Учебник. 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:

  1. Максимальное число функциональных заместителей.
  2. Максимальное число кратных связей.
  3. Максимальная протяженность.
  4. 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	углеводорода	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)

Алканы ациклопического ряда C_nH_2n+2

Пример. Назвать все изомеры гексана.

1. н-гексан
                    
2. 2-метилпентан
                 
3. 3-метилпентан
                 
4. 2,3-диметилбутан
                 
5. 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

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 C₃, 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 C₆H₁₂ возможны две устойчивые конформации: в форме кресла (а) и в форме ванны (б):