Nomenklatur verzweigter Alkane

ORGANISCHE EXPERIMENTALCHEMIESS 2009PROF. GLORIUSVERKÜRZTE NomenklaturregelnDieses kurze Handout soll Ihnen das Erlernen der Nomenklatur erleichtern, für Fehlerfreiheitwird keine Haftung übernommen; daher unbedingt ein Lehrbuch zur Hand nehmen, z. B.Hellwinkel: Die systematische Nomenklatur der organischen Chemie – EineGebrauchsanweisung, 5. Auflage, Springer 2005 (20 Euro).Hellwich: Chemische Nomenklatur. Die systematische Benennung organischerVerbindungen, Govi-Verlag, 2. Auflage 2002 (20 Euro).Nomenklatur verzweigter Alkane1. Regel: Suchen Sie die längste Kohlenstoffkette (Stammkohlenwasserstoff) und benennenSie sie.2. Regel: Bestimmen Sie die Namen der an die längste Kette gebundenen Alkylgruppen.3. Regel: Nummerieren Sie die Kohlenstoffatome der längsten Kette von dem Ende, das demSubstituenten am nächsten ist.4. Regel: Aufbau des Namens: (1. Nummer des Kohlenstoffs, an das der Substituentgebunden ist) (2. Bindestrich) (3. Anzahl dieses Substituenten im Molekül) (4. Name derSeitenkette; bei mehreren Substituenten in alphabetischer Reihenfolge) (5. Name desStammalkans).Bsp.:H 3 C IoderI1 31 32 42 4FIodmethan2-Methylbutan2-Fluorbutan32187654321(3)(2)(1)4567894-Ethyl-3,4-dimethyloctan4-(1-Ethylpropyl)-2,3,5-trimethylnonan(ein komplizierter Fall!)Zusatzinformationen:Zahlwörter: Mono (1), Di (2), Tri (3), Tetra (4), Penta (5), Hexa (6), Hepta (7), Octa (8).

ORGANISCHE EXPERIMENTALCHEMIESS 2009PROF. GLORIUSStammnamen gesättigter Kohlenwasserstoffe (C n H 2n+2 ) (die ersten vier Namen sindTrivialnamen, danach geht es systematisch weiter: “Griechisches/lateinisches Zahlwort oderentsprechendes Fragment, gefolgt von Endung “an”): Methan (CH 4 ), Ethan (C 2 H 6 ), Propan(C 3 H 8 ), Butan (C 4 H 10 ), Pentan (C 5 ), Hexan (C 6 ), Heptan (C 7 ), Octan (C 8 ), Nonan (C 9 ), Decan(C 10 ), Undecan (C 11 ), Dodecan (C 12 ), …Die Namen längerer Kohlenwasserstoffe ergeben sich aus den Fragmenten der folgendenTabelle (beachten Sie dabei diese zwei Ausnahmen: Icosan (C 20 ), Henicosan (C 21 )): Docosan(C 22 ), Tricosan (C 23 ),…Triacontan (C 30 ), Hentriacontan (C 31 ), Dotriacontan (C 32 ),Tritriacontan (C 33 ),…Octanonacontan (C 98 ),…Vorsilbe für Einer Silbe für Zehner Endung (Suffix)1 Hen- 10 -decan -2 Do- 20 -cosan -3 Tri- 30 -tria- -contan4 Tetra- 40 -tetra- -contan5 Penta- 50 -penta- -contan6 Hexa- 60 -hexa- -contan7 Hepta- 70 -hepta- -contan8 Octa- 80 -octa- -contan9 Nona- 90 -nona- -contanWichtig: „Hexan“ bedeutet C 6 H 14 . In „2-Methylhexan“ bedeutet der Stammname „hexan“allerdings nur, dass die längste Kohlenstoffkette 6 Kohlenstoffatome lang ist.Endung „yl“: Der Name der Substituenten wird aus dem Stammnamen gebildet durchAustauschen der Endung „an“ gegen „yl“.„hexyl“ bedeutet z. B., dass eine C 6 H 13 -Kette als Substituent vorliegt.Eine angehängte CH 3 -Gruppe ist eine Methylgruppe,eine C 2 H 5 -Gruppe heißt Ethyl,eine C 3 H 7 -Gruppe Propyl,eine C 4 H 9 -Gruppe Butyl.Also lauten die Substituenten (jeweils C n H 2n+1 ): Methyl (CH 3 ), Ethyl (C 2 H 5 ), Propyl (C 3 H 7 ),Butyl (C 4 H 9 ), Pentyl, Hexyl, Heptyl, Octyl, Nonyl, Decyl, Undecyl…

