HSC 化學:甲基與乙基支鏈的命名
學習如何選擇正確的母鏈、指定取代基位次,並命名或畫出含簡單甲基與乙基支鏈的烷烴。
一個結構可以含有八個碳原子,但它的母鏈仍可能只有五個碳。另一個同樣有八個碳、畫法幾乎相同的結構,卻可能有六個碳的母鏈。支鏈命名最常出錯的地方就在這裡:學生還沒判斷哪一條碳鏈才真正算作母鏈,就開始替支鏈命名。
想像有一條在紙面上看起來是水平的碳鏈,旁邊垂著一個乙基。你會不會直接把那兩個碳的部分叫作乙基支鏈?不要。先問一個更重要的問題:你能沿著相連的碳原子追蹤出的最長連續路徑是什麼? 有時候,那個看起來像支鏈的部分,其實應該包含在母鏈裡。
只要這一步判斷正確,甲基與乙基的命名就會變得機械化得多。
01從碳的路徑開始,而不是從支鏈開始
想像每個碳原子都是一個人,正和相鄰的碳原子手牽著手。你的任務是找出能沿著這些人追蹤出的最長隊伍,而且不能跳到沒有連接的人身上。
這條線在紙面上不必是直的。它可以轉彎,穿過原本看起來像支鏈的部分。
這個比喻有一個限制:分子實際上並沒有偏好的左、右、水平或垂直方向。結構式只是方便我們表示分子的圖形。把分子在紙面上旋轉,並不會產生另一個不同的分子。
因此,圖中看起來像「主線」的部分,不一定就是母鏈。

對本指南所討論的簡單支鏈烷烴,請依照以下順序:
- 找出最長的連續碳鏈。
- 為這條碳鏈命名。
- 找出連接在母鏈上的碳基團。
- 從能讓取代基得到最低可能位次的一端開始為母鏈編號。
- 把取代基名稱和位次組合起來。
這個順序很重要。支鏈位次很低,也不能補救選錯母鏈的問題。
02甲基與乙基到底是什麼
假設你已經選好了母鏈。任何連接在母鏈上、但沒有包含在母鏈中的碳基團,都是一個取代基。
兩種常見的取代基是:
| 取代基 | 結構 | 碳原子數 |
|---|---|---|
| 甲基 | \(\ce{-CH3}\) | 1 |
| 乙基 | \(\ce{-CH2CH3}\) | 2 |
因此,甲基是一個含一個碳的支鏈。乙基則是一個含兩個碳的支鏈。
關鍵字眼是在母鏈選定之後。你不能看到有兩個碳向旁邊伸出去,就立刻判定它是乙基。如果把這兩個碳包括進去能形成更長的連續碳鏈,那麼它們就應該屬於母鏈。
本指南中最常使用的母鏈名稱如下:
| 母鏈碳原子數 | 母體烷烴 |
|---|---|
| 3 | 丙烷 |
| 4 | 丁烷 |
| 5 | 戊烷 |
| 6 | 己烷 |
| 7 | 庚烷 |
| 8 | 辛烷 |
如需更全面了解母鏈與 IUPAC 命名法,請參閱 HSC 化學:C8 以內有機化合物的 IUPAC 命名。
03位次告訴你支鏈在哪裡
位次(locant)就是表示取代基在母鏈上位置的數字。
假設一個甲基從一端編號時位於第 2 號碳,而從另一端編號時則位於第 4 號碳。
應該從哪個方向編號?
第 2 號碳。我們要從能使取代基得到較低位次的一端開始編號。
因此
\[ \ce{CH3-CH(CH3)-CH2-CH2-CH3} \]
是 2-甲基戊烷,而不是 4-甲基戊烷。
碳骨架本身完全沒有改變。改變的只有編號方向。
如果有多個取代基,就按順序比較完整的位次組合。選擇在兩組數字第一次出現差異時具有較小數字的編號方向。
例如,如果兩種可能分別是 \(2,3,5\) 和 \(2,4,5\),就應選擇 \(2,3,5\)。第一個位次都是 2,所以相同;下一個比較的是 3 和 4。
不要把位次總和當作一般規則。依序比較位次會更可靠,也符合你需要掌握的命名邏輯。
04最終名稱如何組成
母鏈和位次確定後:
- 位次要直接寫在相應的取代基名稱之前
- 兩個數字之間用逗號分隔
- 數字與文字之間用連字號分隔
- 化學名稱內不要加入空格
- 如果同一種取代基出現兩次,使用
di-;出現三次則使用tri- - 如果存在不同的取代基,要按英文字母順序排列
對 methyl 和 ethyl 而言,按英文字母順序,ethyl 排在 methyl 前面。
前綴 di- 和 tri- 不會影響英文字母排序。
因此,如果一個化合物在第 3 號碳有一個乙基,在第 2 和第 4 號碳各有一個甲基,名稱應寫成:
3-乙基-2,4-二甲基己烷
而不是:
2,4-二甲基-3-乙基己烷
