تسمية الأحماض والأمينات والأميدات والمركبات الهالوجينية وفق IUPAC
تعلّم كيفية تسمية الأحماض الكربوكسيلية والأمينات والأميدات والمركبات العضوية الهالوجينية باستخدام أولويات IUPAC والسوابق وأرقام المواضع.
يرى طالب الصيغة \(\ce{CH3CH(Cl)CH2COOH}\) ويقول: «الكلور أقرب إلى الطرف الأيسر، لذلك لا بد أن يكون 2-كلورو…». يبدو هذا منطقيًا. ففي النهاية، تكرر قواعد تسمية المركبات العضوية التأكيد على استخدام الأرقام الأصغر.
لكن هذا المركب هو حمض 3-كلوروبوتانويك، وليس حمض 2-كلوروبوتانويك. تفرض مجموعة الحمض الكربوكسيلي أن يبدأ الترقيم من ذرة الكربون التابعة لها، حتى وإن أدى ذلك إلى إعطاء الكلور رقمًا أكبر.
وهذه هي المشكلة الحقيقية التي تحلها قواعد التسمية: عندما تتنافس عدة سمات على تحديد الاسم، فأيها تكون لها الأولوية؟
01المجموعة الوظيفية التي تتحكم في الاسم
تخيّل اسم المركب العضوي كما لو كان عرضًا جماعيًا فوضويًا قليلًا. تحصل مجموعة وظيفية واحدة على الميكروفون. هذه المجموعة هي التي تتحكم في نهاية الاسم، وعادةً ما تتحكم أيضًا في الترقيم. أما كل ما عداها فيجب أن يتحول إلى سابقة.
ولا يُمنح الميكروفون للمجموعة الأقرب إلى نهاية الرسم. يستخدم IUPAC نظامًا ثابتًا للأولوية.
وبالنسبة إلى المجموعات الوظيفية الواردة في هذا الدليل، يكون ترتيب الأولوية المفيد هو:
\[ \text{حمض كربوكسيلي} > \text{أميد} > \text{أمين} > \text{هالوجين} \]
هذا ليس التسلسل الكامل لنظام الأولوية في IUPAC، بل الجزء المتعلق فقط بالمجموعات التي نتناولها هنا.
لا يأخذ الهالوجين اللاحقة في هذه الأسماء أبدًا. يظهر الفلور والكلور والبروم واليود على هيئة السوابق فلورو-، وكلورو-، وبرومو-، ويودو-.
ولهذا التشبيه حدود. فالمجموعات الوظيفية لا تتصارع فعليًا على ميكروفون، ولا تُرتَّب أهميتها الكيميائية. إنما هي مجرد قاعدة اصطلاحية للتسمية تتيح للكيميائيين في أنحاء العالم تحديد البنية نفسها من الاسم نفسه.

02أربعة أنماط ينبغي أن تتعرف إليها فورًا
قبل أن تنشغل بالأسماء، درّب نفسك على تمييز المجموعة الوظيفية. فإذا أخطأت في تحديد المجموعة، فقد تنفذ كل قرارات التسمية اللاحقة بصورة صحيحة تمامًا ومع ذلك تصل إلى إجابة خاطئة.
| المجموعة | السمة البنائية | صيغة التسمية الأساسية | قاعدة الترقيم الأساسية |
|---|---|---|---|
| حمض كربوكسيلي | \(\ce{-COOH}\) | -oic acid | كربون مجموعة الكربوكسيل هو الكربون 1 |
| أمين | غالبًا \(\ce{-NH2}\) | -amine | أعطِ الأمين أصغر رقم موضع ممكن عندما يكون هو المجموعة الرئيسة |
| أميد | \(\ce{-CONH2}\) | -amide | كربون مجموعة الكربونيل هو الكربون 1 |
| مركب هالوجيني | \(\ce{-F}\)، أو \(\ce{-Cl}\)، أو \(\ce{-Br}\)، أو \(\ce{-I}\) | فلورو-، كلورو-، برومو-، يودو- | عامِل الهالوجين بوصفه مستبدلًا |
رقم الموضع هو ببساطة الرقم الذي يخبرك بموضع ارتباط شيء ما.
لذلك، في 2-بروموبوتان، يكون 2 هو رقم موضع البروم.