ORGANISCHE EXPERIMENTALCHEMIESS 2009PROF. GLORIUSDie Endung „ylen“ steht für den Verlust von zwei Wasserstoffen im Vergleich zumStammalkan (jeweils C n H 2n ): Methylen (CH 2 ), Ethylen (C 2 H 4 ), Propylen (C 3 H 6 ),…Nomenklatur funktionalisierter VerbindungenDabei gelten grundsätzlich die oben angegebenen Regeln. Allerdings ist der Stammnamenicht mehr zwangsläufig von der längsten Kohlenstoffkette abgeleitet. Vielmehr wird derStammname so gewählt, dass er die längste Kohlenstoffkette angibt, die die Funktionalität mitder höchsten Priorität enthält (siehe Prioritätstabelle auf der letzten Seite). Die Endung desNamens (Suffix) wird von der Funktionalität bestimmt, die die höchste Priorität besitzt (sieheletzte Seite).Bsp.:CH 3 CH 2 CHOoderOHPropanalDie Aldehydgruppe wird auchals CHO-Gruppe dargestellt,aber niemals als COH-Gruppe!Cl4321O4-ChlorbutanalH543O21OH3-Oxopentanal(die Aldehydgruppe besitzteine höhere Priorität alsdie Ketogruppe)OOOHBrOH7-Hydroxy-7-methyl-3-nonen-2-on(in diesem Namen fehlt noch die Beschreibungder Doppelbindungsgeometrie)2-BrompropansäureEinige Gruppen, die durch Präfix benannt werden:Substituent Name Substituent Name-F Fluor- =N 2 Diazo--Cl Chlor- -N 3 Azido--Br Brom- -NO 2 Nitro--I Iod- -NCO Isocyanato--OR(R-)oxy--NCSIsothiocyanatoz.B. „Methyloxy“--SR(R-)sulfanyl-

ORGANISCHE EXPERIMENTALCHEMIESS 2009PROF. GLORIUSNomenklatur von Alkenen und AlkinenDie Position der Doppel- oder Dreifachbindung muss eindeutig festgelegt werden und zwardurch den Kohlenstoff an dem die Doppel- oder Dreifachbindung beginnt.Zudem muß bei Doppelbindungen die Geometrie der Doppelbindung angegeben werden (cistrans/(E)-(Z)).Für die E/Z-Nomenklatur wird zunächst an jedem der beiden Doppelbindungsendender Substituent mit der höchsten Priorität bestimmt. Die Inspektion der Substituentenauf jeder Doppelbindungshälfte erfolgt nach dem CIP-System (Cahn-Ingold-Prelog) undergibt die Prioritäten (Ordnungszahlen!). E oder Z beschreibt dann die Lage dieser beidenSubstituenten: E heißt, dass diese auf verschiedenen Seiten der Doppelbindung sind(entgegen), Z bedeutet, dass sie auf der gleichen Seite sind (zusammen). Die Lage undDoppelbindungskonfiguration werden vor dem systematischen Namen in Klammer gesetzt.Beispiele:Cl42 13HChlor besitzt an C2 die höchste PrioritätKohlenstoff besitzt an C3 die höchste Priorität1232-Methylpent-2-en45123(E)-2-Pentenodertrans-2-Penten454321-ButinDiese Substituenten höchster Prioritätsind auf der gleichenDoppelbindungsseite, also handelt essich um (Z)-2-Chlor-2-butenHO1123455-Hexin-2-ol621CO 2 H34 5(E)-7-Chlor-6-hydroxy-2-propylhepta-2-en-4-insäureDie Säure kann nur am Ende einer Kette stehen!Cl67OHNomenklatur von polycyclischen VerbindungenBei polycyclischen Verbindungen wird die Anzahl (griech. Zahlwort) der Cyclen (z. B.„Bicyclo-„ oder „Tricyclo-„) vor die Anzahl der Brücken (in eckigen Klammern) gesetzt (z.B. „Bicyclo[2.1.0]“), bevor dann der Stammname mit der funktionellen Gruppe folgt. DieAnzahl der Brückenglieder wird absteigend geordnet.Bicyclo[2.2.1]heptanBicyclo[4.4.0]decan