數字是由編號規則決定的。之後,取代基名稱的書寫順序則由英文字母順序決定。
例題:命名一個甲基支鏈
為以下化合物命名:
\[ \ce{CH3-CH(CH3)-CH2-CH2-CH3} \]
步驟 1
最長路徑含有五個碳原子:
\[ \ce{C-C-C-C-C} \]
五個碳的烷烴母體名稱是戊烷。
步驟 2
母鏈之外有一個碳。它是一個 \(\ce{-CH3}\) 基團,所以是甲基。
步驟 3
從左邊開始編號,甲基位於第 2 號碳。
從右邊開始編號,則會位於第 4 號碳。
選擇第 2 號碳,因為這樣得到較低的位次。
步驟 4
這個化合物是 2-甲基戊烷。
2 告訴我們甲基支鏈連接在哪裡。戊烷 則告訴我們最長的連續碳鏈含有五個碳。
05從名稱畫結構時,步驟正好相反
如果題目給你的是名稱而不是結構,不要試圖一次把整個分子全部畫出來。
要分層建立。
以 3-乙基-2-甲基戊烷為例:
戊烷告訴你要畫一條五個碳的母鏈2-甲基告訴你要在第 2 號碳連接 \(\ce{-CH3}\)3-乙基告訴你要在第 3 號碳連接 \(\ce{-CH2CH3}\)- 加上足夠的氫原子,使每個碳都有四個鍵
因此母鏈是:
\[ \ce{C-C-C-C-C} \]
為它編號:
\[ \ce{C1-C2-C3-C4-C5} \]
然後在指定的位次接上取代基。
例題:畫出 3-乙基-2-甲基戊烷
畫出 3-乙基-2-甲基戊烷的縮合結構式,並檢查題目所指定的母鏈是否有效。
步驟 1
戊烷 代表五個相連的碳原子:
\[ \ce{C-C-C-C-C} \]
步驟 2
在第 2 號碳接上一個碳。
這會形成一個 \(\ce{-CH3}\) 支鏈。
步驟 3
在第 3 號碳接上兩個彼此相連的碳。
這個支鏈是 \(\ce{-CH2CH3}\)。
步驟 4
其縮合結構式為:
\[ \ce{CH3-CH(CH3)-CH(CH2CH3)-CH2-CH3} \]
步驟 5
最明顯的水平路徑含有五個碳。如果改為穿過乙基支鏈,能不能形成一條六個碳的路徑?
從乙基支鏈的末端開始,朝原本碳鏈的任一端前進,最多仍然只能得到五個碳。不存在六個碳的連續路徑。
所以戊烷確實是一條有效的最長母鏈。
步驟 6
從所選的一端開始編號,取代基位於第 2 和第 3 號碳。若從另一端開始編號,它們會位於第 3 和第 4 號碳。
較低的一組是 \(2,3\)。
因此正確名稱是 3-乙基-2-甲基戊烷。
注意一個看起來稍微奇怪的地方:在寫出的名稱中,位次 3 出現在位次 2 前面。這沒有問題。因為取代基要按英文字母順序排列,所以 ethyl 要寫在 methyl 前面。

06最容易犯的錯:把看得到的乙基直接當成支鏈
現在比較以下這個結構:
\[ \ce{CH3-CH(CH2CH3)-CH(CH3)-CH2-CH3} \]
很容易把水平線看作戊烷,然後把這個分子命名為 2-乙基-3-甲基戊烷。
這似乎很合理。紙面上橫著畫了五個碳,而且有兩個碳看起來從第 2 號碳垂下來。
但請從那個兩碳部分的末端開始,沿著分子追蹤:
\[ \ce{CH3-CH2-CH-CH-CH2-CH3} \]
這條路徑含有六個碳。
因此,那條五碳鏈從一開始就不能作為母鏈。
改用六個碳的母鏈後,會剩下兩個各含一個碳的支鏈。兩者都是甲基,因此名稱為:
3,4-二甲基己烷
令人意外的地方是,原本的「乙基」在正確名稱中完全消失了。分子裡並沒有少掉任何東西。我們只是選擇了一條更合適的母鏈。
這可以給你一個很有用的警訊:
如果一個乙基出現在你所提出的母鏈末端附近,要仔細檢查這個乙基是否可以被納入一條更長的碳鏈中。
07為什麼選擇母鏈要先於考慮低位次
假設其中一條可能的碳鏈有五個碳,而且會得到像 2 和 3 這樣很低的位次。
另一條連續碳鏈有六個碳,但產生的位次是 3 和 4。
你仍然要選擇六個碳的碳鏈。
優先次序是:
先選最長母鏈,再進行編號。
在你取得有效的母鏈之前,不應比較位次。
一個常見錯誤是選擇能得到看起來最小數字的路徑。這把邏輯顛倒了。位次是用來決定如何為母鏈編號,而不是用來決定較短的碳鏈能不能取代較長的碳鏈。
08考試中的精簡方法
為含甲基或乙基支鏈的烷烴命名時,可以使用以下順序。
1. 沿路徑追蹤,不要只盯著圖看
