Номеклатура полимеров. Тривиальная, рациональная и систематическая номенклатура полимеров Номенклатура полимеров в переводе с латинского означает роспись названия

Когда один и тот же полимер может быть получен из различных мономе­ров, возникает двойственность в его названии; это характерно для полиэфи­ров и полиамидов. Например, полимер, полученный из 6-аминокапроновой кислоты, называют поли(6-аминокапроновой кислотой) (а), а тот же поли­мер, синтезированный из е-капролактама - поли(e-капролактамом) (б):




Данную номенклатуру целесообразно применять к достаточно известным полимерам, название которых часто используют специалисты.

Более общей является номенклатура, основанная на строении мономер­ного звена, поскольку она может применяться к полимерам, полученным из двух мономеров, что является обычным для поликонденсации. В этом слу­чае после приставки «поли-» в скобках приводится название мономерного звена, причем, та часть названия, которая определяет принадлежность дан­ного полимера к определенному классу, приводится последней. Например, в приведенных ниже названиях полимеров последние слова в скобках указы­вают на принадлежность полимеров к классам полиэфиров, полиамидов и полиуретанов. Первые слова характеризуют второй мономер:


Систематическая номенклатура, рекомендованная ИЮПАК. В 70-х гг. XX в. Международным союзом теоретической и прикладной химии - ИЮПАК (International Union and Applied Chemistry - IUPAC) была разра­ботана систематическая номенклатура однотяжевых полимеров, основанная на описании строения составного повторяющегося звена полимерной цепи (СПЗ) в соответствии с определенными правилами. СПЗ представляет со­бой наименьшую группу атомов с двумя валентностями, повторением кото­рой может быть образована полимерная цепь. В большинстве случаев СПЗ совпадает с мономерным звеном, но в отдельных случаях - не совпадает, что приводит к изменению привычных названий полимеров. Например, поли­этилен в соответствии с этой номенклатурой называется полиметиленом, а СПЗ является группа -СН2-.

Название полимера начинается с приставки «поли-», за которой в скобках следует название СПЗ. Следовательно, чтобы дать название полимеру, необ­ходимо:

идентифицировать СПЗ,

ориентировать СПЗ,

дать название СПЗ.

СПЗ может быть простым или состоять из нескольких подзвеньев. В ка­честве подзвена выбирается наибольшая группа атомов (или циклов основ­ной цепи), которая может быть названа в соответствии с номенклатурными правилами ИЮПАК для низкомолекулярных органических соединений. Атомы и подзвенья располагаются в СПЗ в порядке убывания старшинства слева направо, путь между подзвеньями должен быть наиболее коротким. Правила старшинства состоят в следующем:

1. 
   Все гетероатомы являются старшими по отношению к углероду. Среди них старшинство определяется положением в периодический системе, оно убывает при движении от правого верхнего угла периодической таблицы к левому нижнему по группам. Ряд старшинства начинается со фтора, стар­ шинство убывает в последовательности: F, Cl, Вг, ... , О, S, Se, ... , N, P, As, Sb,..., Fr.
   
2. 
   Старшинство подзвеньев определяется рядом: гетероциклы > гете­роатомы или линейные подзвенья, включающие гетероатомы > карбоциклы > ациклические подзвенья. Наличие любых заместителей не изменяет поря­док старшинства подзвеньев. При прочих равных условиях преимуществом обладают те из них, у которых число, характеризующее положение замести­теля, является наименьшим.
   

3. 
   Гетероциклы по старшинству расположены в ряд: азотсодержащие > >гетероциклы, содержащие, наряду с азотом, другие гетероатомы, стар­шинство которых определяется в соответствии с пунктом 1 > системы с наи­большим количеством колец > системы с наибольшим циклом > цикл с наи­большим количеством гетероатомов > системы с наибольшим количеством гетероатомов > системы с наибольшим ассортиментом гетероатомов. При иных равных условиях ненасыщенные циклы имеют преимущество.
   
4. 
   Среди карбоциклических группировок главенствуют имеющие наи­большее количество циклов, далее идут системы: с наибольшим индивиду­альным циклом > с наибольшим количеством общих атомов у всех циклов > с наименьшим числом, характеризующим места соединения циклов, > сис­темы с наибольшей ненасыщенностью.
   

Если в основной цепи имеются атомы и циклы одного типа, последова­тельность их расположения определяется алфавитным порядком названия заместителей, например:

Данный пример иллюстрирует еще одно правило: направление нумера­ции атомов в циклах должно приводить к наименьшей цифре, характери­зующей положение заместителя.




Рассмотрим примеры. Ниже приведены варианты СПЗ полимера

Поскольку, согласно правилу 1, в основной цепи полимера старшим яв­ляется кислород, все структуры, кроме 3 и 4, исключаются из дальнейшего рассмотрения. По правилу 2 предпочтение отдается структуре с наимень­шим числом, определяющим положение заместителя, в данном случае, ато­ма фтора. Поэтому в качестве СПЗ рассматриваемого полимера выбирается структура 3, полимер обозначается и называется следующим образом:







Приведенное ниже соединение

следует называть поли-1,3-диоксигексаметилен, но не полималонилтриметилен, так как первое название включает наибольшую цепь атомов углерода.




