有机化学命名法研究

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   取代命名是通过取代基对母体氢化物的取代来描绘所命名分子的结构。母体氢化物主是碳氢化物。在取代命名中取代基可分为两种 
  第一种是从母体氢化物得来的,主是烃基, 它用来描绘碳链的结构; 
  第二种是IUPAC称为“特性基团” (characteristic group) 的取代基,它们一般都是含有杂原子的基,取代后在母体上产生官能团1。本文探讨的是烃基的命名。 
  在取代命名中,烃基形式上可以看作是由烃分子失去一个或多个氢原子形成具有自由价键的原子团。因失去氢原子数目不同,烃基可分为一价或多价的。多价基的多个自由价键又可能形成多重键或多个单键。 IUPAC基的系统名称是在烃名称后面加上相应的“减去后缀”(subtractive suffix)2-3。IUPAC规定,一价基的后缀为yl4,在同一碳原子上失去两个或三个氢原子形成的两价或三价的基(与形成键的类型无关)的后缀分别为ylidene与 ylidyne4。《IUPAC推荐规则1993》对于两价和三价基后缀含义做了修改,ylidene与ylidyne只限用于自由价键与母体同一碳原子相连,结果分别形成双键和三键的基2。多个相同价键(无论是否在同一碳原子上)基的后缀是在这种价键后缀前面加上相应的倍数缀(multiplying affix)di,tri,tetra ,如 diyl,triyl,diylidene等2。CA多价基的命名现在仍然采用《蓝皮书》的命名方法。后缀 ylene曾被《蓝皮书》用来表示开链二价基的后缀4,如methylene, ethylene,propenylene, trimethylene 等,但最新规定只保留methylene与 ethylene,并且只限于分别表示—CH2—与—CH2CH2—,前者不能表示 CH22(CA 仍然用methylene同时表示一个碳原子上带有两个单键或一个双键的基5)。自由价键在基上的位置用位标(locant)来表示。《蓝皮书》规定,选择母体时,自由价键必须处于链的末端碳上,位标号为1,因而可以省略4。《IUPAC推荐规则1993》提出另一种选择基的母体和使用位标方式,自由价键可以处于直链母体任一碳上2,位标直接放在它所表示的缀前面2。因而,在IUPAC命名法中,基的名称的构成有两种方式3 
  (1)简便方法。 用基后缀yl、ylidene或ylidyne取代母体烃名称的后缀,如CH3CH2CH2CH2CH2— 与CH3CH2CH分别名为pentyl与propylidene。带有自由价键碳原子必须处于链端,它的位标始终为1,可以省略。此法一般用于比较简单的饱和无环烃与单环烃基; 
  (2)更为普遍的方法。 基的后缀加在母体烃全名称的后面,当基后缀首字母为y时,则删去烃后缀末字母e。自由价键无须位于链端碳上,因而所在位置必须用位标标出。各种位标直接放在它所表示的缀前面2,除后缀为ylidyne外,位标“1”不省略。现将各种烃基后缀列表如下3 
  从上表可以看到,IUPAC基名称中的后缀种类繁多,比较复杂,既表示自由价键数目,也同时表示与其他原子相连时形成键的类型。因此,在中文烃基系统命名中,有时名称不能确切表达结构。下面提出《化学命名原则》烃基命名中几个值得商榷的问题 
  1.“基”的含义 
  有机化学中,“基”在大多数情况下是指自由基,它的定义是针对结构中的单个不成对的电子,而不考虑形式上与中性分子的关系。但在有机化合物命名中,作为用前缀表示的取代基(substituent),它的定义必须与取代基的定义4一致,才能与母体和后缀共同构成能描述分子结构的取代名称,所以“基”在形式上应该看作是由分子失去氢原子形成的原子或原子团4。因此“基”的名称也就成为烃的名称后面加上表示失去氢原子的“减去后缀”。《化学命名原则》中“一个化合物从形式上消除一个单价的原子或基团构成为基”6可以作为基的一般定义,但不适用于有机化学命名。 
