Tài liệu có nội dung trình bày: Phân loại hợp chất dị vòng, danh pháp hệ đơn vòng chứa một dị tử, danh pháp hệ đơn vòng nhiều dị tử, danh pháp hệ Hai vòng, danh pháp hệ nhiều vòng, danh pháp trao đổi. Mời các bạn cùng tham khảo.
DANH PHÁP HỢP CHẤT DỊ VÒNG 1.1 Giới thiệu 1.2 Phân loại hợp chất dị vòng 1.3 Danh pháp hệ đơn vòng chứa dị tử 1.3.1 Tên thông thường .4 1.3.2 Danh pháp theo hệ thống Hantzsch-Widman 1.3.3 Dẫn xuất dị vòng thơm 1.3.4 Đồng phân vị trí H 1.3.5 Danh pháp dị vòng không no .8 1.4 Danh pháp hệ đơn vòng nhiều dị tử 1.5 Danh pháp hệ Hai vòng 10 1.5.1 Tên thông thường .10 1.5.2 Tên hệ thống 11 1.6 Danh pháp hệ nhiều vòng 13 1.7 Danh pháp trao đổi 14 1.1 GIỚI THIỆU Hợp chất dị vòng nhóm hợp chất phân lập sớm Mặc dù lĩnh vực hóa học bắt đầu phát triển mạnh nửa đầu kỉ 19 nhiên cấu trúc chúng điều bí ẩn nhà hóa học Mãi đến năm 1860, cấu trúc carbon tứ diện khám phá, cấu trúc hợp chất dần làm rõ Tuy vậy, chưa có quy ước tên gọi thời kì nên nhà hóa học đơn gọi chúng tên gọi mà ngày nay, gọi tên thông thường Các hợp chất dị vòng khám phá thời kì hầu hết phân lập từ tự nhiên Nhiều năm sau đó, phương pháp tổng hợp hữu dần phát triển cho phép tổng hợp chúng phòng thí nghiệm Một vài hợp chất dị vòng phát lần đầu liệt kê bên dưới, nhiên cấu trúc chúng đa phần xác định nhiều năm sau [Bảng 1]: - Uric acid (1776, Scheele từ sỏi thận) Alloxan (1818, Brunatelli cách oxi hóa uric acid) Quinoline (1834, Runge từ chưng cất nhựa than đá) - Melamine (1834, Liebig đường tổng hợp) Pyridine (1849, Anderson cách nhiệt phân xương) Indole (1866, Bayer cách phân hủy indigo) Furan (1870, đường nhiệt phân chưng cất gỗ cellulose) Bảng Các hợp chất dị vòng có nguồn gốc từ tự nhiên Vậy hợp chất dị vòng gì? Theo IUPAC, hợp chất dị vòng hợp chất vòng có chứa từ hai nguyên tử trở lên tham gia cấu tạo nên vòng Nếu xét theo thuật ngữ hợp chất dị vòng bao gồm hai loại là: hợp chất dị vòng vô hợp chất dị vòng hữu Hợp chất dị vòng vô biết đến nhiều borazine Hầu hết nhắc đến hợp chất dị vòng nói đến hợp chất dị vòng hữu Hợp chất dị vòng hữu định nghĩa hợp chất mạch vòng, nguyên tử carbon có hay nhiều nguyên tử phi carbon khác cấu tạo nên vòng Những nguyên tử phi carbon gọi dị nguyên tử hay dị tử Các dị nguyên tử phổ biến thường gặp nitrogen, oxygen vàslưu huỳnh Nhiều nguyên tố khác tạo thành liên kết cộng hóa trị bền xem dị nguyên tử là: P, As, Sb (Antimony), Si, Se, Te, B, Ge Trong số trường hợp, chí nguyên tố kim loại chì, thiếc có khả hình thành dị vòng Vào năm 1983, IUPAC ghi nhận 15 nguyên tố từ nhóm II đến nhóm IV bảng hệ thống tuần hoàn có khả tạo vòng với carbon Trong thực tế, số nhóm hợp chất đáp ứng định nghĩa không xếp vào hợp chất dị vòng Chẳng hạn anhydride nội phân tử, lactone, lactam xếp vào dẫn xuất carboxylic acid 1.2 PHÂN LOẠI HỢP CHẤT DỊ VÒNG Có nhiều cách khác để phân loại hợp chất dị vòng: - Theo kích thước vòng ta có phổ biến là: vòng ba, bốn, năm, sáu, bảy cạnh (Phổ biến vòng 5, cạnh) - Theo kiểu dị nguyên tố: phổ biến dị vòng chứa O, N, S - Theo số dị tử: ta có vòng một, hai, ba, bốn dị tử - Theo số vòng có hợp chất: đơn vòng, đa vòng (chủ yếu vòng ngưng tụ) - Theo mức độ bão hòa: dị vòng no, không no, thơm Dị vòng no chưa no tính chất hóa học chúng tương tự đồng đẳng mạch thẳng (ether, amine bậc 2, sulfide) nên không xem hợp chất dị vòng Nhìn chung, nhắc đến hóa học dị vòng, người ta thường đề cập đến hợp chất dị vòng thơm 1.3 DANH PHÁP HỆ ĐƠN VÒNG CHỨA MỘT DỊ TỬ 1.3.1 Tên thông thường Tên hợp chất dị vòng phức tạp tính da dạng dị vòng Mặc dù xây dụng tên thống cho hợp chất đơn vòng tên thông thường tên nửa hệ thống dị vòng đơn IUPAC chấp nhận dùng rộng rãi [Bảng 4] Tên thông thường hầu hết dị vòng thơm năm cạnh tận –ole, vòng thơm sáu cạnh tận –ine Các dị vòng không thơm năm hay sáu cạnh thường tận –ine Một số tên thông thường hợp chất đơn vòng phổ biến trình bày bên 1.3.2 Danh pháp theo hệ thống Hantzsch-Widman Ngoài tên thông thường sử dụng phổ biến, cách hệ thống hơn, tên dị vòng đơn gọi theo danh pháp Hantzsch-Widman với qui tắc sau: [1] Tên = Tiền tố + phần sở + hậu tố Trong tiền tố cho biết tên dị nguyên tử Phần sở nói lên kích thước vòng hậu tố tổ hợp với phần sở phản ánh mức độ no không no vòng [2] Dị nguyên tử gọi theo tiền tố (prefix) [Bảng 2] Kí tự “a” kết thúc bỏ âm sau bắt đầu nguyên âm Ví dụ: “aza-irine” viết “azirine” Bảng Một số tiền tố phổ biến hợp chất dị vòng Dị nguyên tố* Hóa trị Oxygen Lưu huỳnh Nitrogen Phospho Arsen Silic Bor II II IV III III IV III Tiền tố (Prefix) OxaThiaAzaPhosphaArsaSilaBora- * Sắp xếp theo trình tự giảm dần mức độ ưu tiên [3] Kích cỡ vòng gọi phần sở theo sau tiền tố: -ir- (vòng cạnh), -et- (vòng cạnh), -ol- (vòng cạnh), -in- (vòng cạnh), -ep- (vòng cạnh), -oc(vòng cạnh), -on- (vòng cạnh), -ec- (vòng 10 cạnh) [4] Nếu hợp chất không no hay hợp chất thơm, thêm hậu tố tương ứng với kích cỡ vòng: -ene (vòng cạnh không chứa N), -ine (vòng cạnh chứa N), -e (vòng 4, 5, cạnh), -ine (vòng 7, 8, cạnh) [5] Nếu hợp chất no, thêm hậu tố -ane cho tất kích cỡ vòng, ngoại trừ N sử dụng tiền tố -idine (vòng 3, 4, 5, cạnh) vòng cạnh, tiền tố hexahydrođược dùng Ngoài ra, vòng cạnh chứa O gọi oxane thay oxinane Một vài ngoại lệ khác trường hợp dị vòng chứa P, As, B không trình bày Bảng Phần sở hậu tố dị vòng Phần sở + Hậu tố Số cạnh Phần sở Vòng không no, vòng thơm Vòng no Chứa N Không chứa N Chứa N Không chứa N -irine -irene -idine -irane -ir- -et- -ete -idine -etane -ol- -ole -idine -olane -in- -ine * -inane -ep- -epine * -epane Trong tiếng anh, có nguyên âm bao gồm: a, e, o, u, i -oc- -ocine * -ocane -on- -onine * -onane 10 -ec- -ecine * -ecane *Không có hậu tố mà phải thêm tiền tố pehydro vào tên dị vòng không no thơm tương ứng Một số ví