12.8: Nomenklatur der Polycycloalkane

Es gibt viele Kohlenwasserstoffe und Kohlenwasserstoffderivate mit zwei oder mehr Ringen mit gemeinsamen Kohlenstoffatomen. Eine solche Substanz ist Decalin, das zehn Kohlenstoffe hat, die in zwei Sechsringen angeordnet sind:

Verbindungen dieses Typs werden üblicherweise benannt, indem das Präfix bicyclo an den Namen des offenkettigen Kohlenwasserstoffs mit der gleichen Gesamtzahl von Kohlenstoffatomen wie in den Ringen angehängt wird. So ist Decalin, das zehn Kohlenstoffe im Ringsystem hat, ein Bicyclodecan. Als nächstes müssen wir die Größe der Ringe angeben können, indem wir die Anzahl der Kohlenstoffatome in jeder der Ketten zählen, die die beiden Atome verbinden, die die Ringübergänge oder Brückenköpfe bilden. Decalin hat vier Kohlenstoffe in jeder von zwei Ketten und keine in der dritten. Daher ist Decalin Bicyclodecan. Beachten Sie, dass die Zahlen in eckigen Klammern nach dem Präfix „bicyclo“ und vor dem Namen des Kohlenwasserstoffs stehen. Die Zahlen werden in der Reihenfolge abnehmender Größe aufgelistet und ordnungsgemäß durch Punkte und nicht durch Kommas getrennt. Einige weitere Beispiele folgen:

Um substituierte Polycycloalkane zu benennen, ist ein Nummerierungssystem erforderlich. Im IUPAC-System ist der Hauptring derjenige, der die größte Anzahl von Kohlenstoffatomen enthält. Zwei der Kohlenstoffe im Hauptring dienen als Verbindungsstellen für die Hauptbrücke, die entsprechend der Wahl des Hauptrings so groß wie möglich gewählt wird. Für komplexere Fälle sind zusätzliche Regeln erforderlich, die uns hier jedoch nicht interessieren.

Bei der Nummerierung bicyclischer Ringsysteme mit zwei Ringverbindungen wird einer von ihnen als \(\ce{C_1}\) gewählt. Die Nummerierung verläuft entlang der längsten Kohlenstoffkette bis zur nächsten Kreuzung, setzt sich dann entlang der nächstlängsten Kette fort und wird schließlich entlang der kürzesten Kette abgeschlossen. Zum Beispiel,

Hier hat der Hauptring sieben Kohlenstoffe (\(\ce {C_1}\) bis \(\ce{C_7}\)) und es gibt eine Ein-Kohlenstoff-Brücke \(\left( \ce{C_8} \right) \).

Wenn die Kohlenwasserstoffringe nur einen Kohlenstoff gemeinsam haben, werden sie Spirane genannt und erhalten systematische Namen gemäß den folgenden Beispielen:

Beachten Sie, dass bei Spiranen die Nummerierung neben dem Verbindungspunkt im kleineren Ring beginnt.

Die Benennung von Tricycloalkanen folgt demselben allgemeinen System.\ (^ 7\) Der größte Ring und seine Hauptverknüpfung bilden ein bicyclisches System, und die Position der vierten oder sekundären Verknüpfung wird durch hochgestellte Zeichen angezeigt. Der systematische Name des interessanten Kohlenwasserstoffs Adamantan ist unten als Beispiel angegeben; seine Konformation ist ebenfalls gezeigt. Der größte Ring in Adamantan ist achtgliedrig und die Kohlenstoffe, aus denen er besteht, können auf verschiedene Arten ausgewählt werden. Der als \(\ce{C_9}\) gewählte Kohlenstoff liegt zwischen \(\ce{C_1}\) und \(\ce{C_5}\), nicht zwischen den höherzahligen \(\ce{C_3}\) und \(\ce{C_7}\):

Um eine Struktur aus einem Namen wie 8-Chlorbicyclooctan, \(11\), zu erzeugen, beginnen Sie mit einem Paar von Verbindungsatomen, verbinden Sie sie wie vorgeschrieben, nummerieren Sie dann das anfängliche Skelett, stellen Sie die endgültigen Verbindungen her und suchen Sie die Substituenten. Die Schritte folgen:

Ein weiteres und komplizierteres Beispiel ist 1,4-Dichlorpentacyclooctan:

Der schwierigste Teil des gesamten Verfahrens kann darin bestehen, die endgültige Struktur in geeigneter Perspektive zu generieren. Die Aufgabe, dies zu tun, kann durch den Einsatz molekularer Modelle stark vereinfacht werden.

\(^7\) Um zu bestimmen, ob ein gegebenes verbrücktes polycyclisches Ringsystem bicyclo-, Tricyclo- usw. sein sollte, verwenden Sie die Regel, dass die Anzahl der Ringe gleich der minimalen Anzahl von Bindungsabspaltungen ist, um das Ringsystem in einen acyclischen Kohlenwasserstoff mit der gleichen Anzahl von Kohlenstoffen umzuwandeln.