Полимер

должен быть назван поливинилен, а не полиэтандиилиден







которому соответствует СПЗ с четырьмя валентностями.

В приведенной далее формуле полимера содержатся циклы в основной цепи:




В первом случае проявляется старшинство ненасыщенного цикла по сравнению с насыщенным, а также преимущество циклического подзвена перед ациклическим (правила 2, 4).

В следующем примере иллюстрируется старшинство азотсодержащего цикла:







Последний пример относится к правилу «кратчайшего пути» между подзвеньями в названии.

Ниже приводятся два названия полимера

поли[3,5-пиридиндиилметиленпиррол-3,4-диилоксиметилен] или

поли[3,5-пиридиндиилметиленоксипиррол-3,4-диилметилен]

Второе - неудачно, поскольку не обеспечивает кратчайшего пути от пи­ридинового к пиррольному циклу.

В отдельных случаях, наряду с систематической номенклатурой, реко­мендованной ИЮПАК, могут быть использованы и другие номенклатуры.

Так, для полимера




с систематическим названием полиоксиэтилениминометилентиоэтиленамино-1,3-циклогексен может быть применима так называемая заместительная но­менклатура. В соответствии с ней СПЗ основной цепи дается название, исходя из аналогичного по количеству и порядку нумерации атомов ациклического углеводорода с соответствующими приставками у гетероатомов «аза», «окса», «тиа» и т.д. Согласно данной номенклатуре полимер будет назы­ваться поли-1-окса-6-тиа-4,9-диазанонаметилен-1,3-циклогексен. В табл. 1.4 приведены рациональные и систематические названия наиболее распро­страненных полимеров. Названия полимеров виниловых мономеров после приставки «поли-» начинаются в скобках с цифры 1, что является характер­ным признаком данного ряда.

Номенклатура неорганических и элементорганических полимеров. Назва­ние полимеров в данном случае может быть дано по рациональной и систе­матический номенклатуре. В обоих случаях старшинство элементов в цепях прямо противоположно старшинству элементов, принятых для органиче­ских соединений. Так, для неорганических и элементорганических полиме­ров старшим из приведенного ранее фрагмента периодической системы бу­дет Fr, младшим - F (т. е. чем выше электроположительность элемента, тем выше старшинство).

Таблица 1.4

Названия некоторых регулярных линейных полимеров





В случае рациональной номенклатуры название полимеров с неорганиче­ской главной цепью складывается из:

приставки «поли-»;

числа и названия боковых радикалов, присоединенных к каждому из атомов основной цепи; корневых названий элементов, образующих основную цепь;

суффикса, указывающего на характер связи между элементами основной цепи («-ан» - одинарная связь, «-ен» - двойная, «-ин» - тройная);

в случае разных радикалов у одного атома их названия дают в алфавит­ном порядке латинского алфавита.

В соответствии с Номенклатурными правилами ИЮПАК систематиче­ская номенклатура неорганических, элементорганических и координацион­ных полимеров базируется на тех же основных принципах, что и номенкла­тура однотяжевых органических полимеров, а именно, их название склады­вается из приставки «поли-» и помещенного в квадратные скобки названия составного повторяющегося звена, которое складывается из названий его составных фрагментов. Если число повторяющихся звеньев известно, вместо префикса «поли-» может быть использован нужный численный префикс, на­пример, додека-СПЗ. Линейный полимер обозначается перед названием префиксом «катена» (от латинского catena - цепь).

Название СПЗ, состоящего из центрального атома с несколькими замес­тителями, включая мостиковый, начинается с перечисления заместителей,

Таблица 1.5

Названия некоторых элементорганических и неорганических полимеров


затем идет название центрального атома и далее, после префикса u, назва­ние мостикового заместителя (лиганда). Если последний состоит из не­скольких атомов, входящих в основную цепь, то тот из них, который связан с центральным атомом СПЗ, отделяется от других двоеточием. В табл. 1.5 приведены формулы некоторых полимеров и их названия, иллюстрирующие изложенные выше правила.

Классификация и номенклатура сополимеров

В 1985г. Комиссия ИЮПАК предложила номенклатуру сополимеров, основанную на их происхождении, т. е. исходных мономерах.

По определению, сополимеры являются полимерами, полученными из мономеров более чем одного типа. Классификация сополимеров основана на расположении мономерных звеньев в молекулах. Для обозначения моно­мерных звеньев в соответствии с тривиальной, рациональной или система­тической номенклатурой ниже приведены классы сополимеров и предлагае­мые современной номенклатурой названия, два типа мономеров условно обозначены как А и В:

Тип Пример

неустановленный поли (А-со-В),
(т. е. неизвестный)

статистический поли (А-сл-В),

случайный поли (А-сл-В),

чередующийся поли (А-чер-В),

периодический поли (А-период-В-период-С),

блочный поли А-блок-поли В,

привитой поли А- прив - поли В.

Статистическими сополимерами называются сополимеры, в которых по­следовательность расположения мономерных звеньев в цепях подчиняется законам статистики, например, статистике цепей Маркова нулевого (статистика Бернулли), первого и второго порядков.

