Химическая номенклатура — это набор правил для создания систематических названий химических соединений . Номенклатура, используемая чаще всего в мире, создана и разработана Международным союзом теоретической и прикладной химии (ИЮПАК).
Номенклатура ИЮПАК гарантирует, что каждое соединение (и его различные изомеры ) имеют только одно официально принятое название, известное как систематическое название ИЮПАК , однако некоторые соединения могут иметь альтернативные названия, которые также приняты, известные как предпочтительное название ИЮПАК , которое обычно берется из общепринятого названия этого соединения. Предпочтительно, чтобы название также отражало структуру или химию соединения.
Например, основным компонентом белого уксуса является CH
3COOH , которую обычно называют уксусной кислотой , и это также ее рекомендуемое название по ИЮПАК, но ее официальное систематическое название по ИЮПАК — этановая кислота.
Правила ИЮПАК по наименованию органических и неорганических соединений содержатся в двух публикациях, известных как Синяя книга [1] [2] и Красная книга [3] соответственно. Третья публикация, известная как Зеленая книга [ 4], рекомендует использовать символы для физических величин (совместно с ИЮПАП ), а четвертая, Золотая книга [5], определяет многие технические термины, используемые в химии. Аналогичные сборники существуют для биохимии [6] ( Белая книга , совместно с ИЮБМБ ) , аналитической химии [7] ( Оранжевая книга ), макромолекулярной химии [8] ( Пурпурная книга ) и клинической химии [9] ( Серебряная книга ). Эти «цветные книги» дополняются конкретными рекомендациями, периодически публикуемыми в журнале Pure and Applied Chemistry .
Основная цель химической номенклатуры — устранить неоднозначность в устных и письменных названиях химических соединений: каждое название должно относиться к одному соединению. Во-вторых, каждое соединение должно иметь только одно название, хотя в некоторых случаях принимаются некоторые альтернативные названия.
Предпочтительно, чтобы название также отражало структуру или химию соединения. Это достигается с помощью номенклатуры Международного химического идентификатора (InChI). Однако номенклатура номеров CAS Американского химического общества не отражает структуру соединения.
Используемая номенклатура зависит от потребностей пользователя, поэтому не существует единственно правильной номенклатуры. Скорее, для разных обстоятельств подходят разные номенклатуры.
Общее название успешно идентифицирует химическое соединение, учитывая контекст. Без контекста название должно указывать по крайней мере на химический состав . Чтобы быть более конкретным, название может потребовать представления трехмерного расположения атомов. Это требует добавления дополнительных правил в стандартную систему IUPAC ( система Chemical Abstracts Service (CAS) является наиболее часто используемой в этом контексте) за счет наличия имен, которые длиннее и менее знакомы.
Система IUPAC часто критикуется за неспособность различать соответствующие соединения (например, за различную реактивность аллотропов серы , которые IUPAC не различает). Хотя IUPAC имеет преимущество в удобстве чтения человеком по сравнению с нумерацией CAS, названия IUPAC для некоторых более крупных, соответствующих молекул (таких как рапамицин ) едва ли доступны для чтения человеком, поэтому вместо них используются общие названия.
Обычно считается, что цели лексикографии и химической номенклатуры различаются и в некоторой степени противоречат друг другу. Словари слов, как в традиционной печати, так и в Интернете, собирают и сообщают значения слов по мере их использования и изменения с течением времени. Для интернет-словарей с ограниченным или отсутствующим формальным процессом редактирования определения — в данном случае определения химических названий и терминов — могут быстро меняться без учета формальных или исторических значений. Однако химическая номенклатура (с номенклатурой ИЮПАК в качестве лучшего примера) обязательно более ограничительна: ее цель — стандартизировать коммуникацию и практику, чтобы при использовании химического термина он имел фиксированное значение, связанное с химической структурой, тем самым давая представление о химических свойствах и производных молекулярных функциях. Эти различные цели могут влиять на понимание, особенно в отношении химических классов, которые привлекли внимание общественности. Примеры их влияния следующие:
Быстрый темп, с которым значения могут меняться в Интернете, в частности, для химических соединений с предполагаемой пользой для здоровья, приписываемых правильно или неправильно, усложняет моносемию номенклатуры (и, следовательно, доступ к пониманию SAR). Конкретные примеры приведены в статье о полифенолах , где различные определения в Интернете и общепринятые определения противоречат любой принятой химической номенклатуре, связывающей структуру полифенола и биологическую активность .