dụ sử dụng quy tắc nên để gọi tên số dị vòng thông dụng chứa N, O, S [Bảng 4] Một số tên thông thường ưu tiên sử dụng tên hệ thống trình bày dấu ngoặc Quy tắc IUPAC không quy định vị trí dị tử viết công thức dị vòng thường dị tử đặt phía vòng Bảng Danh pháp IUPAC tên thông thường số dị vòng đơn 1.3.3 Dẫn xuất dị vòng thơm Quy tắc đánh số: Các hợp chất đơn vòng chứa dị tử đánh số dị tử Quy tắc gọi tên: Tên = Số vị trí nhóm + Tên nhóm + Tên dị vòng dị tử Dị tử đánh số Các nhóm lại đánh số cho tổng số vị trí nhỏ Sắp xếp nhóm theo thứ tự a, b, c,… Tên gọi gốc hóa trị hợp chất dị vòng thường hình thành cách thêm hậu tố -yl vào tên thông thường tên hợp chất ban đầu Tuy nhiêu tồn số ngoại lệ: furyl (đối với furan), thienyl (thiophene), pyridyl (pyridine), quinolyl (quiniline), isoquinolyl (isoquinoline) 1.3.4 Đồng phân vị trí H Khi có nhiều dị vòng đồng phân khác vị trí nguyên tử hydrogen “thừa” vòng (nguyên tử extra-hydrogen), nguyên tử H chữ H (in nghiêng) kèm theo số vị trí 1H, 2H, 3H,… Ví dụ trường hợp pyrrole có đồng phân vị trí H tồn song song đồng phân 1H bền tương ứng với H nằm nguyên tử N dị vòng Trong số trường hợp, dùng chữ Hy Lạp để vị trí nguyên tử H với quy ước nguyên tử carbon kế cạnh dị nguyên tố gọi “alpha” Ví dụ trường hợp pyran: 1.3.5 Danh pháp dị vòng không no Đối với số dị vòng không no mà mức độ chưa bão hòa hệ có liên kết đôi liên hợp ta dùng tiền tố cộng hydrogen như: dihydro, tetrahydro,… Ngoài ra, số trường hợp hệ vòng phức tạp, gọi theo vị trí liên kết đôi theo kiểu x, x+1 (trong x số vị trí liên kết đôi) Lấy ví dụ dihydrofuran: 1.4 DANH PHÁP HỆ ĐƠN VÒNG NHIỀU DỊ TỬ Danh pháp dị vòng chứa nhiều dị tử tuân theo quy tắc gọi tên dị vòng chứa dị tử với số khác sau: [1] Nếu có nhiều dị tử giống dùng thêm tiền tố di-, tri-, tetra-,… để 2, 3, 4,… dị tử Đánh số theo quy tắc tổng số vị trí dị tử nhỏ [2] Thứ tự ưu tiên dị tử: Nhóm VI (O > S > Se > Te) > Nhóm V (N > P > As) > Nhóm IV (Si > Ge) > Nhóm III (B) Đơn giản hơn, xét số dị tử phổ biến ta có: O > S > N Dị tử ưu tiên đánh số 1, dị tử lại đánh số theo chiều cho tổng số dị tử nhỏ [3] Dị nguyên tử bão hòa (dị nguyên tử chứa nhiều H hơn, extra-hydrogen) ưu tiên đánh số dị nguyên tử không bão hòa (chứa H hơn) [4] Số vị trí gộp thành nhóm đứng trước tên gọi dị tử Ví dụ: gọi “1,3-oxazole” không gọi “1-oxa-3-azole” [5] Quy tắc kết hợp nguyên âm - nguyên âm: Khi hai nguyên âm kết hợp với nhau, hai nguyên âm loại bỏ Ví dụ: “oxa-aza” “oxaza” 1.5 DANH PHÁP HỆ HAI VÒNG Hệ chứa hai vòng có loại là: ngưng tụ (fused), vòng cầu (bridged) vòng spiro Trong phần xem xét đến hệ vòng ngưng tụ với hai vòng (hay nhiều vòng) có (hay nhiều) cạnh chung 1.5.1 Tên thông thường Tương tự hệ dị vòng đơn, tên thông thường hệ dị vòng đôi IUPAC sử dụng Tên thông thường số dị vòng đôi phổ biến trình bày bên dưới: 10 1.5.2 Tên hệ thống Chọn vòng sở (phần