系統命名法

簡介

碳碳鍵、碳氫鍵均以單鍵相連的烴稱為烷烴（alkane），無環的烷烴稱為鏈烷烴，有環的烷烴稱為環烷烴（cyclic hydrocarbon）。烷烴是有機化合物的母體化合物，所以首先學習烷烴的命名。

鏈烷烴的命名

直鏈烷烴（n-alkane）的名稱用“碳原子數+烷”來表示。當碳原子數為1～10時，依次用天干——甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸——表示。碳原子數超過10時，用中文數字表示。例如，六個碳的直鏈烷烴稱為己烷。十四個碳的直鏈烷烴稱為十四烷。烷烴的英文名稱是alkane，詞尾用ane。

有分支的烷烴稱為支鏈烷烴。

下面化合物中含有四種不同的碳原子：

①與一個碳相連，是一級碳原子，用1°表示（或稱伯碳，primarycarbon)，1°C上的氫稱為一級氫，用1°H表示。

②與兩個碳相連，是二級碳原子，用2°表示（或稱仲碳，secondarycarbon)，2°C上的氫稱為二級氫，用2°H表示。

③與三個碳相連，是三級碳原子，用3°表示（或稱叔碳，tertiarycarbon)，3°C上的氫稱為三級氫，用3°H表示。

④與四個碳相連，是四級碳原子，用4°表示（或稱季碳，quaternarycarbon）。

烷烴去掉一個氫原子後剩下的部分稱為烷基。英文名稱為alkyl，即將烷烴的詞尾-ane改為-yl。烷基可以用普通命名法命名，也可以用系統命名法命名。

烷基的系統命名法適用於各種情況，它的命名方法是：將失去氫原子的碳定位為1，從它出發，選一個最長的鏈 為烷基的主鏈，從1位碳開始，依次編號，不在烷基主鏈上的基團均作為主鏈的取代基處理。寫名稱時，將主鏈上的取代基的編號和名稱寫在主鏈名稱前面。

有機化合物中的各種基團可以按一定的規則來排列先後次序，這個規則稱為順序規則（Cahn-Ingold-Prelog sequence ^[2]  ），其主要內容如下：

①將單原子取代基按原子序數（atomic number）大小排列，原子序數大的順序在前，原子序數小的順序在後，有機化合物中常見的元素順序如下：

I>Br>Cl>S>P>F>O>N>C>D>H

在同位素（isotope）中質量高的順序在前。

②如果兩個多原子基團的第一個原子相同，則比較與它相連的其它原子，比較時，按原子序 數排列，先比較最大的，仍相同，再順序比較居中的、最小的。

③含有雙鍵或三鍵的基團，可認為連有兩個或三個相同的原子。

④若參與比較順序的原子的鍵不到4個，則可以補充適量的原子序數為零的假想原子，假想原子的排序放在最後。

有機化合物系統命名的基本格式如下所示：

命名時，首先要確定主鏈。命名烷烴時，確定主鏈的原則是：首先考慮鏈的長短，長的優先。若有兩條或多條等長的最長鏈時，則根據側鏈的數目來確定主鏈，多的優先。若仍無法分出哪條鏈為主鏈，則依次考慮下面的原則，側鏈位次小的優先，各側鏈碳原子數多的優先，側分支少的優先。主鏈確定後，要根據最低系列原則（lowest series principle）對主鏈進行編號。最低系列原則的內容是：使取代基的號碼儘可能小，若有多個取代基，逐個比較，直至比出高低為止。最後，根據有機化合物名稱的基本格式寫出全名。 ^[1] 

單環烷烴的命名

人的左、右手互為鏡影但不能重疊，手的這種性質稱為手性（chirality）。當一個碳原子與四個不同的基團相連時，可以產生兩種不同的立體結構，這兩種不同的立體結構互為鏡影但不能重疊，即具有手性，因此與四個不同基團相連的碳原子稱為手性碳原子（chiral carbon atom）。為了區別因手性碳而引起的兩種不同的立體結構，稱其中一種立體結構的手性碳為R構型，而另一種立體結構的手性碳為S構型。並規定用如下的方法來確定手性碳的構型：將與手性碳原子相連的四個基團按順序規則排列大小，將最小的基團放在離眼睛最遠的地方，其它三個基團按由大到小的方向旋轉，旋轉方向是順時針的，手性碳為R構型（拉丁文rectus的字首）；旋轉方向是逆時針的，手性碳為S構型（拉丁文sinister的字首）。