03الأحماض الكربوكسيلية: كربون \(\ce{-COOH}\) يُحتسب
تأمل:
\[ \ce{CH3CH2COOH} \]
كم ذرة كربون توجد في السلسلة الأم؟
قد تميل إلى رؤية \(\ce{CH3CH2}\) والقول إن العدد اثنان. لكن ذرة الكربون الموجودة داخل \(\ce{-COOH}\) هي أيضًا جزء من السلسلة. يوجد ثلاث ذرات كربون إجمالًا، ولذلك يكون المركب حمض البروبانويك.
النمط هو:
- حدِّد أطول سلسلة تحتوي على كربون مجموعة الكربوكسيل.
- عُدَّ كربون مجموعة الكربوكسيل على أنه الكربون 1.
- استبدل نهاية الألكان
-eبـ-oic acid.
على سبيل المثال:
\[ \ce{CH3CH(CH3)COOH} \]
أطول سلسلة تحتوي على كربون \(\ce{-COOH}\) تضم ثلاث ذرات كربون، لذا يكون المركب الأم هو حمض البروبانويك. ويوجد فرع الميثيل عند الكربون 2.
الاسم هو حمض 2-ميثيل بروبانويك.
لاحظ أنك لا تكتب شيئًا مثل propan-1-oic acid. فمجموعة الحمض الكربوكسيلي تقع عند نهاية السلسلة الأم، ولذلك يكون كربونها تلقائيًا هو الكربون 1.
عند وجود مجموعة أخرى
لنفترض أن البنية هي:
\[ \ce{HOOC-CH(NH2)-CH2-CH3} \]
توقّع نهاية الاسم. هل ينبغي أن يُسمى المركب أمينًا أم حمضًا كربوكسيليًا؟
للحمض الكربوكسيلي أولوية أعلى في التسمية، ولذلك يحتفظ باللاحقة. وتتحول مجموعة \(\ce{-NH2}\) إلى السابقة أمينو-.
يحتوي المركب الأم على أربع ذرات كربون، وتقع مجموعة الأمينو عند الكربون 2، فيكون الاسم حمض 2-أمينوبوتانويك.
ولهذا فإن مجرد ملاحظة مجموعة \(\ce{-NH2}\) ثم كتابة -amine فورًا أمر خطِر. فاللاحقة تعتمد على المجموعات الأخرى الموجودة في المركب.
04الأمينات: أعطِ الأولوية للموضع الحامل للنيتروجين
بالنسبة إلى أمين أولي بسيط مثل
\[ \ce{CH3CH2CH2NH2} \]
يكون المركب الأم المكوَّن من ثلاث ذرات كربون هو البروبان. ترتبط مجموعة \(\ce{-NH2}\) بالكربون 1، فيكون الاسم بروبان-1-أمين.
والآن قارن ذلك بـ:
\[ \ce{CH3CH(NH2)CH3} \]
لا يزال المركب الأم هو البروبان، لكن مجموعة الأمينو مرتبطة بالكربون 2. والاسم هو بروبان-2-أمين.
عندما يكون الأمين هو المجموعة الوظيفية الرئيسة، اختر السلسلة الأم التي تحتوي على ذرة الكربون المرتبطة بالنيتروجين، ثم رقّمها بحيث يحصل الأمين على أصغر رقم موضع ممكن.
تسبق هذه الأولوية محاولة تقليل أرقام مجموعات الميثيل أو الهالوجينات.
على سبيل المثال:
\[ \ce{BrCH2CH2CH(NH2)CH3} \]
يضع الترقيم من اليمين الأمين عند الكربون 2 والبروم عند الكربون 4. أما الترقيم من اليسار فسيضع الأمين عند الكربون 3.
لذلك يكون الاسم الصحيح 4-بروموبوتان-2-أمين.
الأمين هو الذي يحسم قرار الترقيم هنا.
05الأميدات: لا تُسقط كربون مجموعة الكربونيل
يحتوي الأميد على المجموعة
\[ \ce{-CONH2} \]
يرى بعض الطلاب النيتروجين فيتعاملون مع الأميد كما لو كان مجرد أمين مرتبط بكيتون. لا تفعل ذلك. فالوحدة \(\ce{-CONH2}\) بأكملها هي مجموعة الأميد المميزة.