Номенклатура алхимии является описательной, но не отражает эффективно функции, упомянутые выше. Мнения расходятся относительно того, было ли это преднамеренным со стороны ранних практиков алхимии или же это было следствием особых (и часто эзотерических) теорий, в соответствии с которыми они работали. Хотя оба объяснения, вероятно, в какой-то степени верны, примечательно, что первая «современная» система химической номенклатуры появилась в то же время, что и различие (Лавуазье ) между элементами и соединениями , в конце восемнадцатого века.
Французский химик Луи-Бернар Гитон де Морво опубликовал свои рекомендации [10] в 1782 году, надеясь, что его «постоянный метод деноминации» «поможет интеллекту и облегчит память». Система была усовершенствована в сотрудничестве с Бертолле , де Фуркруа и Лавуазье [11] и продвигалась последним в учебнике, который просуществовал долгое время после его смерти на гильотине в 1794 году. [12] Проект также был одобрен Йенсом Якобом Берцелиусом [ 13] [14], который адаптировал идеи для немецкоязычного мира.
Рекомендации Гайтона касались только того, что сейчас известно как неорганические соединения. С массовым расширением органической химии в середине девятнадцатого века и более глубоким пониманием структуры органических соединений, потребность в менее ad hoc системе номенклатуры ощущалась как раз тогда, когда стала доступна теоретическая основа, делающая это возможным. В 1892 году в Женеве была созвана международная конференция национальными химическими обществами, на которой были разработаны первые широко принятые предложения по стандартизации. [15]
Комиссия была создана в 1913 году Советом Международной ассоциации химических обществ, но ее работа была прервана Первой мировой войной . После войны эта задача перешла к недавно созданному Международному союзу теоретической и прикладной химии , который впервые назначил комиссии по органической, неорганической и биохимической номенклатуре в 1921 году и продолжает делать это по сей день.
Номенклатура разработана как для органической, так и для неорганической химии. Существуют также обозначения, связанные со структурой – см. Дескриптор (химия) .
Для ионных бинарных соединений типа I катион ( в большинстве случаев металл ) называется первым, а анион (обычно неметалл ) — вторым. Катион сохраняет свое элементное название (например, железо или цинк ), но суффикс неметалла меняется на -ide . Например, соединение LiBr состоит из катионов Li + и анионов Br − ; таким образом, оно называется бромидом лития . Соединение BaO , которое состоит из катионов Ba 2+ и анионов O 2− , называется оксидом бария .
Степень окисления каждого элемента однозначна. Когда эти ионы объединяются в бинарное соединение типа I, их равные, но противоположные заряды нейтрализуются, поэтому чистый заряд соединения равен нулю.
Ионные бинарные соединения типа II — это те, в которых катион не имеет только одной степени окисления. Это распространено среди переходных металлов . Чтобы назвать эти соединения, нужно определить заряд катиона, а затем перевести название так же, как это делается с ионными соединениями типа I, за исключением того, что римская цифра (указывающая заряд катиона) пишется в скобках рядом с названием катиона (иногда это называют номенклатурой запаса ). Например, для соединения FeCl 3 катион, железо , может встречаться как Fe 2+ и Fe 3+ . Для того чтобы соединение имело чистый заряд, равный нулю, катион должен быть Fe 3+ , чтобы три аниона Cl − могли быть сбалансированы (3+ и 3− уравновешиваются до 0). Таким образом, это соединение называется хлорид железа (III) . Другим примером может быть соединение PbS 2 . Поскольку анион S 2− имеет нижний индекс 2 в формуле (что дает заряд 4−), соединение должно быть сбалансировано с зарядом 4+ на катионе Pb ( свинец может образовывать катионы с зарядом 4+ или 2+). Таким образом, соединение состоит из одного катиона Pb 4+ на каждые два аниона S 2− , соединение сбалансировано, и его название записывается как сульфид свинца(IV) .
