tak, že se před název heterocyklu nebo radikálu umístí násobící předpona bi- , tri- , tetra- . Takový systém se čísluje stejně jako odpovídající heterocyklus a první složka souboru se čísluje čísly bez tahů, druhá jedním tahem, třetí dvěma tahy atd. Místa spojení cyklů jsou indikováno pomocí digitálních lokátorů. Ostatní strukturní rysy jsou označeny stejným způsobem jako uhlovodíkové soubory [23] .
Hetero můstky v cyklických sloučeninách mohou být označeny speciálními předponami začínajícími epi- a obsahujícími označení radikálu , který tvoří můstek. Přemosťující kyslík -O- se tedy označuje předponou epoxy -, můstek -OO- předponou epidioxy -, přemosťující síra -S- a dusík -N- předponami epithio - respektive epiimino - [24 ] . Podobná připojení byla vyvinuta pro řadu dalších heteromůstků [25] . Umístění heteromostu je označeno dvěma lokanty před předponami epi- . Charakteristickým rysem těchto předpon je, že jsou neoddělitelné od kořene jména (stejně jako předpony jako dihydro -), a proto se neřídí obecnými pravidly pro řazení předpon v abecedním pořadí [24] .
Číslování atomů v monocyklických sloučeninách je určeno polohou heteroatomu: vždy dostane první číslo. V přítomnosti několika identických heteroatomů se provádí číslování cyklu, počínaje jedním z nich, takovým způsobem, aby se získala nejmenší sada lokantů [K 4] . Pokud heterocyklus obsahuje různé heteroatomy, pak číslování začíná od vyššího heteroatomu, tj. od heteroatomu, který je výše v tabulce prefixů. Stejně jako v předchozím případě z možných možností číslování vyberte tu, která dává všem heteroatomům nejmenší sadu lokantů [26] .
Číslování kondenzovaných heterocyklických systémů je obtížnější úkol. V tomto případě je před číslováním nutné správně orientovat molekulu heterocyklu, jinak nebude možné atomy jednoznačně očíslovat. Orientační pravidla pro heterocyklické systémy se zcela shodují s pravidly pro karbocyklické sloučeniny [27] .
Při orientaci molekuly sloučeniny ji lze otáčet v rovině obrazu a také ji převracet jako stránku knihy. V tomto případě je preferovaná orientace stanovena souborem pravidel, která musí být aplikována v pořadí podle priority, dokud není učiněno jednoznačné rozhodnutí. Nejprve se snaží uspořádat strukturní vzorec tak, aby maximální počet kroužků byl ve vodorovné řadě. Poté je vzorec orientován tak, aby pravý horní kvadrant obsahoval největší počet cyklů. V tomto případě je pro větší přehlednost použita disekce podle horizontální a vertikální osy. Tyto osy jsou vedeny přes středy horizontální řady cyklů definovaných v prvním pravidle. Pokud je kterýkoli prsten rozříznut o jednu nebo dvě osy, počítá se to jako dvě poloviny nebo čtyři čtvrtiny. Například na obrázku pro pravidlo 3 pro oba vzorce je v pravém horním kvadrantu 1,75 kroužků. Pokud předchozí pravidla nedávají jednoznačnou odpověď na otázku požadované orientace, je cyklus orientován tak, aby levý dolní kvadrant obsahoval minimální počet kroužků. Konečně poslední pravidlo říká, že preferovaná orientace je taková, ve které je maximální počet kroužků nad vodorovnou řadou [28] .
| Číslo | pravidlo | Ilustrace [K 5] |
|---|---|---|
| jeden | Maximální počet kroužků ve vodorovné řadě. | |
| 2 | Maximální počet zazvonění v pravém horním kvadrantu. | |
| 3 | Minimální počet zazvonění v levém dolním kvadrantu. | |
| čtyři | Maximální počet kroužků je nad vodorovnou řadou. |
Číslování periferních atomů správně orientovaného heterocyklického systému začíná od nejvyššího kruhu, a pokud existuje několik takových kruhů, pak od pravého z nich. První číslo je přiřazeno atomu tohoto cyklu, který sousedí s křižovatkou cyklů a nachází se v krajní poloze proti směru hodinových ručiček. Číslování se provádí ve směru hodinových ručiček po obvodu celého systému. Atomy uhlíku zařazené do dvou a více cyklů nedostávají vlastní číslo, ale jsou číslovány stejně jako předchozí očíslovaný atom, s přidáním písmene a , b , c atd. [29]
Heteroatomy , které nejsou na periferii molekuly, jsou očíslovány a pokračují v numerické sekvenci stanovené v periferním číslování. V tomto případě je očíslován první heteroatom, který je blíže perifernímu atomu s nejmenším číslem. Vnitřní atomy uhlíku obdrží stejné lokanty jako periferní atomy, které jsou jim nejblíže, ale s horním indexem udávajícím počet vazeb mezi odpovídajícími vnitřními a periferními atomy. Pokud existuje možnost volby, pak se vnitřnímu atomu uhlíku přiřadí nejmenší možný lokant [30] .
Názvy jednovazných heterocyklických radikálů se tvoří z názvů odpovídajících heterocyklických sloučenin přidáním přípony - yl , například indolyl , triazolyl . Existuje však několik výjimek z tohoto pravidla [31] :
Výjimečně jsou názvy piperidino a morfolino preferovány před 1 - piperidylem a 4- morfolinylem [31] .