Случайный сополимер** представляет особый случай статистического со­полимера. Распределение звеньев в цепи случайного сополимера описывает­ся статистикой Бернулли. Это означает, что присоединение того или друго­го мономера к цепи сополимера определяется лишь законом случая и не за­висит от каких-либо параметров их реакционной способности.

Чередующиеся сополимеры имеют регулярное строение, так как в цепи за А всегда следует В и наоборот. Поэтому их можно также назвать в соот­ветствии с номенклатурой однотяжевых линейных полимеров.

В периодических сополимерах звенья цепи также располагаются регуляр­ным образом, например:




Для блок- и привитых сополимеров характерно блочное расположение мономерных звеньев в макромолекуле. Под блоком понимается участок макромолекулы, содержащий один тип мономерных звеньев. Ниже показа­но расположение блоков в привитых и блок-сополимерах:



Когда блоки соединены фрагментом (атомом) X, не являющимся частью блоков, название соединительного звена помещается в соответствующем месте, а соединительное слово блок- может быть опущено, например поли А-блок-Х-блок-поли С или поли А-Х-поли С.

При названии привитых сополимеров первое название (А) соответствует звеньям, образующим основную цепь, второе (В) - образующим боковые цепи: поли А-прив-поли В. Если привитые цепи содержат разные мономерные звенья, они разделяются в названии точкой с запятой: поли А-прив-(поли В; поли С).

Параллельно широко используется альтернативная номенклатура, ос­новные положения которой следующие:

1. 
   Сополимер обозначается приставкой «сополи-», за которой следуют названия мономеров (номенклатура, базирующаяся на происхождении). Пример: сополи(стирол/бутадиен).
   
2. 
   Уточнение типа сополимера (сокращения «блок», «чер» и т.д.) произ­водится с помощью префикса, предшествующего приставке «сополи-» выде­ленного курсивом. Пример: блок-сополи(стирол/бутадиен).
   
3. 
   В основную часть названия сополимера включаются только названия мономеров; концевые звенья уточняются до основного названия (с помощью префиксов а или со), а звенья, соединяющие блоки, упоминают после основно­го названия, используя символ u. Например: блок-сополи(стирол/бутадиен)-u-
   диметилсилилен; а-бутил-w-карбокси-блок-сополи(стирол/бутадиен).
   
4. 
   Массовую долю, мольную долю, молекулярную массу или степень по­лимеризации мономерных звеньев в сополимерах обозначают отдельно: в скобках после названия.
   

Названия основных типов сополимеров



В табл. 1.6 приведены названия сополимеров разного типа, образованные в соответствии с той и другой номенклатурой.

Некоторые устаревшие приставки (префиксы) и окончания (суффиксы)

алло- - приставка, обозначающая, что данное соединение по строению сходно с другим. Например, кофеин и аллокофеин. В случае геометрической изомерии соединений с двойной связью обозначает более стабильную форму в котрую превращается соединение при нагревании. Например, фумаровую кислоту можно назвать алломалеиновой, так как она образуется при нагревании малеиновой кислоты.

амфи- - приставка, обозначающая 2,6-замещенные нафталины.

она- - приставка, обозначающая 1,5-замещенные нафталины.

анти- - приставка для обозначения стереоизомеров. Часто также применяется для обозначения стереоизомерных оксимов и гидразонов и указывает на диагональное расположение групп по отношению к плоскости двойной связи. Одностороннее положение групп обозначается приставкой син-.

аци- - приставка, обозначающая кислотную таутомерную форму нитросоединений.

виц- - приставка, обозначающая земещение у соседних атомов.

втор- - приставка, обозначающая заместитель имеющий вторичный атом углерода.

гем- - приставка, обозначающая двойное замещение у одного атома углерода.

гомо- - наиболее часто обозначает гомолог, длиннее на одну CH2 группу.

изо- - приставка, указывающая на разветвленное строение цепи углерода.

ката- - приставка для обозначения 1,7-замещенных нафталина.

мета- (м-) - приставка, обозначающая 1,3-замещенные бензола.

омега- (ω-) - приставка, обозначающая что заместитель связан с крайним атомом углеродной цепи.

орто- (о-) - приставка, обозначающая 1,2-замещенные бензола.

пара- (п-) - приставка, обозначающая 1,4-замещенные бензола.

перв- - приставка, обозначающая заместитель имеющий первичный атом углерода.

пери- - приставка, обозначающая 1,8-замещенные нафталины.

псевдо- - приставка, обозначающая изомерную форму.

прос- - приставка, обозначающая 2,7-замещенные нафталины.

ряд- - приставка, обозначающая расположение заместителей у нескольких соседних атомов углерода.

симм- - приставка для обозначения симметричных структур.

трео- - приставка, обозначающая, что в соединении два смежных ассиметрических центра имеют одинаковую конфигурацию. В противоположность, приставка эритро- указывает на то что два центра имеют различную конфигурацию.

трет- - приставка, обозначающая заместитель имеющий третичный атом углерода.

эпи- - притсавка, обозначающая 1,6-замещенные нафталины.