杂环化合物的命名

杂环化合物的命名*【摘要】杂环化合物类型多，数量大，在自然界分布广。杂环化合物的名称综合反映了其结构和性质信息，对每个化合物名称的准确表达是保证其信息准确无误的传递的必要条件。本文对包括单环杂环、稠合杂环、桥杂环和螺杂环等不同形式的杂环化合物的命名原则进行了系统的归纳总结。【关键词】杂环；命名；稠合杂环；桥杂环；螺杂环一、引言杂环化合物类型多，数量大，在自然界也有十分广泛的分布。具有生物活性的杂环化合物，大多在人和动物的生长发育、遗传、衰老等过程中起着关键的作用，因此系统地研究各种杂环化合物的结构和性质、存在形式和作用机制，具有十分重要的意义。杂环化合物的名称综合反映了其结构和性质信息，对每个化合物名称的准确表达是保证其信息准确无误的传递的必要条件。要准确表达杂环化合物的名称，首先应当明确其分类及各类型杂环化合物的结构特点。杂环化合物可以按不同标准进行分类：1、按环大小分（1）三元杂环：如环氧乙烷、氮丙啶（氮杂环丙烷）等（2）四元杂环：如氮杂环丁二烯等（3）五元杂环：如吡咯、吡唑、咪唑、呋喃等（4）六元杂环：如吡啶、吡喃等（5）巨杂环：如卟吩环系、大环醚（各种冠醚）、氮穴类等2、按杂原子数目分（1）含一个杂原子：如吡咯、吡啶等（2）含两个杂原子：如咪唑、噻唑、嘧啶等（3）含多个杂原子：如1,2,3-三嗪、嘌呤等3、按环形式分（1）单环杂环（2）螺环杂环：两个环共用1个环原子（3）稠合杂环：两个环共用2个环原子（4）桥环杂环：两个环共用3个或以上环原子对杂环的分类是为了便于研究，按环的形式分类更利于对其结构的表达，本文将按环形式对不同的杂环化合物的命名原则进行系统的归纳总结，希望对相关人员有一定的参考价值。*杜国顺综述，何小平校杂环化合物的命名第2页 二、杂环化合物的命名方法及一般规则（一）命名方法简介1、习惯命名法对于简单、常见的杂环化合物，通常都有固定的俗名，为了简化化学名称可采用俗名或半俗名来命名。中文名称通常取英文俗名的2或3个音节音译，并加“口”字旁标明其为杂环，另半部分表明杂原子的种类。例如，噁、噻分别表示为含氧、硫的杂环；咯、唑、嗪、啶、啉表示为含氮的杂环，这些字是根据英文字的尾音创造的，其中咯、唑表示为五元含氮杂环，嗪、啶、啉指六元含氮杂环。2、系统命名法（1）Hantzsch-Widman系统和置换命名法Hantzsch-Widman系统是由A.Hantzsch和O.Widman分别于1887年和1888年提出的单杂环命名法，昀初针对的是五元和六元含氮杂环，后来扩充至3-10元单杂环，并被IUPAC所采用。置换命名法是把杂环看作碳环中的部分环碳原子被杂原子替换而形成的环，以相应的碳环为母体，在其名称前加上杂原子的特征词头，称为“某杂（环名）”，杂原子的特征词头都以“a”字母结尾，因此又称“a”命名法。例如，与苯相应的吡啶可以看成是由N取代了苯中的CH而成，称为氮（杂）苯，喹啉称为氮（杂）萘等。（2）CA命名法CA命名法是美国化学文摘社为了检索的需要而提出的对化学物质的一种命名方法，其目的是对每一个化合物定出一个简单明确的索引名称,便于检索。根据需要常用倒转形式以提供有用的字母索引。（3）IUPAC命名法IUPAC命名法是由国际纯粹与应用化学联合会（IUPAC）规定的，其前身是1892年日内瓦国际化学会的系统命名法，昀近一次修订是在1993年。昀理想的情况是，每一种有清楚的结构式的有机化合物都可以用一个确定的名称来描述它。IUPAC命名法实际上并不是严格的系统命名法，它同时接受一些物质和基团的惯用普通命名。（4）中文系统命名法中文的系统命名法于1960年制定并公布实施，1980年中国化学会在英文IUPAC命名法的基础上，再结合汉字的特点进行了修订。（二）命名的一般规则1、有机化合物命名的基本方法有机化合物命名的一般原则对于杂环化合物的命名也同样适用，为了更好地理解杂环的命名原则，在此作一简单的归纳[1]。