ORGANISCHE EXPERIMENTALCHEMIESS 2009PROF. GLORIUSEinige stereochemische BegriffeEpimere: Diastereomere, die sich nur in der Konfiguration an einem Chiralitätszentrumunterscheiden.Anomere: Besondere Form von Epimeren, die sich in ihrer Konfiguration am anomerenKohlenstoff unterscheiden (z. B. Zuckerhalbacetalform). Anomere existieren häufig in einemdynamischen Gleichgewicht.E-/Z-Nomenklatur zur Beschreibung von Doppelbindungsgeometrien (E = Entgegen, Z =Zusammen); Prioritäten nach CIP. Verwendung auch für Bindungsordnungen zwischen 1 und2, sowie für C=Heteroatom oder Heteroatom=Heteroatom-Bindungen zugelassen. Nichtzulässig für relative Stereochemie an Cyclen (siehe hierfür cis und trans).cis (diesseitig) und trans (jenseitig): Wird zur Beschreibung der Geometrie 1,2-disubstituierter Doppelbindungen und bei zweifach substituierten Ringsystemen verwendet,um die relative Anordnung dieser Substituenten zueinander zu beschreiben.HOHO Br BrBrHOHOtrans cis trans cishier versagt diecis/trans-Nomenklatur,daher: ZEine ähnliche Bedeutung wie cis und trans besitzen syn (auf der gleichen Seite einerReferenzebene) und anti (auf verschiedenen Seiten), allerdings sind diese Begriffe nichtsynonym! Syn und anti werden zum einen verwendet, um die Art der Addition oderEliminierung zu beschreiben (z.B. addierte Gruppen auf der gleichen (syn-Addition) oder aufverschiedenen Seiten (anti-Addition)).Weiterhin dienen syn und anti auch der Beschreibung der relativen Konfigurationoffenkettiger Moleküle. Dabei wird das Kohlenstoffgerüst als horizontale Zick-Zack-Kettedargestellt. Befinden sich die Substituenten, deren relative Anordnung zueinanderbeschrieben werden soll, auf der gleichen Seite, handelt es sich um syn, ansonsten um anti.Geeignet sind auch die von den Zuckern abgeleiteten Begriffe threo (statt syn) und erythro(statt anti).OOHOOHOHOMeH+ Br 2BrOHOHHOHMeBrsynantiantianti-Addition

