8) Chemické názvosloví a) úvod, oxidační číslo a určování jeho hodnoty
chemické názvosloví (nomenklatura) se zabývá stanovením a formulací pravidel, podle nichž se tvoří názvy a vzorce chemických látek. Základním smyslem názvosloví je univerzální, jednotný, přesný, snadno použitelný systém, který umožní komunikaci v oboru chemie. pravidla chemického názvosloví jsou zaštiťuje Mezinárodní unie pro čistou a aplikovanou chemii IUPAC (International Union for Pure and Applied Chemistry) vedle dohodnutého systematického názvosloví samozřejmě existují názvy triviální, které mají historické kořeny, některé z nich jsou pevně vžité a jsou povolenou součástí názvosloví, je však snaha preferovat systematické názvy, vzhledem k jejich přesnosti – dávají totiž také informaci o skutečném složení látky názvy, tvořené podle systematických pravidel, se obvykle skládají z několika částí – mohou být jednoslovné nebo i víceslovné, jednotlivá slova názvu jsou tvořena složením – ze základu názvu, předpon a přípon (zakončení). Předpony mohou být názvoslovné – k vyjádření přítomnosti nějakého atomu nebo skupiny, číslovkové (viz tab.)– k vyjádření počtu daných jednotek, strukturní – vyjadřují informace o struktuře molekuly, numerické – u organických látek označují polohu atomů, skupin, vazeb. Zakončení potom vyjadřují druh látky nebo oxidační číslo. jednoduché číslovkové předpony předpona č. předpona
č. 1
mono
12
dodeka
2
di
19
nonadeka
3
tri
20
ikosa
4
tetra
21
henikosa
5
penta
22
dokosa
6
hexa
23
trikosa
7
hepta
29
nonakosa
8
okta
30
triakonta
9
nona, ennea
31
hentriakonta
10
deka
1/2
hemi
11
hendeka, undeka
3/2
seskvi
2x
násobné předpony bis 6x
hexakis
3x
tris
7x
heptakis
4x
tetrakis
8x
oktakis
5x
pentakis
9x
nonakis
Oxidační číslo :
je základní pojem, na němž je vybudováno názvosloví anorganických sloučenin
oxidační číslo prvku v jakémkoli chemickém stavu je elektrický náboj, který by byl přítomen na atomu prvku, kdyby elektrony v každé vazbě z tohoto atomu vycházející náležely elektronegativnějšímu účastníku vazby atomy v základním stavu a ve stejnojaderných molekulách mají oxidační číslo rovno nule součet oxidačních čísel prvků vynásobených počtem jejich atomů v molekule je roven nule a v případě iontu odpovídá jeho náboji Dále platí následující pravidla : - vodík má ve sloučenině oxidační číslo I s výjimkou hydridů kovů a hydridosloučenin - kyslík má oxidační číslo –II s výjimkou peroxidů, peroxosloučenin a sloučenin s fluorem - fluor má vždy oxidační číslo –I - kovy mají ve sloučeninách jen kladná oxidační čísla s výjimkou některých komplexních sloučenin - maximální kladné oxidační číslo prvku nemůže být vyšší než je číslo skupiny periodické soustavy, do které je zařazen s výjimkou některých přechodných kovů (Cu, Ag, Au) - některé prvky mají ve všech běžných sloučeninách a iontech stálé xidační číslo : např. NaI, KI, CaII, MgII, ZnII, AlIII, atd.