sở) - Cùng cỡ vòng vòng chứa N ưu tiên xem vòng sở tên đặt cuối tên gọi - Nếu không chứa N, vòng chứa dị tố ưu tiên chọn làm vòng sở (O > S > P) Cùng chứa loại dị tử, vòng lớn chọn làm vòng sở - Cùng kích thước vòng, vòng nhiều dị tố chọn làm vòng sở Gọi tên vòng ghép (phần dung hợp) Trong tên gọi hệ hai vòng tên vòng sở sở giữ nguyên tên vòng ghép vào đổi thành đuôi “o” benzene benzo imidazole imidazo pyridine pyrido pyrimidine pyrimido pyrrole pyrrolo pyrazine pyrazino thiophene thieno quinolin quino 11 Vị trí cạnh chung - Vị trí cạnh chung = [vị trí vòng ghép-vị trí vòng sở] - Đối với vòng sở, vị trí cạnh chung kí hiệu chữ cái: a, b, c, d,…(in nghiêng) vị trí 1,2- kí hiệu chữ a; vị trí 2,3- kí hiệu chữ b, vị trí 3,4- chữ c - Đối với vòng ghép, vị trí cạnh chung gọi số vị trí liên kết Trong trường hợp vòng ghép benzene không cần gọi vị trí cạnh chung Cần lưu ý chiều đánh số cạnh chung vòng ghép phải chiều với vòng sở Điều làm xảy trường hợp số vị trí cạnh chung vòng ghép đảo ngược trường hợp 1H,4H-pyrrolo[3,2-b]-pyrrole Hai cách đánh số khác giúp phân biệt hai đồng phân pyrrolopyrrole Đánh số theo quy tắc sau: - Dị nguyên tố ưu tiên có số nhỏ (O > S > N) 12 - Vị trí H- (extra-hydrogen) có số nhỏ - Vị trí liên kết chung không đánh số, thay vào số vị trí số nguyên tử liền kề trước kèm với chữ a,b,… 1.6 DANH PHÁP HỆ NHIỀU VÒNG Danh pháp hệ nhiều vòng tương tự danh pháp hệ hai vòng với số quy tắc gọi tên sau: - Dãy nằm ngang có nhiều vòng - Các vòng lại nằm trục ngang bên phải so với trục đối xứng - Phần sở gọi tên thông thường hệ mang nhiều vòng Các phần lại xem vòng ghép gọi tương tự hệ hai vòng Trong ví dụ sau, phần ghép benzene nên gọi 1H-benzo[e]indole tương ứng với phần sở gọi theo tên thông thường indole Tương tự cho dẫn xuất benzoquinoline 13 - Đối với hệ ba vòng, đánh số vòng theo chiều cho dị nguyên tử mang số vị trí nhỏ Lấy ví dụ trường hợp benzo[c]quinoline, bắt đầu đánh số vị trí 10 nguyên tử N vị trí thay 1.7 DANH PHÁP TRAO ĐỔI Danh pháp trao đổi (tên thay thế) dị vòng xuất phát từ số tên gọi đơn giản hydrocarbon, hình thành cách tổ hợp tiền tố “a” với tên hydrocarbon đa vòng tương ứng mà giữ nguyên cách đánh số hydrocarbon Tên trao đổi = Số vị trí + Tiền tố “a” + Tên hydrocarbon 14 15 ... chất dị vòng vô hợp chất dị vòng hữu Hợp chất dị vòng vô biết đến nhiều borazine Hầu hết nhắc đến hợp chất dị vòng nói đến hợp chất dị vòng hữu Hợp chất dị vòng hữu định nghĩa hợp chất mạch vòng, ... Vậy hợp chất dị vòng gì? Theo IUPAC, hợp chất dị vòng hợp chất vòng có chứa từ hai nguyên tử trở lên tham gia cấu tạo nên vòng Nếu xét theo thuật ngữ hợp chất dị vòng bao gồm hai loại là: hợp chất. .. xem hợp chất dị vòng Nhìn chung, nhắc đến hóa học dị vòng, người ta thường đề cập đến hợp chất dị vòng thơm 1.3 DANH PHÁP HỆ ĐƠN VÒNG CHỨA MỘT DỊ TỬ 1.3.1 Tên thông thường Tên hợp chất dị vòng