تأمل:
\[ \ce{CH3CH2CONH2} \]
ينتمي كربون مجموعة الكربونيل إلى السلسلة الأم. وعند العد ابتداءً منه نجد ثلاث ذرات كربون:
- الكربون 1: كربون مجموعة الكربونيل،
- الكربون 2: \(\ce{CH2}\)،
- الكربون 3: \(\ce{CH3}\).
الاسم هو بروباناميد.
والآن تأمل:
\[ \ce{CH3CH(CH3)CONH2} \]
تحتوي السلسلة الأم على ثلاث ذرات كربون، مع مستبدل ميثيل عند الكربون 2.
الاسم هو 2-ميثيل بروباناميد.
وكما في الحمض الكربوكسيلي، يكون كربون مجموعة الكربونيل في الأميد تلقائيًا هو الكربون 1، ولذلك لا تحتاج إلى رقم موضع للّاحقة -amide في هذه البنى.
امتداد مفيد: المستبدلات المرتبطة بالنيتروجين
يمكن أيضًا أن يرتبط مستبدل كربوني مباشرةً بذرة نيتروجين الأميد.
على سبيل المثال:
\[ \ce{CH3CH2CONHCH3} \]
مجموعة الميثيل ليست مرتبطة بالكربون 1 أو 2 أو 3 من سلسلة البروباناميد. بل هي مرتبطة بالنيتروجين.
يشير IUPAC إلى ذلك باستخدام \(N\) بدلًا من رقم:
N-ميثيل بروباناميد
ويعني \(N\) هنا «مرتبط بالنيتروجين».
يصبح ذلك مهمًا عند تحديد ما إذا كان ينبغي إدخال ذرة كربون ضمن السلسلة الكربونية الرئيسة. وسنعود إلى هذه الفكرة في مسألة التدريب الأخيرة.
06المركبات الهالوجينية: تتصرف الهالوجينات كمستبدلات
السوابق الأربع التي تحتاج إليها هي:
| الهالوجين | السابقة |
|---|---|
| \(\ce{F}\) | فلورو- |
| \(\ce{Cl}\) | كلورو- |
| \(\ce{Br}\) | برومو- |
| \(\ce{I}\) | يودو- |
بالنسبة إلى
\[ \ce{CH3CH(Br)CH2CH3} \]
ابدأ الترقيم من الطرف الأقرب إلى البروم. فهو مرتبط بالكربون 2، ولذلك يكون الاسم 2-بروموبوتان.
عند وجود عدة مستبدلات، اذكرها بترتيب أبجدي في الاسم النهائي.
على سبيل المثال، سلسلة بنتان تحمل برومًا عند الكربون 3 ومجموعة ميثيل عند الكربون 2 يكون اسمها:
3-برومو-2-ميثيل بنتان
تأتي برومو قبل ميثيل أبجديًا.
لكن انتبه: يُستخدم الترتيب الأبجدي عادةً لترتيب السوابق بعد الانتهاء من ترقيم السلسلة. ولا يحدد عادةً أي طرف يحصل على الرقم 1.
ولا تحتاج إلى قاعدة إضافية لكسر التعادل إلا عندما تؤدي قواعد الترقيم المعتادة إلى تعادل حقيقي.
إذا كانت القواعد الأساسية لاختيار السلسلة الأم وترقيم الفروع لا تزال غير واضحة، فراجع تسمية المركبات العضوية وفق IUPAC حتى C8 لكيمياء HSC وتسمية سلاسل الميثيل والإيثيل المتفرعة لكيمياء HSC.
07طريقة تسمية تنجح تحت الضغط
عندما تصبح البنية معقدة، لا تحاول قراءة اسمها من اليسار إلى اليمين. ابنِ الاسم وفق ترتيب ثابت.
1. حدِّد كل مجموعة وظيفية
ابحث تحديدًا عن \(\ce{-COOH}\)، و\(\ce{-CONH2}\)، و\(\ce{-NH2}\)، والهالوجينات.
افعل ذلك قبل اختيار السلسلة.
2. حدِّد المجموعة التي تتحكم في اللاحقة
ضمن المجموعات التي نتناولها هنا:
\[ \text{حمض كربوكسيلي} > \text{أميد} > \text{أمين} > \text{هالوجين} \]
إذا اجتمع حمض كربوكسيلي وأمين مثلًا، يُسمى المركب بوصفه حمضًا وتتحول \(\ce{-NH2}\) إلى أمينو-.