由於成環碳原子的雙鍵不能自由旋轉，因此當環上帶有兩個或多個基團時，就會產生兩種或多個立體異構體。一個異構體的兩個取代基團在環的同側稱為順式構型（cis configuration）另一個異構體的兩個取代基在環的異側，稱為反式構型（trans configuration）。

只有一個環的環烷烴稱為單環烷烴（moncyclic alkane）。環上沒有取代基的環烷烴命名時只需在相應的烷烴前加環。

環上有取代基的單環烷烴命名分兩種情況。環上的取代基比較複雜時，應將鏈作為母體，將環作為取代基，按鏈烷烴的命名原則和命名方法來命名。而當環上的取代基比較簡單時，通常將環作為母體來命名。當環上有兩個或多個取代基時，要對母體環進行編號，編號仍遵守最低系列原則。

但由於環沒有端基，有時會出現有幾種編號方式都符合最低系列原則的情況。也即應用最低系列原則無法確定哪一種編號優先。在這種情況下，中文命名時，應讓順序規則中較小的基團位次儘可能小。

當環上帶有兩個或兩個以上取代基時，如分子有反軸對稱性，構型用順反表示，分子沒有反軸對稱性，構型用R-S表示。

環上帶有三個或更多基團時，若用順、反表示構型，要選用一個參照基團，通常選用1位的基團為參照基團，用r-1表示，放在名稱的最前面。 ^[1] 

橋環烷烴的命名

橋環烷烴（bridged hydrocarbon）是指共用兩個或兩個以上碳原子的多環烷烴，共用的碳原子稱為橋頭碳（bridgehead carbon），兩個橋頭碳之間可以是碳鏈，也可以是一個鍵，稱為橋。將橋環烴變為鍊形化合物時，要斷裂碳鏈，根據斷碳鏈的次數確定環數。如需斷兩次的橋環烴稱為二環（bicydo），斷三次的稱三環（tricyclo）等等，然後將橋頭碳之間的碳原子數（不包括橋頭碳）由多到少順序列在方括弧內，數字之間在右下角用圓點隔開，最後寫上包括橋頭碳在內的橋環烴碳原子總數的烷烴的名稱。如橋環烴上有取代基，則列在整個名稱的前面，橋環烴的編號是從第一個橋頭碳開始，從最長的橋編到第二個橋頭碳，再沿次長的橋回到第一個橋頭碳，再按橋漸短的次序將其餘的橋編號，如編號可以選擇，則使取代基的位號儘可能最小。

對於一些結構複雜的橋環烴化合物，常用俗名，如金剛烷和立方烷。 ^[1] 

螺環烷烴的命名

螺環烷烴（spirocyclic hydrocarbon）是指單環之間共用一個碳原子的多環烷烴，共用的碳原子稱為螺原子（spiro atom）。螺環的編號是從螺原子上的小環開始順序編號，由第一個環順序編到第二個環，命名時先寫詞頭螺，再在方括弧內按編號順序寫出除螺原子外的環碳原子數，數字之間用圓點隔開，最後寫出包括螺原子在內的碳原子數的烷烴名稱，如有取代基，在編號時應使取代基位號最小，取代基位號及名稱列在整個名稱的最前面。 ^[1] 

單烯烴和單炔烴的命名

單烯烴的系統命名可按下列步驟進行：

(1)先找出含雙鍵的最長碳鏈，把它作為主鏈，並按主鏈中所含碳原子數把該化合物命名為某烯。如主鏈含有四個碳原子，即叫做丁烯。十個碳以上用漢字數字，再加上碳字，如十二碳烯。

(2)從主鏈靠近雙鍵的一端開始，依次將主鏈的碳原子編號，使雙鍵的碳原子編號較小。

(3)把雙鍵碳原子的最小編號寫在烯的名稱的前面。取代基所在碳原子的編號寫在取代基之前，取代基也寫在某烯之前。

(4)若分子中兩個雙鍵碳原子均與不同的基團相連，這時會產生兩個立體異構體，可以採用Z-E構型來標示這兩個立體異構體。即按順序規則，兩個雙鍵碳原子上的兩個順序在前的原子（或基團）同在雙鍵一側的為Z構型（Z configuration）（德文，Zusammen，在一起的意思），在兩側的為E構型（E configuration）（德文，Entgegen，相反的意思）。