(1)将有机化合物的母体（链烃、环烃或杂环）系统地制定名称或给予特定名称；杂环化合物的命名第3页 (2)规定母体的位次编排法；(3)将官能团、取代基以及由母体化合物所形成的“基”、“亚基”、“次基”都给出规定的名称；(4)规定立体化学中的命名方法；(5)规定一些代表结构组分结合关系的化学介词，以及代表结构异构的形容词；(6)归纳了天然物命名的基本原则具体是以母体名称作为主体名，用介词或形容词连缀上取代基或官能团的名称，并按规定的顺序注出取代基或官能团的位次，而得到化合物的名称，对于稠合体系其组成为：基团位次号-基团名-连接组分名[数字-字母]母体组分名在杂环化合物命名还不能实现一物一名的情况下，从结构的观点出发，多数有机化合物可以有多个名称，而命名原则要求选用较简便明确的名称，包括习惯使用的俗名。2、杂环化合物命名的一般规则[2]（1）一个基团一个位次号，表位次的数字或字母应放在所指定标示的局部名称之前，并用半字线“-”连接；（1979年IUPAC：位于整体之前）例：Hept-3-ene，庚-3-烯(1979：3-Heptene，3-庚烯)（2）逗号用以隔开位次各数字或字母或稠环边号；abcdefghijdibenzo[a,j]anthracene二苯并[a,j]蒽（3）圆点一般专用于桥环或螺环系中分开桥墩数或表示螺的大小；123456789101112tricyclo[4.3.2.1]dodecane三环[4.3.2.1]十二烷O123456782-oxadispiro[3.0.3.2]decane2-氧杂二螺[3.0.3.2]癸烷910（4）冒号用于分开相关平行的位次组，如果要求分开较高一级的位次就得用分号；OOa'b'c'1'2'3'4'ab12341''2''3''4''5''6''benzo[1'',2'':3,4;4'',5'':3',4']dicyclobuta[1,2-b:1',2'-c']difuran苯并[1'',2'':3,4;4'',5'':3',4']二环丁[1,2-b:1',2'-c']二呋喃OOO121'2'3'4'1''2''2,2':4',2''-terfuran2,2':4',2''-三联呋喃（5）短横线用于连接和分隔数字或字母位次与所定的局部名，连接不同部分名称，连接稠合环系以指定位置，连接立体描述修饰符与命名；（6）圆括号、方括号和花括号依次用于化合物名称中，一般表示结构中的一个整体。方括号主要用于描述稠环位次、桥环中的桥墩数、螺环中环的大小；杂环化合物的命名第4页 OOab1232H-furano[3,2-b]pyran2H-呋喃[3,2-b]吡喃12345678tricyclo[3.2.1.0]octane三环[3.2.1.0]辛烷O123456789106-oxaspiro[4.5]decane6-氧杂螺[4.5]癸烷（7）斜体字母：稠环中用小写斜体字母表示稠合边，桥环中表示构型的endo-、exo-，元素符号用斜体表示其位置；（8）元音的省略：词头昀后的“-a”在紧接词的昀前由a-、e-、o-、y-开头时则一般应省略，但在联接命名、置换命名、复合前缀中不能省略，在加倍母体中的数词前缀、取代基前缀名之前的倍数前缀、纯修饰前缀连接处、稠环中连接处不能省略。（9）各基团的书写顺序按英文字母顺序，而不是基团大小的优先次序，但多杂原子的前缀以卤族、氧族、氮族、碳族的顺序。3、相关定义（1）邻位稠合与迫位稠合邻位稠合(单边稠，ortho-fused)：两个环共用2个环原子和1根键迫位稠合(单边互稠，ortho-andperi-fused)：多个环彼此以单边稠形式互相稠合。NNH（2）桥如果一个原子或基团满足以下条件中的一个或多个就可称为桥[3]：a.连接稠环系统中同一环上不相邻的两个或多个位置；b.连接稠环系统中不同环上的两个或多个位置且不形成新的邻位(ortho-)或迫位(peri-)稠合环；c.将稠环系统中的环连接到前述桥上但不属于所连接的桥的一部分；d.连接稠合系统中共用键的末端原子；e.