3. اختر السلسلة الأم
اختر أطول سلسلة مناسبة تحتوي على المجموعة الوظيفية الرئيسة.
وبالنسبة إلى الحمض الكربوكسيلي أو الأميد، يجب إدخال كربون مجموعة الكربونيل ضمن السلسلة.
4. أعطِ أولوية الترقيم للمجموعة الوظيفية الرئيسة
تأخذ المجموعة التي تعطي اللاحقة الأولوية على المستبدلات العادية.
لا تبدأ الترقيم من الفرع «الأقرب بصريًا».
5. حدِّد مواضع السوابق ورتبها أبجديًا
اكتب رقم موضع كل مستبدل ميثيل أو إيثيل أو أمينو أو هالوجيني.
ورتّب السوابق المختلفة أبجديًا في الاسم النهائي.
6. أضف اسم المركب الأم واللاحقة
تحقق من علامات الترقيم:
- تفصل الفواصل بين الأرقام، كما في
2,3-dibromobutane؛ - تفصل الشرطات بين الأرقام والكلمات؛
- توجد مسافة في أسماء مثل
butanoic acid.
08مثال محلول: تسمية حمض كربوكسيلي مستبدَل
أعطِ الاسم النظامي وفق IUPAC للمركب \(\ce{CH3CH(Cl)CH(CH3)CH2COOH}\).
الخطوة 1
يحتوي الجزيء على \(\ce{-COOH}\)، ولذلك فهو حمض كربوكسيلي. وتحدد هذه المجموعة اللاحقة -oic acid.
الخطوة 2
تحتوي أطول سلسلة تضم كربون مجموعة الكربوكسيل على خمس ذرات كربون.
لذلك يكون المركب الأم حمض البنتانويك.
الخطوة 3
اكتب البنية في اتجاه الترقيم:
\[ \ce{HOOC-CH2-CH(CH3)-CH(Cl)-CH3} \]
كربون مجموعة الكربوكسيل هو الكربون 1. وبذلك تقع مجموعة الميثيل عند الكربون 3 والكلور عند الكربون 4.
الخطوة 4
تأتي كلورو قبل ميثيل أبجديًا.
الاسم الكامل هو حمض 4-كلورو-3-ميثيل بنتانويك.
المهم هنا ليس الاسم وحده. فالكلور يحصل على رقم الموضع 4، مع أن الترقيم من الطرف الآخر قد يبدو وكأنه يعطيه رقمًا أصغر. مجموعة الحمض هي التي تتحكم في الترقيم، ولذلك لا يمكن التفاوض بشأن كون الكربون 1 هو كربونها.
09مثال محلول: تسمية أمين متفرع يحتوي على هالوجين
أعطِ الاسم النظامي وفق IUPAC للمركب \(\ce{CH3CH(Cl)CH(CH3)CH2NH2}\).
الخطوة 1
يحتوي الجزيء على أمين ومستبدل كلور. يعطي الأمين اللاحقة، بينما يتحول الكلور إلى كلورو-.
الخطوة 2
أطول سلسلة مناسبة تحتوي على ذرة الكربون المرتبطة بـ \(\ce{-NH2}\) تضم أربع ذرات كربون.
ولذلك يكون المركب الأم هو البوتان.
الخطوة 3
يعطي الترقيم من طرف \(\ce{-NH2}\):
\[ \ce{H2N-CH2-CH(CH3)-CH(Cl)-CH3} \]
يقع الأمين عند الكربون 1، ومجموعة الميثيل عند الكربون 2، والكلور عند الكربون 3.
الخطوة 4
تأتي كلورو قبل ميثيل أبجديًا.
الاسم الكامل هو 3-كلورو-2-ميثيل بوتان-1-أمين.
وقع القرار الأساسي قبل ترتيب أي شيء أبجديًا: كان يجب أن يحصل الأمين على أصغر رقم موضع.
10مثال محلول: التمييز بين مستبدل كربوني ومستبدل على النيتروجين
سمِّ \(\ce{CH3CH(Cl)CONHCH3}\).