Názvy dvojmocných radikálů se tvoří podobným přidáním přípony -iden . K vytvoření názvů vícemocných radikálů se používají přípony -diyl , -triyl , přidané k názvu sloučeniny [31] .
Názvy radikálů odvozených od heterocyklických spirosloučenin se pojmenovávají podle obecných pravidel s přidáním přípon -yl , -diyl atd. [32]
Nejjednodušší způsob, jak složit název heterocyklického aniontu, je přidat k názvu odpovídající slovo radikál - anion (například imidazolylový anion). Tato nomenklatura je vhodná, pokud anionty samotné považujeme za jednotlivé částice. V jiných případech lze použít pravidla podobná těm, která se používají pro pojmenování radikálů. Pokud lze získat heterocyklický anion odpojením protonu (protonů) z určitého heterocyklu, pak se k názvu tohoto heterocyklu přidá koncovka -id (-diid - při odtržení dvou protonů atd.) oddělení protonů je indikováno lokantem, například imidazol-1-id. Z výsledného názvu plně nenasyceného heterocyklického aniontu lze sestavit název jeho částečně nebo plně hydrogenovaného analogu [33] .
Někdy se anionty heterocyklů tvoří, když je proton eliminován nikoli z atomu kruhu, ale ze substituentu v cyklu, například z karboxylové , hydroxylové , thiolové nebo aminoskupiny . V tomto případě jsou názvy tvořeny podle obecných pravidel pro odpovídající třídy sloučenin pomocí přípon - karboxylát , - olát , - thiolát a - aminyl (- aminid ) [34] .
Analogicky s anionty se chemie heterocyklů zabývá heterocyklickými kationty, ve kterých kladný náboj není pouze na atomech cyklu, ale také na atomech substituentů. V souladu s tím se používají různé typy nomenklatury.
Kationty, které se získávají formálním přidáním protonu k heteroatomu cyklu, se nazývají přidáním přípony -i s lokantem k názvu heterocyklu . Ve zřejmých případech je lokant volitelný (1,4-dioxanium, pyridinium). Kationty získané adicí protonu na postranní funkční skupinu se nazývají podobně (- amidium , - imidium , - nitril , - aminium ) [35] .
Kationty získané formální eliminací hydridového iontu H - z heterocyklické sloučeniny se nazývají sufixem - iliy (furan-2-ylium) [36] .
Heterocyklické kationty s nábojem na heteroatomu lze nazvat substituční nomenklaturou , nahrazující předpony jako oxa -, aza -, thia - oxonia -, azonia -, thionia - atd. [13] [37]
Pokud jsou kationtová a aniontová centra ve stejné molekule, pak se taková struktura nazývá zwitterion . Pokud jsou obě tato centra ve stejném rodičovském heterocyklu, pak jsou k názvu tohoto heterocyklu přidány výše popsané přípony, které jsou charakteristické pro názvy kationtů a aniontů, a aniontové přípony jsou umístěny za kationtovými. Pokud je jedno z iontových center na bočním substituentu označeném příponou, pak se v tomto případě použijí také příslušné přípony, jak je popsáno výše [38] .
V případě některých heterocyklických sloučenin obsahujících maximální počet dvojných vazeb může být uspořádání těchto vazeb odlišné. Z tohoto důvodu pro cykly se stejnými heteroatomy a stejnou velikostí mohou existovat izomery , které se liší v poloze dvojných vazeb. Pro rozlišení těchto izomerů byl zaveden koncept označeného vodíku, ve kterém atom cyklu, který není zahrnut do systému dvojných vazeb, to znamená, že obsahuje vodík „navíc“, je označen předponou H - s lokantem odpovídající poloze tohoto atomu. Například pro azirin existují dva izomery s různým uspořádáním dvojné vazby: pokud atom dusíku není součástí dvojné vazby (v souladu s číslováním cyklu s lokantem 1), pak je takový azirin označený jako 1 H - azirin . Podle toho se azirin, ve kterém není atom uhlíku obsažen ve dvojné vazbě, nazývá 2H - azirin [39] .
Při číslování atomů cyklu by měl označený vodík dostat co nejmenší číslo: v tom má výhodu nad nejvyšší funkční skupinou nebo valencí radikálu [40] .
Heteroatomy v heterocyklických sloučeninách mohou mít různé valence , například fosfor může být jak trojmocný, tak pětimocný. Zároveň jsou za standardní považovány valence, které se nejčastěji vyskytují v organických sloučeninách . Všechny ostatní valence se nazývají nestandardní a vyžadují zvláštní označení v názvech. Heteroatomy v nestandardních valencích se označují pomocí symbolu λ-, označujícího s ním hodnotu jeho valence, tedy počet vazeb, kterými je heteroatom spojen s jinými atomy [41] .
| Mocenství | atomy |
|---|---|
| čtyři | C , Si , Ge , Sn , Pb |
| 3 | B , N , P , As , Sb , Bi |
| 2 | O , S , Se , Te , Po |
| jeden | F , Cl , Br , I , At |
Symbol λ se nachází před názvem heterocyklu, bezprostředně za lokantem odpovídajícího heteroatomu. Pokud se lokanty nepoužívají ve standardním pravopisu, pak lze před jménem uvést potřebný lokant. V názvech kondenzovaných heterocyklických sloučenin je symbol λ nastaven pro celý systém, nikoli pro jednotlivé složky [41] .
λ-Notace je univerzální systém pro označování nestandardních valencí v chemické nomenklatuře a je aplikován nejen na heterocyklické sloučeniny [41] .