在命名中必须而仅用ortho-和peri-又不能对稠合系统完全命名。O条件a条件b条件c条件d条件eNN788,7-(azenoetheno)cyclohepta[4,5]cycloocta[1,2-b]pyridine（3）二价桥与多价桥二价桥是指以单键连接两个不同的位置的桥杂环化合物的命名第5页 多价桥是指以三个或以上的单键或相同键数的重键连接稠环系统中两个或以上位置的桥。多价桥有时可看成由简单桥和非独立桥组成三价桥三价桥二价桥三价桥O（4）独立桥与非独立桥独立桥是指仅连接稠合系统的两个或多个位置的桥。非独立桥是指连接稠环系统的一个或几个位置到一个或几个独立桥的部分，它不能作为更大桥的一部分。1234567891011121314甲三基C14是一个非独立桥丙[1,2,3]三基C11-13是一个独立桥（5）螺合螺合指体系中两个或多个环仅有一个共用的环原子，且这些环之间没有桥连接。（6）稠合原子、周环原子、内部原子、桥头原子和螺原子稠合原子：为2个或多个环共用的原子周环原子：形成稠合体系外周的原子内部原子：稠合体系中不是周环原子的任何稠合原子桥头原子：桥连接部位的原子螺原子：连接2个或多个螺环的原子稠合原子周环原子内部原子桥头原子螺原子NHO（7）母体部分、连接部分和中间母体部分母体组分也称为基本组分或基本环，位于稠合体系名称的昀后，可以是单杂环或多杂环。连接组分是稠合体系中不能包括在母体组分中，而作为稠合前缀的组分，直接与母体组分稠合的前缀称为第一稠合前缀（连接组分），其余依次称为第二、第三…稠合前缀（连接组分），分别表示与第一、第二…稠合前缀（连接组分）稠合。如果稠合体系有两个或多个母体组分与同一组分稠合，则后者称为中间母体组分。NOpyrano[2',3':4,5]cyclohepta[1,2-g]quinoline吡喃并[2',3':4,5]环庚三烯并[1,2-g]喹啉母体组分:喹啉第一稠合前缀:环庚三烯第二稠合前缀:吡喃NNbenzo[1,2-d:4,5-d']bisazepine母体组分:吖庚英中间母体组分:苯杂环化合物的命名第6页 benzo[1'',2'':3,4;4'',5'':3',4']dicyclobuta[1,2-d:1',2'-d']bisazepine母体组分:吖庚英第一中间母体组分:环丁二烯第二中间母体组分:苯NN三、单杂环的命名对于单杂环化合物的命名，IUPAC采纳Hantzsch-Widman系统命名法，并进行了适当延伸。[4]1、含有一个或多个表1所列杂元素的十元环以内的单杂环化合物的命名,可由表1的词首加表2的词尾组成，词首后遇元音时,省略其昀后一个“a-”。在含有昀高数不相连双键的不饱和单杂环中,在两个以单键相连的环原子上的氢原子至少有一个用特指氢来表征。六元环的词尾采用（环中）排在昀后面的一个元素的词尾,例如“dioxazine”的词尾为“-ine”。四元和五元杂环上只留一个双键时，有特殊的词尾：杂环成员含氮杂环不含氮杂环4-etine-etene5-o1ine-oleneN(1Z,3Z,5Z)-2H-azepine2H-氮杂环庚三烯Sthiocane硫杂环辛烷SeOoxirane环氧乙烷selenolane硒杂环戊烷 HNHAs1,2-azarsetineaz(a)-ars(a)-etineSiH2343-silolenesil(a)-olene  表1Hantzsch-Widman命名系统的杂元素词首元素价数词首元素价数词首氟1Fluora-1砷3Arsa-2氯1Chlora-1锑3Stiba-2溴1Broma-1铋3Bisma-碘1Ioda-*硅4Sila-氧2Oxa-锗4Germa-硫2Thia-锡4Stanna-硒2Selena-铅4Plumba-碲2Tellura-硼3Bora-氮3Aza-汞2Mercura-磷3Phospha-2*注：1.卤素词首用来命名含卤阳离子或非标准价态卤素的单杂环化合物。2.若紧跟的是“