(5)按名稱格式寫出全名。

單炔烴的系統命名方法與單烯烴相同，但不存在確定Z-E構型的問題。 ^[1] 

多烯烴或多炔烴的系統命名

多烯烴的系統命名按下列步驟進行。

(1)取含雙鍵最多的最長碳鏈作為主鏈，稱為某幾烯，這是該化合物的母體名稱。主鏈碳原子的編號，從離雙鍵較近的一端開始，雙鍵的位置由小到大排列，寫在母體名稱前，並用一短線相連。

(2)取代基的位置由與它連接的主鏈上的碳原子的位次確定，寫在取代基的名稱前，用一短線與取代基的名稱相連。

(3)寫名稱時，取代基在前，母體在後，如果是順、反異構體，則要在整個名稱前標明雙鍵的Z-E構型。

多炔烴的系統命名方法與多烯烴相同。 ^[1] 

烯炔的系統命名

若分子中同時含有雙鍵與三鍵，可用烯炔作詞尾，給雙鍵、三鍵以儘可能低的編號，如果位號有選擇時，使雙鍵位號比三鍵小，書寫時先烯後炔。 ^[1] 

含苯基的單環芳烴的命名

最簡單的此類單環芳烴是苯（benzene）。其它的這類單環芳烴可以看做是苯的一元或多元烴基的取代物。苯的一元烴基取代物只有一種。命名的方法有兩種，一種是將苯作為母體。烴基作為取代基，稱為XX苯。另一種是將苯作為取代基，稱為苯基（phenyl），它是苯分子減去一個氫原子後剩下的基團，可簡寫成Ph—，苯環以外的部分作為母體，稱為苯（基）XX。

苯的二元烴基取代物有三種異構體，它們是由於取代基團在苯環上的相對位置的不同而引起的，命名時用鄰或o（ortho）表示兩個取代基處於鄰位，用間或m（meta）表示兩個取代基團處於中間相隔一個碳原子的兩個碳上，用對或p（para）表示兩個取代基團處於對角位置，鄰、間、對也可用1,2-，1,3-，1,4-表示。

若苯環上有三個相同的取代基，常用“連”（英文用“vicinal”，簡寫“vie”）為詞頭，表示三個基團處在1,2,3位。用“偏”為詞頭，表示三個基團處在1,2,4位。用“均”為詞頭，表示三個基團處在1,3,5位。

當苯環上有兩個或多個取代基時，苯環上的編號應符合最低系列原則。而當應用最低系列原則無法確定哪一種編號優先時，與單環烷烴的情況一樣，中文命名時應讓順序規則中較小的基團位次儘可能小。 ^[1] 

多環芳烴的命名

分子中含有多個苯環的烴稱為多環芳烴（polycyclic arene）。主要有多苯代脂烴（multiphenyl alicyclic hydrocarbon）、聯苯（biphenyl）和稠合多環芳烴（fused polycyclic arene）。

鏈烴分子中的氫被兩個或多個苯基取代的化合物稱為多苯代脂烴。命名時，一般是將苯基作為取代基，鏈烴作為母體。

兩個或多個苯環以單鍵直接相連的化合物稱為聯苯型化合物。

聯苯類化合物的編號總是從苯環和單鍵的直接連接處開始，第二個苯環上的號碼分別加上一撇“'”，第三個苯環上的號碼分別加上兩撇“"”其它依次類推。苯環上如有取代基，編號的方向應使取代基位置儘可能小，命名時以聯苯為母體。

兩個或多個苯環共用兩個鄰位碳原子的化合物稱為稠環芳烴。最簡單最重要的稠環芳烴是萘、蒽、菲。

萘、蒽、菲的編號都是固定的。

萘分子的1,4,5,8位是等同的位置，稱為α位，2,3,6,7位也是等同的位置，稱為β位。蒽分子的1,4,5,8位等同，也稱為α位，2,3,6,7位等同，也稱為β位，9,10位等同，稱為γ位。菲有五對等同的位置，它們分別是：1,8，2,7，3,6，4,5和9,10。取代稠環芳烴的名稱格式與有機化合物名稱的基本格式一致。