  2. “亚基”与“次基” 
  《化学命名原则》中ylidene与ylidyne分别译为“亚基”与“次基”6。 
  根据《现代汉语词典》“亚”的解释是“较差,次一等” ,如“亚军”“亚热带”;“次”的解释是“次序第二的,副的”,如“次日”“次大陆”“次品” 7。从二词的解释和习惯用法中可以看出,二字意义近似,均意为 “较差”的、表示次序的词。英语中有一个前缀sub,广泛地用于日常生活和科技词汇中,表示“低”“下”“亚”“次”。科学中有大量英文术语用前缀sub表示“较差”的概念,中文一般均译为“亚”或“次”,如 subsonic为“亚声速”,submicroscopic为“亚微观”,subtropical为“副热带”,subcontinent为“次大陆”,substandard quality为“次等质量”等 8-9。可见“亚”和“次”在多种学科术语中所表示的含义基本相同,它们本身并不代表绝对数量或质量,只是表示较次于某一具体标准,所以都属于表示在程度上或数量上较差的“序数词”。同一序数词用在不同的地方,会表示不同的绝对数量。
  国际无机化学命名中,后缀ous是相对ic而言,表示较低的价数。它本身不代表具体价数。在不同化合物中,它代表不同的价数,如在ferrrous 与cuprous中,ous分别表示二价与一价,所以ous是表示序数的后缀,中文译为“亚”是恰当的,如“亚铁”“亚铜”。 
  后缀ylidene与 ous不同,它无比较或次序的含义,而是表示具体的两个自由价键以双键与碳原子相连的基,因此,表示相对和比较含义的“亚基”不可能确切地表达ylidene的结构含义。同样,“次基”也不能确切地表达ylidyne的含义。再者,“亚”和“次”的本义基本相同,“亚基”和“次基”不可能表达 ylidene与ylidyne的区别。 
  总之,“亚”和“次”二字在有机化学烃基的命名中所代表的概念,不仅与大量的其他学科术语不一致,甚至与无机化学命名也是矛盾的。因此,“亚基”和“次基”分别作为ylidene与ylidyne的中文译文是不恰当的。 
  《化学命名原则》指出,“命名中基被区别为基(单价基)、亚基(双价基)和次基(三价基)”是“与无机化学物质命名中不同氧化级的酸类的命名相对应”6。这里的“相对应”可能是指基中的“甲基”“亚甲基”和“次甲基”,与无机酸的“氯酸”“亚氯酸”和“次氯酸”形式上的对应。这种对比不仅完全忽略了问题的本质,而且,即使是在形式上也不能成立。 
  “不同氧化级的酸类”实际上不存在。“酸”本身无所谓“氧化级”,只有不同氧化级的成酸元素。上述的三种酸实际上是不同氧化级的“氯”构成的酸,而不是“不同氧化级的酸”,这里离开“氯”无所谓“亚酸”和“次酸”。“亚”和“次”在酸名称中是修饰“氯”的。 
  但在“基”的名称中,“亚”和“次”与表示烃基分子的“甲”无直接关系,而是与“基”字构成不可分割的整体,“亚基”和“次基”分别相当于ylidene与ylidyne, “亚”和“次” 如果用于基的命名,正确的名称应该是“甲亚基”和“甲次基”。 
  从代表实际的含义来讲,“亚”和“次”在“基”的名称和“酸”的名称中,更无相对应之处。“亚”和“次”表示低价,不仅用于酸,也用于碱和盐的命名。在“基”的命名中,“亚”与“次”则表示与“较低”完全不同的复杂概念,基的自由价键数量和成键的类型。在这复杂概念中,虽然也涉及可以比较的量(自由价键数),但“亚”和“次”所表示的不是“较低”“较少”,反而是“较高”“较多”。 