الخطوة 1
تجعل الوحدة \(\ce{-CONH-}\) هذا المركب أميدًا. وينتمي كربون مجموعة الكربونيل إلى السلسلة الأم ويكون هو الكربون 1.
الخطوة 2
تضم السلسلة الأم المحتوية على كربون مجموعة الكربونيل ثلاث ذرات كربون، ولذلك يكون المركب الأم بروباناميد.
ويرتبط الكلور بالكربون 2.
الخطوة 3
ترتبط مجموعة \(\ce{CH3}\) الأخيرة مباشرةً بالنيتروجين، وليس بواحدة من ذرات الكربون الثلاث في السلسلة الأم.
لذلك يكون رقم موضعها \(N\)، فنحصل على N-ميثيل.
الخطوة 4
الاسم النظامي هو 2-كلورو-N-ميثيل بروباناميد.
إن تسمية هذا المركب 2-chloro-3-methylpropanamide ستغيّر طريقة اتصال الذرات. فـ \(N\) يؤدي وظيفة كيميائية حقيقية في الاسم: إنه يخبرك بالذرة التي ترتبط بها مجموعة الميثيل.
11أخطاء التسمية الأكثر إغراءً
| الفكرة المغرية | لماذا تبدو منطقية | ما الذي يتحكم فعليًا في الاسم |
|---|---|---|
| «ابدأ الترقيم من الطرف الذي يعطي أول فرع أصغر رقم.» | ينجح هذا مع كثير من الألكانات البسيطة. | تحصل مجموعة وظيفية رئيسة مثل الحمض أو الأميد أو الأمين على أولوية الترقيم. |
| «الكربون الموجود في \(\ce{-COOH}\) أو \(\ce{-CONH2}\) ليس جزءًا من السلسلة.» | فهو يقع داخل صيغة المجموعة الوظيفية بدلًا من أن يبدو مثل \(\ce{CH2}\) عادية. | هذه الذرة جزء من السلسلة الأم وهي الكربون 1. |
«إذا رأيت \(\ce{-NH2}\)، فلا بد أن ينتهي الاسم بـ -amine.» | تستخدم الأمينات هذه اللاحقة عادةً. | يمكن لمجموعة أعلى أولوية أن تأخذ اللاحقة، فتصبح \(\ce{-NH2}\) أمينو-. |
| «الترتيب الأبجدي يحدد لي الطرف الذي أبدأ منه الترقيم.» | تُرتب السوابق أبجديًا في الاسم النهائي. | تأتي قواعد الترقيم أولًا. ولا يحسم الترتيب الأبجدي إلا بعض حالات التعادل. |
| «بعد اختيار سلسلة أم، أحتفظ بها مهما حدث.» | يبدو الأمر كما لو أن للبنية عمودًا فقريًا واحدًا ثابت التسمية. | يجب اختيار المركب الأم الصحيح من البنية النهائية. فقد تؤدي إضافة ذرة كربون جديدة إلى تغيير أطول سلسلة أم. |
| «مجموعة N-ميثيل ليست سوى فرع ميثيل آخر له رقم.» | فهي تحتوي على كربون، مثل أي مجموعة ميثيل عادية. | تعني \(N\)- أن المجموعة مرتبطة بالنيتروجين لا بذرة كربون مرقمة في السلسلة الأم. |
والدرس العام هو أن العبارة المألوفة «استخدم أصغر الأرقام» غير مكتملة. والقاعدة الأفضل هي:
أعطِ أصغر الأرقام للسمات التي يقرر IUPAC أن لها الأولوية.
بمجرد أن يتضح هذا الترتيب، تتوقف الأرقام عن الظهور وكأنها اعتباطية.
12الأسئلة والحلول
السؤال 1
أعطِ الاسم النظامي وفق IUPAC للمركب \(\ce{CH3CH(Br)CH2CH3}\).
الحل 1
المركب هو 2-بروموبوتان.
تحتوي أطول سلسلة كربونية على أربع ذرات كربون، ولذلك يكون المركب الأم هو البوتان. ويُعامل البروم على أنه السابقة برومو-.
يؤدي الترقيم من الطرف الأقرب إلى وضع البروم عند الكربون 2:
\[ \ce{CH3-CH(Br)-CH2-CH3} \]
أما الترقيم من الطرف الآخر فسيجعل موضعه الكربون 3، ولذلك يكون أصغر رقم موضع صحيح هو 2.