takto zavedené oxidační číslo je ovšem pojem formální a v mnoha případech neodpovídá skutečné elektronové konfiguraci v molekule. Potíže nastávají, pokud jsou ve sloučenině vázány prvky se stejnou elektronegativitou – potom rozhoduje o oxidačním čísle chemické chování dané sloučeniny. k označení oxidačního čísla se používají římské číslice (u záporných s mínusem) – arabské označují náboj iontů, znaménko se píše za číslici v českém anorganickém názvosloví vyjadřujeme oxidační čísla pomocí obecně platných zakončení (viz. dále)
b) názvosloví chemických prvků a anorganických sloučenin
chemické prvky nesly odedávna svá jména, jako základ pro vytvoření jejich písmenných značek (poprvé Berzelius v 19.stol.) byly použity jejich latinské názvy, v každém jazyce jsou potom respektovány tradiční názvy, které se používají i jako základ anorganického názvosloví české anorganické chemické názvosloví je podvojné, názvy velké většiny anorganických sloučenin jsou složeny z podstatného a přídavného jména podstatné jméno udává druh sloučeniny a je odvozeno od elektronegativnější části sloučeniny přídavné jméno charakterizuje elektropozitivní část sloučeniny a má zakončení vyjadřující její oxidační číslo zakončení u aniontů (dle kladné oxidační číslo zakončení u kationtů oxidačního č. základního prvku) I
- ný
- nan
II
- natý
- natan
III
- itý
- itan
IV
- ičitý
- ičitan
V
- ičný, - ečný
- ičnan, - ečnan
VI
- ový
- an
VII
- istý
- istan
VIII
- ičelý
- ičelan
v názvu stojí nejprve podstatné potom přídavné jméno, ve vzorci naopak nejprve kation potom anion je-li elektronegativní část tvořena atomy jediného prvku tvoří se její název připojením koncovky – id (oxid, bromid, hydrid apod.), pokud je tvořena atomy více než jednoho prvku, lze atom jednoho z těchto prvků označit za základní (centrální), název elektronegativní části se pak vytvoří ze základu názvu centrálního atomu a ze zakončení podle příslušného oxidačního čísla (dusičnan, chlornan, atp.). Pro víceatomové skupiny se užívá pravidel názvosloví koordinačních sloučenin (viz.dále). u velké skupiny nevalenčních a nestechiometrických sloučenin (boridy, karbidy, silicidy, nitridy, binární sloučeniny prvků 3. a 5. hl. podskup.) nelze valenční koncovky aplikovat, v názvu proto uvádíme elektropozitivní složku v genitivu a počet atomů téhož prvku vyjadřujeme číslovkovou předponou (tetraborid trititanu, karbid triželeza, atd.)
Přehled názvosloví :
kationty mají názvy odvozené od názvu prvku : K+ - kation draselný, Ca2+ - kation vápenatý, atd., víceatomové kationty mají zakončení -onium, -ium : PH4+- fosfonium, H3O+- oxonium, N2H5+hydrazinium, NH4+- amonium (spíše ale kation amonný). V názvech sloučenin jsou tyto kationty v genitivu (chlorid hydrazinia, oxonia, apod.) O2- - oxidy – dle obecného principu : oxid + přídavné jméno s danou valenční příponou (CaO – oxid vápenatý, B2O3 – oxid boritý, CaTiO3 – podvojný oxid titaničito-vápenatý atd.) obdobné názvosloví mají další sloučeniny : H- - hydridy, F- - fluoridy , Cl- - chloridy, atd. halogenidy S2- - sulfidy, Se2- - selenidy, Te2- - telluridy N3- - nitridy, P3- - fosfidy, As3- - arsenidy, Sb3- antimonidy C4- - karbidy B3- - boridy OH- - hydroxidy O22- - peroxidy, O2- - superoxidy, O3- - ozonidy N3- - azidy, NH2- - amidy, NH2- - imidy S22-, Sn2- - disulfidy, polysulfidy CN- - kyanidy, SCN- - thiokyanatany (rhodanidy) atd.
binární sloučeniny s vodíkem, kam patří i bezkyslíkaté kyseliny : 1) sloučeniny vodíku s některými nekovy : koncovka –vodík (fluorovodík, sirovodík, kyanovodík), případně –ová kyselina (chlorovodíková kys.) 2) slouč. vodíku s prvky 3.,4.,5., a 6. hl. podskup. : koncovka –an k latinskému kmeni názvu prvku (AlH3 - alan, SiH4 - silan, PH3 - fosfan, H2S - sulfan, H2Se - selan, H2Te - tellan) 3) hydridy elektropozitivních kovů– viz výše
oxokyseliny : podstatné jméno kyselina a přídavné – charakterizuje centrální prvek a jeho ox. č. V některých případech je nutné uvádět číslovkovými předponami počet daných atomů nebo skupin pro jednoznačné určení vzorce (např. kys. trihydrogenfosforečná – H3PO4). Jiným způsobem vyjádření názvu je uvedení počtu kyslíkových atomů (kys. tetraoxofosforečná). soli oxokyselin : aniontová složka je vyjádřena podstatným jménem, vytvořením z přídavného jména dané kyseliny přidáním koncovky –an (kys. uhličitá – uhličitan), výjimkou je ox.č. VI, kde se používá zkrácený název kyseliny (sírová – síran atp.). Zakončení aniontů viz.tabulka. hydrátová voda se ve vzorci uvádí za tečkou : CuSO4.5H2O – čteme pentahydrát síranu vápenatého deriváty oxokyselin – vznikají nahrazením skupin OH nebo atomů kyslíku jinými atomy nebo skupinami : např. peroxokyseliny – předpona peroxo-, thiokyseliny – thio-, obdobně halogenderiváty kyselin, amido-, imido-, nitrido-, atd.