ORGANISCHE EXPERIMENTALCHEMIESS 2009PROF. GLORIUSNomenklatur von chiralen VerbindungenR-/S-Nomenklatur/CIP-Nomenklatur: Heute verwendet man zur Benennung vonStereozentren meist die CIP-Nomenklatur nach Cahn, Ingold und Prelog. Hierbei wird diePriorität der vier Substituenten nach dem CIP-System festgelegt, wobei die Ordnungszahl(OZ) das bestimmende Rangordnungskriterium ist: höhere OZ = höhere Priorität:1.) Zunächst entscheidet die OZ der vier direkt am zu bestimmenden Stereozentrumbefestigten Atome (1. Schale). Hierbei gilt also I > Br > SO 3 H > F > OH > CH 3 > H.2.) Bei Isotopen entscheidet das Atomgewicht, also D > H.3.) Unterscheiden sich die Atome der ersten Schale nicht, müssen deren Substituenten überdie Priorität entscheiden. Bei gleichen Atomen höchster Priorität entscheidet dann derSubstitutionsgrad, also deren Anzahl in den einzelnen Substituenten. Somit: CCl 3 > COCl >COOR > COOH > CONH 2 > COR > CHO.4.) Mehrfachbindungen werden durch Verdoppelung oder Verdreifachung unter Anbringungvon Phantomatomen dargestellt. An die Enden der neuen Einfachbindung wird jeweiols dasdoppelt gebundene Partneratom noch einmal einfach gebunden angehängt:Owird zuOCOwird zuCCCCwird zuCCwird zuCCCCCNach Prioritätszuordnung wird dieses tetraedrische Kohlenstoffatom derart „gedreht“, dassder Substituent mit der niedrigsten Priorität nach hinten (also vom Betrachter weg) zeigt. DieAbfolge nach abnehmender Priorität der anderen drei Substituenten entspricht dann einerRotation im Uhrzeigersinn (nach rechts: (R)-Konfiguration; von rectus = rechts) oderentgegen dem Uhrzeigersinn (nach links: (S)-Konfiguration; von sinister = links). Die Lageund Konfiguration werden vor dem systematischen Namen in Klammern (im Druck kursiv)angegeben.dab c(S)Priorität: a>b>c>ddac b(R)Die beiden Moleküle werden von rechts betrachtet, da ddie kleinste Priorität hat.

ORGANISCHE EXPERIMENTALCHEMIESS 2009PROF. GLORIUS(b)(d)H(a)Br(c)(d)H(b)OH(a)(c)(R)NH 2NH 2(R)(S)(R)Nochmal: Kann man durch Betrachtung der Atome direkt am Stereozentrum keineEntscheidung bezüglich der Prioritäten fällen, so vergleicht man die korrespondierendenSphären/“Schalen“. Zuerst vergleicht man die Atome in der ersten Schale. Dann geht man indie zweite Schale etc. Hierbei folgt man immer dem Weg auf dem die höheren Prioritätenerreicht werden.Das unten stehende, etwas komplexere Beispiel verdeutlicht, dass man immer dem Wegentlang der höheren Prioritäten folgt. Der Weg wird durch die Br- bzw. F-Atome in derzweiten Schale festgelegt. Man muss den Weg nehmen, der über die höher priorisiertenAtome führt.Bestimmt die PrioritätHHHCClBrCHBestimmt den WegHCBrHCBrHFHFHHC C C C C C CHIHHDHHClba1. Schale2. Schale3. Schalea besitzt eine höhere Priorität als bWeiterführende Regeln und Beispiele der R-/S-Nomenklatur: Auch cyclischeVerbindungen müssen aufgelöst werden. Man überführt diese in eine acyclischeBaumstruktur. Hierbei geht man vom Knotenpunkt (z. B. dem Stereozentrum) in beideRichtungen bis der Verzweigungspunkt wieder erreicht ist. An dieser Stelle wird die cyclischeStruktur geöffnet und ein Phantomatom eingeführt, dass dem Knotenatom entspricht. DasPhantomatom hat dabei eine geringere Priorität als ein reales Atom, aber es ist höhergewichtet als ein Atom kleinerer OZ. Das wird am Beispiel unten deutlich.