ومن الأخطاء المغرية كتابة 2-bromobut-ane بمحاولة فصل نهاية اسم المركب الأم. في الهالو ألكان يبقى اسم المركب الأم هو اسم الألكان العادي: بوتان.
السؤال 2
أعطِ الاسم النظامي وفق IUPAC للمركب \(\ce{CH3CH(Cl)CH(CH3)CONH2}\). واشرح أي ذرة كربون يجب أن تكون الكربون 1.
الحل 2
المركب هو 3-كلورو-2-ميثيل بوتاناميد، ويجب أن يكون كربون مجموعة الكربونيل في الأميد هو الكربون 1.
أعد كتابة السلسلة بدءًا من طرف الأميد:
\[ \ce{H2NCO-CH(CH3)-CH(Cl)-CH3} \]
يحتوي المركب الأم على أربع ذرات كربون عند إدخال كربون مجموعة الكربونيل، ولذلك فهو بوتاناميد.
المواضع هي:
- الكربون 1: كربون مجموعة الكربونيل في الأميد،
- الكربون 2: مستبدل الميثيل،
- الكربون 3: مستبدل الكلورو،
- الكربون 4: \(\ce{CH3}\) الطرفية.
تُكتب السوابق أبجديًا، ولذلك تظهر كلورو- قبل ميثيل-، فنحصل على 3-كلورو-2-ميثيل بوتاناميد.
والطريق المغري الخاطئ هو بدء الترقيم من اليسار لأن الكلور سيحصل عندها على رقم الموضع 2. لكن ذلك يفشل لأن الأميد هو المجموعة الوظيفية الرئيسة. فكربون مجموعة الكربونيل فيه يثبت موضع الكربون 1 قبل النظر إلى أرقام مواضع المستبدلات العادية.
السؤال 3
أعطِ الاسم النظامي للمركب
\[ \ce{HOOC-CH(NH2)-CH(Br)-CH2-CH3} \]
واشرح لماذا لا يعطي amine ولا bromo نهاية الاسم.
الحل 3
المركب هو حمض 2-أمينو-3-بروموبنتانويك.
الحمض الكربوكسيلي هو المجموعة الوظيفية الأعلى أولوية من بين المجموعات الموجودة، ولذلك يجب تسمية المركب الأم بوصفه حمضًا كربوكسيليًا. ويكون كربونه هو الكربون 1.
المركب الأم ذو الخمس ذرات كربون هو حمض البنتانويك:
\[ \ce{HOOC^{(1)}-CH(NH2)^{(2)}-CH(Br)^{(3)}-CH2^{(4)}-CH3^{(5)}} \]
لا يمكن لمجموعة \(\ce{-NH2}\) استخدام اللاحقة -amine لأن الحمض الكربوكسيلي قد أخذ اللاحقة بالفعل. ولذلك تتحول إلى السابقة أمينو-.
ويُمثَّل البروم هنا دائمًا بالسابقة برومو-.
يقع المستبدلان عند الكربونين 2 و3. وفي الاسم النهائي، تُكتب أمينو- قبل برومو- أبجديًا، فنحصل على حمض 2-أمينو-3-بروموبنتانويك.
ومن الإجابات الخاطئة المعقولة 3-bromo-2-aminopentanoic acid. فأرقام المواضع فيها تصف المواضع نفسها، لكن الترتيب النظامي للسوابق يضع أمينو قبل برومو. وطريق خاطئ آخر هو بدء الترقيم من الطرف الألكيلي لجعل البروم عند الكربون 3 ومجموعة الأمينو عند الكربون 4 مع اعتبار كربون الحمض هو الكربون 5. وهذا يتجاهل القيد الحاسم: كربون الحمض الكربوكسيلي هو الكربون 1.
السؤال 4
تأمل المركب غير المتفرع
\[ \ce{CH3-CH(Br)-CH2-CH(NH2)-CH2-CH(Cl)-CH3} \]
يضع الترقيم من أي من الطرفين الأمين عند الكربون 4، ويعطي الهالوجينين مجموعة أرقام المواضع \(2,6\).
حدِّد الاسم النظامي المفضل. ثم قرر ما إذا كان 2-chloro-6-bromoheptan-4-amine يمثل مركبًا بنائيًا مختلفًا أم البنية نفسها مكتوبة بترقيم غير مفضل.