úplnou náhradou hydroxylových skupin v kyselinách vznikají látky, které již nejsou kyselinami, např. chlorid thionylu – SOCl2, jak vidno, kationtové skupiny mají koncovku –yl, někdy je třeba vyznačit i jejich náboj : CO karbonyl SO thionyl SO2 sulfuryl VO vanadyl (1+,2+,3+) NO nitrosyl CrO2 chromyl UO2 uranyl (1+, 2+) NO2 nitryl
c) názvosloví koordinačních sloučenin
koordinační sloučeninou nebo částicí (komplexem) se rozumí molekula či ion, v němž jsou k centrálnímu atomu či iontu vázány další atomy nebo skupiny – tzv. ligandy, a to tak, že jejich počet převyšuje oxidační číslo atomu atomy přímo vázané na centrální atom označujeme jako donorové a jejich počet udává koordinační číslo. Ligand může být jednovazný (monodentátní) i vícevazný (polydentátní, cheláty), centrálních atomů může být i více, hovoříme o jedno nebo vícejaderných komplexech, centrální atomy jsou potom spojeny buď vazbou kov-kov nebo ligandovým můstkem. v názvu koordinační sloučeniny se objevuje na prvním místě název aniontu, na druhém název kationtu. Anion, kation nebo i oba mohou být komplexní – v jejich názvu se potom udává nejprve počet (číslovkovou předponou – běžnou nebo i násobnou v případě složitějších ligandů) a název příslušného ligandu, poté název centrálního atomu se zakončením dle běžných pravidel. Obsahujeli komplex více druhů ligandů, tyto se v názvu řadí abecedně a oddělují pomlčkou . Je-li komplex jako celek bez náboje a centrální atom má kladný náboj, je název tvořen standardně odvozeným přídavným jménem a slovem „komplex“. Ve vzorci se k označení komplexní částice používají hranaté závorky.
Názvy ligandů : nabité: F-, Cl-, atd. – fluoro-, chloro-, atd. O2- - oxo, OH- - hydroxo, O22- - peroxo H- - hydridoS2- - thioCN- - kyanoSCN- - thiokyanato- (rhodano-) SO42- - sulfato-, SO32- - sulfito-, S2O32- - thiosulfátoPO43- - fosfátoNO2- - nitro-, nitrito-, NO3- - nitratoCH3COO- - (ac) – acetatoCH2NH2COO- - (gly) – glycinatoC2O42- - (ox) – oxalatobez náboje :
H2O – aquaNH3 – amminCO – karbonylNO – nitrosyl-
u řady komplexů se ligandy vážou prostřednictvím π-elektronů, označujeme je písmenem η a čteme „hapto“, horním indexem označujeme počet atomů, kterými se ligand váže např. η2-C2H4 – dihaptoethylen u některých komplexů se vyskytuje prostorová izomerie, kterou vyznačujeme předponami (cis-, trans- atd.)