Более старая система, основанная на латинских названиях элементов, также иногда используется для обозначения ионных бинарных соединений типа II. В этой системе к металлу (вместо римской цифры рядом с ним) добавляется суффикс «-ic» или «-ous», указывающий на его степень окисления («-ous» для более низкой, «-ic» для более высокой). Например, соединение FeO содержит катион Fe2 + (который уравновешивается анионом O2− ). Поскольку эта степень окисления ниже, чем другая возможность ( Fe3 + ), это соединение иногда называют оксидом железа . Для соединения SnO2 ион олова — это Sn4 + (уравновешивающий заряд 4− на двух анионах O2− ), и поскольку это более высокая степень окисления, чем альтернатива ( Sn2 + ), это соединение называется оксидом олова .
Некоторые ионные соединения содержат многоатомные ионы , которые являются заряженными образованиями, содержащими два или более ковалентно связанных типов атомов. Важно знать названия распространенных многоатомных ионов; они включают:
Формула Na 2 SO 3 обозначает, что катионом является натрий , или Na + , а анионом является сульфит-ион ( SO2−3). Поэтому это соединение называется сульфит натрия . Если задана формула Ca(OH) 2 , то можно увидеть, что OH− — это гидроксид-ион. Поскольку заряд иона кальция равен 2+, то логично, что должно быть два иона OH− для уравновешивания заряда. Поэтому название соединения — гидроксид кальция . Если попросить написать формулу хромата меди(I), римская цифра указывает, что ион меди — Cu + , и можно определить, что соединение содержит ион хромата ( CrO2−4). Два иона меди 1+ необходимы для уравновешивания заряда одного иона хромата 2−, поэтому формула имеет вид Cu 2 CrO 4 .
Бинарные соединения типа III связаны ковалентно . Ковалентная связь возникает между неметаллическими элементами. Соединения, связанные ковалентно, также известны как молекулы . Для соединения первый элемент называется первым и с его полным элементным названием. Второй элемент называется так, как если бы он был анионом (основное название элемента + суффикс -ide ). Затем используются префиксы для указания количества каждого присутствующего атома: эти префиксы: моно- (один), ди- (два), три- (три), тетра- (четыре ), пента- (пять), гекса- (шесть), гепта- (семь), окта- (восемь), нона- (девять) и дека- (десять). Префикс моно- никогда не используется с первым элементом. Таким образом, NCl 3 называется трихлоридом азота , BF 3 называется трифторидом бора , а P 2 O 5 называется пентаоксидом дифосфора (хотя буква a префикса пента- на самом деле не должна опускаться перед гласной: в Красной книге ИЮПАК 2005 г. на стр. 69 указано: «Конечные гласные мультипликативных префиксов не должны опускаться (хотя «моноксид», а не «монооксид» является допустимым исключением из-за общего употребления)»).
Углекислый газ записывается как CO2 ; тетрафторид серы записывается как SF4 . Однако некоторые соединения имеют общие названия, которые преобладают. H2O , например, обычно называют водой, а не оксидом дигидрогена , а NH3 предпочтительно называют аммиаком , а не тригидридом азота .
Этот метод наименования обычно следует установленной органической номенклатуре ИЮПАК. Гидридам элементов главной группы (группы 13–17) дается базовое название, заканчивающееся на -ан, например, боран (BH3 ) , оксидан ( H2O ) , фосфан ( PH3 ) ( хотя название фосфин также широко используется , оно не рекомендуется ИЮПАК). Соединение PCl3 , таким образом, будет названо замещающе как трихлорфосфан ( с хлором « замещающим»). Однако не все такие названия ( или основы) происходят от названия элемента. Например, NH3 называется « азан ».
Этот метод наименования был разработан в основном для координационных соединений, хотя он может применяться и более широко. Примером его применения является [CoCl(NH 3 ) 5 ]Cl 2 , хлорид пентаамминхлоридокобальта(III).
Лиганды также имеют особую конвенцию по именованию. В то время как хлорид становится префиксом хлоро- в заместительном именовании, для лиганда он становится хлоридо- .
[1] [2] [3]