الحل 4
الاسم النظامي المفضل هو 2-برومو-6-كلوروهيبتان-4-أمين، أما 2-chloro-6-bromoheptan-4-amine فيمثل الاتصال الجزيئي نفسه وليس مركبًا بنائيًا مختلفًا.
أولًا، تحتوي السلسلة الأم على سبع ذرات كربون، ولذلك فهي مشتق من الهيبتان. ويقع الأمين عند الكربون 4 بغض النظر عن الطرف الذي يبدأ منه الترقيم:
\[ \text{هيبتان-4-أمين} \]
والآن قارن الاتجاهين.
من اليسار:
- برومو: الكربون 2،
- أمين: الكربون 4،
- كلورو: الكربون 6.
من اليمين:
- كلورو: الكربون 2،
- أمين: الكربون 4،
- برومو: الكربون 6.
لا يستطيع اختبار «أقل مجموعة من أرقام المواضع» المعتاد التمييز بينهما. فكلا الاتجاهين يعطي \(2,4,6\).
عند هذا التعادل الحقيقي، يحصل المستبدل الذي يُذكر أولًا أبجديًا على رقم الموضع الأصغر. تأتي bromo قبل chloro أبجديًا، ولذلك يحصل البروم على الكربون 2. ومن ثم يكون الاسم المفضل هو 2-برومو-6-كلوروهيبتان-4-أمين.
والفخ الأعمق هو الاعتقاد بأن تبديل 2-bromo, 6-chloro إلى 2-chloro, 6-bromo لا بد أن يصف متماكبًا بنائيًا ثانيًا. ارسم البنيتين قبل أن تقرر.
فعكس اتجاه سلسلة الكربون السباعية يحوّل الكربون 2 إلى الكربون 6 مع بقاء الكربون 4 في المركز. ولذلك فإن البنية
\[ \ce{CH3-CH(Br)-CH2-CH(NH2)-CH2-CH(Cl)-CH3} \]
تمثل طريقة الاتصال نفسها عند النظر إليها من الطرف الآخر. فطرفا هذا الهيكل الأم المحدد يرتبطان ببعضهما عن طريق عكس اتجاه السلسلة.
الذي يتغير هو وصف الترقيم، لا الذرات المرتبطة بعضها ببعض.
قد يجادل طالب بثقة بأن «البروم والكلور بدّلا ذرتي الكربون، إذن المركب قد تغير». وسيكون ذلك صحيحًا لو كان الكربونان 2 و6 يمثلان موضعين ثابتين مختلفين كيميائيًا في مركب أم غير متماثل. أما هنا، فإن أرقام المواضع هذه تعتمد على الطرف الذي تختاره ليكون الكربون 1. ويحوّل عكس اتجاه السلسلة كاملةً أحد الوصفين إلى الآخر.
السؤال 5
ابدأ بالبروباناميد:
\[ \ce{CH3CH2CONH2} \]
تخيّل استبدال ذرة هيدروجين واحدة بمجموعة ميثيل، \(\ce{-CH3}\)، بكل واحدة من الطرق الثلاث الآتية:
- اربط مجموعة الميثيل بالكربون 2 من البروباناميد؛
- اربطها بالكربون الطرفي 3 من البروباناميد؛
- اربطها مباشرةً بذرة نيتروجين الأميد.
أعطِ الاسم النظامي لكل ناتج. وحدِّد ما إذا كانت النواتج الثلاثة متماكبات بنائية مختلفة، واشرح لماذا لا يكون 3-methylpropanamide هو الاسم الصحيح للناتج 2.
الحل 5
النواتج الثلاثة هي 2-ميثيل بروباناميد، وبوتاناميد، وN-ميثيل بروباناميد، وهي ثلاثة متماكبات بنائية مختلفة لها الصيغة الجزيئية نفسها، \(\ce{C4H9NO}\).
بالنسبة إلى الناتج 1، تؤدي إضافة مجموعة ميثيل إلى الكربون 2 إلى:
\[ \ce{CH3CH(CH3)CONH2} \]
لا تزال أطول سلسلة تحتوي على كربون مجموعة الكربونيل في الأميد تضم ثلاث ذرات كربون. فالذرة الكربونية الإضافية تمثل بالفعل فرعًا عند الكربون 2.