d) názvosloví organických sloučenin
v organické chemii má systematické názvosloví, vzhledem k ohromnému počtu a variabilitě sloučenin, zásadní význam běžně se používá několik názvoslovných principů :
1) triviální názvosloví – některé sloučeniny mají tradiční názvy velmi zakořeněné (kys. octová, benzen, fenol) 2) systematické názvosloví – tvoří se předponami, příponami, které jsou přiřazovány ke kmeni názvu uhlovodíku dle přesně definovaných pravidel 3) dvousložkové – radikálově funkční názvosloví – spojení názvu uhlovodíkového zbytku a názvu skupinového derivátu (např.ethylalkohol)
základem organické nomenklatury je názvosloví uhlovodíků :
I) acyklické : 1) nasycené s nevětveným řetězcem : alkany – koncovka –an + řecká číslovka (kromě prvních čtyř s triviálními názvy) : n=1 metan 11 undekan 40 tetrakontan 2 etan 12 dodekan 50 pentakontan 3 propan 13 tridekan atd. 4 butan atd. 100 hektan 5 pentan 20 eikosan 6 hexan 21 heneikosan 7 heptan 22 dokosan 8 oktan 23 trikosan 9 nonan atd. 10 dekan 30 triakontan alkyly – zbytky, vzniklé odtržením jednoho nebo více vodíkových atomů, název vznikne nahrazením koncovky –an koncovkou –yl 2) nasycené s rozvětveným řetězcem : nutno určit základní řetězec – nejdelší přímý, název potom tvoříme z předpon, které popisují vedlejší řetězce (i s číselným označením polohy a příp. s násobící předponou) + název základního řetězce, uhlíky základního řetězce číslujeme tak, aby polohy postranních řetězců měly co nejmenší čísla, v psaném názvu rozhoduje o pořadí abeceda 3) nenasycené : alkeny – záměna koncovky –an za –en v názvu alkanu alkiny – koncovka –in více násobných vazeb označujeme násobící číslovkovou předponou před koncovkou (butadien), polohy vazeb označujeme číslem, pokud je třeba (2-hex-4-in), základní řetězec je ten, který obsahuje nejvyšší počet násobných vazeb, dvojné vazby mají vyšší prioritu než trojné II) cyklické : 1) cykloalkany – předpona cyklo- + název uhlovodíku 2) cykloalkeny, cykloalkiny – záměna –an za –en a –in, popř. –dien atd. 3) aromatické uhlovodíky – tradiční názvy (benzen, naftalen,…) + systematická pravidla
názvosloví derivátů staví na názvosloví výchozích uhlovodíků : pravidla pro vyhledávání základního řetězce : 1) základním řetězcem je nejdelší nerozvětvený uhlíkatý řetězec, který nese maximum důležitých skupin, jejichž přítomnost lze vyjádřit zakončením 2) nelze-li uplatnit bod 1), vybíráme nejdelší uhlíkatý řetězec s maximem dvojných vazeb 3) jinak hledáme absolutně nejdelší uhlíkatý řetězec
4) pokud nelze uplatnit ani uvedená pravidla, dáváme přednost řetězci, jehož skupiny jsou blíže konci nebo konečně řetězci s vyšším počtem substituentů vyjádřitelných předponami
pokud je ve sloučenině přítomno více charakteristických skupin, musí být jedna z nich určena jako hlavní dle míry priority, tato skupina určuje zakončení názvu, ostatní skupiny jsou vyjádřeny předponami, číslujeme tak, aby hlavní skupina měla co nejnižší číslo následující tabulka udává sestupně pořadí priority skupin : typ látky
vzorec
předpona
zakončení
kationty karboxylové kyseliny
-COOH
karboxy-
sulfoniové kyseliny
-SO3H
sulfo-
soli
-COOM
estery
-COOR
halogenidy kyselin
-COX
amidy
-CONH2
nitrily
-C≡N
aldehydy
-CHO
ketony
- karboxylová kyselina - ová kyselina
〉C=O
oxoformyloxo-
- sulfonová kyselina - karboxylát -oát, -át, -an -an R-natý R-ester kyseliny –ové R-…-oát, -át atp. - halogenid kys. –ové - karbonylhalogenid - oyl halogenid atp. - karboxamid - amid - karbonitril - nitril - karbaldehyd - al - on
alkoholy
-OH
hydroxy-
- ol
fenoly
-OH
hydroxy-
- ol
thioly
-SH
merkapto-
- thiol
ethery
-OR
R-oxy-
R-oxykarbonyl-
halogenkarbonylkarbomoylaminokarbonylkyan-
sulfidy -SR R-thioPozn. : předpona „karb“ se užívá v případě, kdy není uhlík dané (např. karbonylové) skupiny započítán do základního řetězce