ORGANISCHE EXPERIMENTALCHEMIESS 2009PROF. GLORIUSDer Phantomligand fällt zurück, da(C) < C real. Das entscheidet zwischen c und dbOCH 2 -O-CH 2 -CH 3CH 2 -CH 2 -O-CH 2 -CH 3CH 2 -O-CH 2 -CH 3(C)-H 2 C-O-H 2 C-H 2 C C CH 2 -CH 2 -O-CH 2 -CH 3d CH 2cOCH 2CH 2a (C)zwischen a und b entscheidet der hypothetische Ligandweil er present ist. (C) > HEin weiteres Beispiel, das die Auflösung von Ringstrukturen untermauert:cCH(n-C 5 H 11 ) CH[(CH 22 ) 4 -CH 3 ] 2C 6 H 13 b (CH 2 ) 5 -(C)(C 6 H 13 ) 2 HC a C C CHC 6 H 13(CH 2 ) 5 -(C)HdWie geht man mit Phenylringen um? Auch diese müssen aufgelöst werden. Zuerst ergänztman mit Phantomatomen gemäß der Doppelbindungsregel, dann schneidet man den Ring auf.C *C(C)(C)(C)(C)(C)(C)(C) (C) (C) (C) (C)HCC CHCCH(C)HCCHHCCHHCCHHC(C)(C)(C) (C) (C) (C) (C)Fischer-NomenklaturDie Darstellung von Verbindungen mit einem oder mehreren Chiralitätszentren kann durchdie Fischer-Projektion (Emil Fischer) erfolgen: Hierbei wird die Kohlenstoff-Hauptkette, dielängste Kohlenstoffkette, vertikal angeordnet. Das C-Atom mit der höchsten Oxidationsstufewird nach oben geschrieben und erhält damit die niedrigste Stellungsziffer.Übereinkunftsgemäss zeigen in der Firscherprojektion die vertikalen Bindungen nach hinten,

ORGANISCHE EXPERIMENTALCHEMIESS 2009PROF. GLORIUSdie horizontalen Bindungen kommen aus der Papierebene nach vorne heraus. Unten wird dasPrinzip am Beispiel des Glyceraldehyds verdeutlicht:Bsp.: einfachster Zucker: Glyceraldehyd (in Fischer-Projektion)HOCHOHCH 2 OHHOCHOHCH 2 OHvgl.HCHOOHCH 2 OHLDL, D : Bezeichnet, ob am stereogenen Zentrum, welches am weitesten vom höchstoxidiertenC-Atom entfernt ist, die OH- oder eine andere Gruppe links (L, von laevulus = links) oderrechts (D, dexter = rechts) steht. Die planare Fischer-Projektion wird heute nur noch fürAminosäuren und Zucker verwendet.In einer Zeit, da keine Methoden zur Bestimmung der absoluten Konfiguration existierten, hatEmil Fischer dem rechtsdrehenden (α)-Glyceraldehyd willkürlich die D-Konfigurationzugeordnet. Die von D-Glyceraldehyd abgeleiteten chiralen Verbindungen wurden ebenfallsals D-Enantiomere bezeichnet, ebenso wie die aus L-Glyceraldehyd erhaltenen als L-Enantiomer bezeichnet wurden. Hierdurch war ein nützliches Relativsystem der Stereochemiegeboren und man konnte anderen Wissenschaftlern eindeutig mitteilen, welches Enantiomerverwendet wurde. Bis heute ist die Bestimmung der absoluten Konfiguration einerVerbindungen kein triviales Unterfangen und es dauerte nach der Fischerschen Festlegungnoch 50 Jahre, bis einer chiralen Verbindung eindeutig die absolute Konfiguration zugeordnetwurde, wobei sich herausstellte, dass Fischers Zuordnung sogar der echten Stereochemieentspricht.Anmerkung: Man sollte die L/D-Nomenklatur nicht mit den kleinen Buchstaben l und dverwechseln, die oft nur den Drehsinn angeben, allerdings nicht verwendet werden sollten.Zucker haben in der Regel mehr als ein stereogenes C-Atom. Für die Zuordnung zur L und DReihe der Zucker schreibt man die Hauptkette vertikal und betrachtet nur dasChiralitätszentrum, das vom höchstoxidierten C-Atom am weitesten entfernt ist. Vielenatürlich vorkommende Zucker sind D-konfiguriert wie z. B. β-D-Glucose oder β-D-Desoxyribose. Die relative Konfiguration von Glucose wurde ebenfalls erstmals von EmilFischer aufgeklärt – eine Meisterleistung.D-Serie der Zucker (rot hervorgehoben die neu eingefügte CH(OH)-Gruppe):