IUPAC有35個國際通用的稠環烴可作為命名中的母體，它們的結構、英文名稱及固定編號，見圖冊。 ^[1] 

常見的單環非苯芳烴化合物可按前面講過的一般原則來命名。輪烯（amiulene）是一類單雙鍵交替出現的環狀烴類化合物。命名時將成環的碳原子數放在方括號內，括號後面寫上輪烯即可。也可以不寫括號，用一短線將數字和輪烯相連。例如上面第四個化合物可稱為[18]輪烯或18-輪烯。輪烯也可以根據碳氫的數目來命名。18-輪烯含有十八個碳，九個雙鍵，所以也可以稱為環十八碳九烯。 ^[1] 

烴分子中的氫被官能團取代後的化合物稱為烴的衍生物。

常見官能團的詞頭、詞尾名稱

^[1] 

單官能團化合物的系統命名

只含有一個官能團的化合物稱為單官能團化合物。單官能團化合物的系統命名有兩種情況。一種情況是將官能團作為取代基，仍以烷烴為母體，按烷烴的命名原則來命名。

若官能團是醚鍵，也可以採用這種方式來命名：取較長的烴基作為母體，把餘下的碳數較少的烷氧（RO—）作取代基，如有不飽和烴基存在時，選不飽和程度較大的烴基作為母體。

另一種情況是將含官能團的最長鏈作為母體化合物的主鏈，根據主鏈的碳原子數稱為某A（A=醇、醛、酮、酸、酰滷、酰胺、腈等）。從靠近官能團的一端開始，依次給主鏈碳原子編號。在寫出全名時，把官能團所在的碳原子的號數寫在某之前，並在某A與數字之間畫一短線，支鏈的位置和名稱寫在某A的前面，並分別用短線隔開。

當一個環與一個帶末端官能團的鏈相連，而此鏈中又無雜原子和重鍵時，在IUPAC系統命名中可用連接命名法，即將兩者的名稱連接起來為此化合物的名稱。

酸酐可以看做兩分子羧酸失去一分子水後的生成物，兩分子羧酸是相同的，為單酐，命名時在羧酸名稱後加“酐”字，並把羧酸的“酸”字去掉；如兩分子羧酸是不同的，為混酐，命名時把簡單的酸放在前面，複雜的酸放在後面，再加“酐”字並把“酸”字去掉；二元酸分子內失水形成環狀酸酐，命名時在二元酸的名稱後加“酐”字。

酯可看做羧酸的羧基氫原子被烴基取代的產物，命名時把羧酸名稱放在前面，烴基名稱放在後面，再加一個“酯”字。分子內的羥基和羧基失水，形成內酯（lactone），用“內酯”兩字代替“酸”字，並標明羥基的位次。（如丙酯，又名乙酸丙酯） ^[1] 

含多個相同官能團化合物的系統命名

分子中含有兩個或多個相同官能團時，命名應選官能團最多的長鏈為主鏈，然後根據主鏈的碳原子數稱為某n醇（或某n醛、某n酮、某n酸等），n是主鏈上官能團的數目，用中文數字表達。例如七碳鏈的二元醇稱為庚二醇。

如果羧基直接連在脂環和芳環上，或一個碳鏈上有三個以上的羧基，也可以在烴的名稱後直接加上羧酸（carboxylic acid）、二羧酸（dicarboxylic acid）、三羧酸（tricarboxylic acid）。

當分子中含有多種官能團時，首先要確定一個主官能團，確定主官能團的方法是查看上文表格“常見官能團的詞頭、詞尾名稱”，表中排在前面的官能團總是主官能團。然後，選含有主官能團及儘可能含較多官能團的最長碳鏈為主鏈。主鏈編號的原則是要讓主官能團的位次儘可能小。命名時，根據主官能團確定母體的名稱，其它官能團作為取代基用詞頭表示，分子中如涉及立體結構要在名稱最前面表明其構型。然後根據名稱的基本格式寫出名稱。 ^[1]