  所以这两个字在有机化学命名中的应用是与无机化学命名相矛盾的。 IUPAC非常注意有机化学与无机化学命名的统一,1955年“国际有机化学命名委员会”与“国际无机化学命名委员会”联席会议上决定互派观察员10,以便在有机与无机化学相关的命名中保持统一。为了避免“亚”与“次”在有机化学命名与在其他学科术语中,尤其是在无机化学命名中的矛盾,确有必更改ylidene与ylidyne的中文译名。 
  3. 化学语言专用字,“丿丨”与“川” 
  化学结构是在现代科学不断发展中产生的新概念,简单而确切地用原有的自然语言表达过去从未遇到过的新概念是有困难的,难免出现词不达意现象。因此,IUPAC用加以定义的、“特别铸造或选择的音节”(specially coined or selected syllables)4代替自然语言, 来表达特定的结构,这样就构成了能代表化学结构式、可用于交流的有机化学系统名称,或者称作化学语言。 
  中文有机化学系统名称是用特别“铸造”的化学语言专用字来代替拼音文字的音节。在这方面前辈化学家已经做了很多的工作,创造出很多化学语言专用新字,如“羰”“羟”“烃”“氨”“腈”等。由于具有“六书”特点,作为化学语言,化学命名专用汉字较之英文的音节,有一定的优越性。相对而言,英文的音节有以下缺陷 
  首先,音节必须含有元音字母,而元音字母只有五个,因此,化学语言中用的音节的变化不免受到限制,结果出现不同类化合物名称有相同后缀。例如,烷烃的后缀与饱和六员杂环的后缀均为ane,但它在这两种情况下有不同的含义。在杂环名称中,ane不仅表示饱和,而且同时表示六员环。忽略这种差别就会混淆两类化合物的名称。中文化学文献中,就出现过将六元杂环dioxane译为“二口恶烷”8,11。 
  其次,英文音节本身不具备任何意义,各类化合物的后缀必须根据所代表的结构,特别加以定义。 
  汉字具有独特、传统的“六书”,借助“六书”的作用,化学语言专用字无须加以定义就能明确表达所代表的结构。 
  例如,“羰”在形象上是由“炭”与“羊”组成,“会意”说明了“羰基”是由碳和氧构成的基。“羰”字的发音(tng)与碳(tn)和氧(yng)的发音分别有相同的声母t和韵母ang,通过“反切”,从tang的声音很容易联想到碳和氧。所以从文字或从发音,“羰基”都能直接表达出这个基的结构。再者,“羰基”(—CO—)原文为carbonyl。 carbonyl 与formyl(—CHO—)和acetyl(CH3CO—)均为酸的酰基。 甲酸的酰基formyl与乙酸的酰基acetyl分别译为“甲酰基”与“乙酰基”,carbonyl是碳酸(carbonic acid)的酰基,顺理成章地可译为“碳酰基”。它是多类含氧化合物官能团的重组成部分,并且它本身也是官能团,它的名称应该直接来自本身结构,而不应该从任何含有这个基的官能团的名称而来。所以作为(—CO—)基的名称,“碳酰基”不如“羰基” 能更合理、直接、准确地表达这个基的结构。 
  可见,在建立与国际接轨的中文有机化学系统命名中,用化学语言专用汉字构成化合物名称不失为一种合理、比较明确表达结构的方法。 
  “氘”和“氚”是熟知的化学命名专用字。其中“气”字头下面的部分,“丿丨”与“川”,分别表示氢同位素的质量数,“2”和“3”。在基的命名中,如果用“丿丨”(音与“氘”同)与“川”作为化学命名专用字,分别代替“亚”和“次” 构成“丿丨基”和“川基”,这两个“创造”的化学命名专用字的会意( 从“氘”和“氚”带来了数量概念)可以表示基的自由价键数,它们的象形(本身与双键和三键类似的形象),可以表示形成键的类型。 这样,利用具有“六书”特点的化学语言专用汉字,解决了中文明确地表达ylidene与ylidyne复杂含义问题。