ORGANISCHE EXPERIMENTALCHEMIESS 2009PROF. GLORIUSCHOH OHH OHOHD-ErythroseHCHOOHOHD-GlyceraldehydCHOHO HH OHOHD-ThreoseCHOH OHH OHH OHOHCHOHO HH OHH OHOHCHOH OHHO HH OHOHCHOHO HHO HH OHOHD-Ribose D-Arabinose D-Xylose D-LyxoseCHOH OHH OHH OHH OHOHCHOHO HH OHH OHH OHOHCHOH OHHO HH OHH OHOHCHOHO HHO HH OHH OHOHCHOH OHH OHHO HH OHOHCHOHO HH OHHO HH OHOHCHOH OHHO HHO HH OHOHCHOHO HHO HHO HH OHOHD-Allose D-Altrose D-Glucose D-Mannose D-Gulose D-Idose D-Galactose D-TaloseAuch Aminosäuren werden heute noch mit L oder D angegeben. Die natürlichenAminosäuren sind meistens L-konfiguriert:COOHH 2 N HRα-L-AminosäureCOOHH NH 2Rα-D-Aminosäure

ORGANISCHE EXPERIMENTALCHEMIESS 2009PROF. GLORIUSNomenklatur für AminosäurenDie proteinogenen L-α-Aminosäuren besitzen alle die gleiche räumliche Orientierung undkönnen daher durch eine allgemeine Formel dargestellt werden. Mit Ausnahme von Cysteinhaben alle diese Aminosäure zudem die S-Konfiguration. Da sich bei Cystein diePrioritätenreihenfolge aufgrund des Schwefelsubstituenten ändert, besitzt es R-Konfiguration.COOHH 2 N HRα-L-AminosäureaH 2 NbCOOHHdRcS-Aminosäuren(außer R = CH 2 SH)caCOOHH 2 N Hdb SHR-CysteinÜbersicht über die proteinogenen α-Aminosäuren:

ORGANISCHE EXPERIMENTALCHEMIESS 2009PROF. GLORIUS(Trivial-)Namen wichtiger Verbindungena) Wichtige Lösungsmittel:H 2 OWasserMeOH EtOHMethanol Ethanolpolar protischOOHEssigsäureMeCNAcetonitrilOSDimethylsulfoxidoderDMSOHONN,N-DimethylformamidoderDMFpolar aprotischOAcetonCH 2 Cl 2CHCl 3OODichlormethanoderMethylenchloridOChloroformDiethyletherOMethyl-tertbutyletheroderMTBETetrahydrofuranoderTHFNEt 3Triethylaminmäßig polarOEssigsäureethylesteroderEthylacetatBenzolToluolCyclohexanHexanPentanunpolarb) Wichtigste Heterocyclen:N NHHNPyridin Indol PyrrolOFuranSThiophen

CarbonsäurenVerbindungsklasseCarbonsäureanhydrideCarbonsäureester- -säure-ylester-- -säure-N,N-ylylamidAlkoxycarbonylAryloxycarbonylformylCarbamoyl-Nitrile R C N - -säurenitril Cyano-AldehydeKetoneOR HORR-al -al Formyl--on -on Oxo-Alkohole R OH -ol -ol Hydroxy-Phenole OH -ol -ol Hydroxy-Thiole R SH -thiol -thiol Mercapto-AlkeneAlkineAmine R NH 2 -ylamin -ylamin Amino-EtherO R R'ylyletherHalogenverbindungenCycloalkaneHRRH-en -en enyl-H R -in -in inylR X - - --an,Präfix:cycloCyclo-anCycloAlkane R H -an -an yl-Niedrige PrioritätDabei steht R für Alkyl und X für Halogen (F, Cl, Br, I). Der korrekte Gebrauch der Suffixe (-al, -on, -ol, -ylamin, -en, -in, -an,…) ist derSchlüssel zur richtigen Nomenklatur organischer Verbindungen.yl-