لذلك يكون الاسم 2-ميثيل بروباناميد.
بالنسبة إلى الناتج 2، قد يكون من المغري الاحتفاظ بترقيم البروباناميد القديم وكتابة 3-methylpropanamide. وهذا يعامل السلسلة الأم الأصلية كما لو كانت ثابتة بصورة دائمة.
لكن بعد ربط مجموعة الميثيل بالكربون الطرفي، تصبح البنية النهائية:
\[ \ce{CH3CH2CH2CONH2} \]
أصبح لدينا الآن سلسلة متصلة من أربع ذرات كربون تحتوي على كربون مجموعة الكربونيل في الأميد. ويجب تطبيق تسمية IUPAC على البنية النهائية، ولذلك تصبح السلسلة الأطول هي المركب الأم.
إذن الاسم الصحيح هو بوتاناميد، وليس 3-ميثيل بروباناميد.
وهذه هي النقطة المحورية في المسألة: يصف رقم الموضع البنية الأم النهائية المفضلة. وليس سجلًا تاريخيًا للمكان الذي صادف أن ربطت به شيئًا في جزيء سابق.
بالنسبة إلى الناتج 3، يؤدي ربط مجموعة الميثيل مباشرةً بالنيتروجين إلى:
\[ \ce{CH3CH2CONHCH3} \]
لا يمكن إدخال كربون الميثيل ضمن السلسلة الكربونية الأم لأن المسار من هذه الذرة إلى كربون مجموعة الكربونيل يمر عبر النيتروجين. ويجب أن تتكون السلسلة الكربونية الأم من ذرات كربون متصلة ببعضها.
لذلك يظل المركب الأم المكوَّن من ثلاث ذرات كربون هو البروباناميد، ويشار إلى المستبدل المرتبط بالنيتروجين باستخدام \(N\):
N-ميثيل بروباناميد.
تحتوي المركبات الثلاثة جميعها على أربع ذرات كربون وتسع ذرات هيدروجين وذرة نيتروجين وذرة أكسجين، ولذلك تكون الصيغة الجزيئية لكل منها \(\ce{C4H9NO}\). ومع ذلك تختلف طريقة اتصال الذرات فيها:
- يمتلك 2-ميثيل بروباناميد هيكلًا كربونيًا متفرعًا؛
- يمتلك البوتاناميد هيكلًا غير متفرع مكوَّنًا من أربع ذرات كربون؛
- يحتوي N-ميثيل بروباناميد على كربون ميثيل واحد مرتبط مباشرةً بالنيتروجين.
ولذلك فهي متماكبات بنائية.
والاستنتاج المغري هو أن «إضافة مجموعة الميثيل نفسها إلى ثلاثة مواضع ينبغي أن تعطينا ببساطة ثلاثة مركبات من ميثيل بروباناميد». لكن القيد الذي يكسر هذا الاستدلال هو اختيار المركب الأم. فأحد التعديلات يطيل السلسلة الكربونية الأم، بينما يضع تعديل آخر ذرة الكربون الجديدة خارج تلك السلسلة من خلال ربطها بالنيتروجين. ويجب أن تعيد تسمية البنية الجزيئية المكتملة من البداية في كل مرة.
13ما الذي تتيح لك هذه القواعد فعله بعد ذلك؟
بمجرد أن تتمكن من تحديد المجموعة الوظيفية الرئيسة، واختيار المركب الأم الصحيح، وتعيين أرقام المواضع بالترتيب الصحيح، تصبح الأسماء العضوية أكثر من مجرد تسميات. يمكنك العمل عكسيًا انطلاقًا من اسم نظامي للوصول إلى صيغة بنائية فريدة، والتمييز بين المركبات التي تشترك في الصيغة الجزيئية نفسها لكنها تختلف في طريقة اتصال الذرات.
ويصبح ذلك مفيدًا بوجه خاص عند الانتقال إلى المتماكبات البنائية، ومسارات التفاعلات، وتفسير النواتج العضوية. فاسم مثل 2-ميثيل بروباناميد أو بوتاناميد أو N-ميثيل بروباناميد يخبرك مسبقًا بالذرات التي يجب أن تكون متصلة بعضها ببعض قبل أن ترسم رابطة واحدة.