  4. “烯丙基” 
  基的中文系统名称中另一个值得商榷的问题是 —CH2CHCH2 的名称“烯丙基” 6。这一名称是IUPAC保留俗名allyl的中文译名。将“丙烯”颠倒为“烯丙”可能是为了表示与异构体丙烯基CH3CHCH—的区别。从名称来看,“烯丙基”应该是系统名称,因为“烯”是有机化学命名专用字,相当于IUPAC系统名称中作为减去后缀的音节ene 2。 
  “烯丙”不是合理的系统名称,因为它违反系统名称的“语法”(grammar)12,在英文名称中,ene必须放在倍数缀prop{a}的后面才能构成有实际意义,表示含三个碳原子和一个双键烃的化学语言propene。同样,在中文中“烯”只有在倍数字“丙”后面,方可成为相当于propene的合理的中文系统名称“丙烯”。“烯丙”是不合理的化学语言,由它形成的化合物名称也必然是不合理的,因此,与有关的正确名称必然不一致。 
  在两种最多用的系统命名法,取代命名与基官能命名中,基官能名称用基的名称表示分子中无官能部分,取代名称中则用烃作为无官能的母体,所以同一化合物的这两种不同名称应该采用相同的分子碳链方式,不过在基官能名称中的“基”比取代名称中的烃多了 “减去后缀”(subtractive suffix)2-3。在英文一价基构成的基官能名称中,分子碳链表达为烃名称后面加上yl, 中文名称中加上“基”字,例如 CH3OH 英文与中文取代名称分别为methan(e)ol与“甲(烷)醇”,英文与中文基官能名称分别为meth(ane)yl alcohol与“甲(烷)基醇”①。因此,在低级的醇、醛、酸系统名称中,虽然醇往往用基官能名称,而后两类化合物则根本不用,但醇的基官能名称与后两类的取代名称在表示分子碳链上仍然是一致的(都用相应烃的名称)。由不合理的“烯丙基”构成醇的基官能名称与相应的醛和酸的取代名称就失去了一致性。 
  下面是工具书中7,10表示的allyl chloride 与allyl alcohol的基官能名称,和acrolein与acrylic acid的取代名称 
  由此可以清楚地看到因“烯丙基”引起的有关名称的不一致。 
  allyl作为俗名,可以音译或用其他方法译为俗名,但绝不可将系统名称“丙烯基”不合理地改变成为错误的化学语言“烯丙基”。 
  俗名只是用一个与结构无关的名称表达一个结构,仅此而已。错误的化学语言则不同,它不但不能表示任何结构,而且,由于它是化学语言,不可避免地与所表达而不能表达的结构之间建立起错误的对应关系。这种错误的关系以及形成的过程,可能成为形成其他类似错误名称的依据。 
  就“烯丙基”而言,它是通过颠倒“丙烯基”中的“丙烯”二字形成的,它代表双键与自由价键有共轭关系的异构体,因此,颠倒名称的字序无形中就成了构成自由基与多重键共轭不饱和基名称的“潜规则”。错误的“炔丙基”系列名称8就是在这个“潜规则”影响下形成的。 
  可见“烯丙基”错误的基名称,不仅不能表示所代表的结构,并且形成错误的化合物名称,甚至于将这样错误名称形成的方式进一步延伸到有关系列化合物命名中去。为了净化系统命名法,建议用正确的系统名称“丙-2-烯基” 代替“烯丙基”。 
  根据上述讨论,按照IUPAC规定,列举出一些烃基的中文系统名称如下 
  ① 《蓝皮书》中文译本中,醇的基官能名称与取代名称完全相同。原文取代名称“methanol”译为“甲醇” 13,省略了“烷”字;基官能名称“methyl alcohol”同样译为“甲醇”13 ,省略了“烷”和“基”二字。可见用两种不同的命名法形成相同名称的不合理现象,是由于名称中无原则地省略字造成的。 
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