實際用手指或鉛筆沿著可能的碳路徑追蹤。
不要假設最長碳鏈一定是水平的。
2. 數母鏈中的碳
把碳數轉換成相應的烷烴名稱:戊烷、己烷、庚烷,以此類推。
3. 圈出母鏈之外的碳
一個碳的支鏈是甲基。
兩個碳的支鏈是乙基。
如果原本看起來像乙基的支鏈已經成為母鏈的一部分,就要重新判斷剩下的取代基是什麼。
4. 從兩端都試著編號
在正式決定之前,先寫出兩種可能的位次組合。
選擇在第一個差異處數字較低的方向。
5. 按英文字母順序寫出取代基
Ethyl 排在 methyl 前面。
這一步是在編號決定之後才進行。
6. 檢查標點符號
例如:
3-乙基-2,4-二甲基己烷
數字之間用逗號分隔。數字與文字之間用連字號分隔。不要留空格。
09問題與解答
問題 1
為以下化合物命名:
\[ \ce{CH3-CH2-CH(CH3)-CH2-CH3} \]
解答 1
正確名稱是 3-甲基戊烷。
最長的連續碳鏈含有五個碳,因此母體是戊烷。
這條母鏈以外唯一的碳是一個 \(\ce{-CH3}\) 基團,所以取代基是甲基。
無論從哪一端開始編號,甲基都位於第 3 號碳:
\[ \ce{CH3-CH2-CH(CH3)-CH2-CH3} \]
因此位次為 3,得到 3-甲基戊烷。
一個很容易犯的錯誤是把全部六個碳都數進去,然後試圖把母體稱為己烷。這是不行的,因為這六個碳無法沿著一條連續且不分叉的路徑依次追蹤。母鏈規則取決於原子之間的連接方式,而不是整個分子中碳原子的總數。
問題 2
為以下化合物命名:
\[ \ce{CH3-CH(CH3)-CH(CH2CH3)-CH2-CH3} \]
說明你如何知道那個看起來像乙基的部分不會形成更長的母鏈。
解答 2
正確名稱是 3-乙基-2-甲基戊烷。
首先找出最長的連續碳路徑。水平路徑含有五個碳。
接著測試穿過那個看起來像乙基支鏈的可能路徑。從它末端的 \(\ce{CH3}\) 開始,你可以依次經過它的 \(\ce{CH2}\)、連接支鏈的碳,再往原本碳鏈其中一端前進。這樣得到的最長路徑仍然只有五個碳。
所以母體仍然是戊烷。
使用水平的五碳母鏈時,取代基為:
- 第 2 號碳上的甲基
- 第 3 號碳上的乙基
若從另一端開始編號,位次會是 3 和 4,所以 \(2,3\) 較優先。
最後,取代基名稱按英文字母順序排列。Ethyl 排在 methyl 前面。
因此:
3-乙基-2-甲基戊烷
容易出錯的想法是:「如果我把乙基支鏈包括進去,碳鏈肯定會變長。」把支鏈納入的確可能使母鏈變長,但前提是形成的連續路徑真的含有更多碳原子。這裡並沒有。
問題 3
兩位學生寫出了以下縮合結構式。
學生 A:
\[ \ce{CH3-CH(CH3)-CH(CH3)-CH2-CH2-CH3} \]
學生 B:
\[ \ce{CH3-CH2-CH2-CH(CH3)-CH(CH3)-CH3} \]
它們是不同的結構異構物,還是同一個分子的兩種寫法?請給出正確的 IUPAC 名稱,並解釋編號的理由。
解答 3
它們是同一個分子,正確名稱是 2,3-二甲基己烷。
學生 B 只是從相反方向寫出同一條六碳母鏈。
按照學生 A 的方向,甲基取代基位於第 2 和第 3 號碳:
\[ 2,3 \]
如果從另一端為同一個分子編號,它們會位於第 4 和第 5 號碳:
\[ 4,5 \]
在第一個出現差異的位置比較兩組數字。由於 \(2<4\),所以必須使用 \(2,3\) 的編號。
有兩個甲基取代基,因此使用前綴 di-。
所以完整名稱是 2,3-二甲基己烷。
容易產生的錯誤結論是:只要改變縮合結構式的書寫順序,物質就一定會改變。事實並非如此。碳鏈可以從任一端開始書寫。真正重要的是原子之間的連接方式。
一個實用的檢查方法,是想像把整個分子實際旋轉 \(180^\circ\)。沒有任何化學鍵斷裂,因此也沒有形成新的結構異構物。
問題 4
比較以下兩個化合物。
化合物 A:
\[ \ce{CH3-CH(CH3)-CH(CH2CH3)-CH2-CH3} \]
化合物 B:
\[ \ce{CH3-CH(CH2CH3)-CH(CH3)-CH2-CH3} \]
兩者唯一的差別,是看起來像乙基的部分分別連接在水平五碳列的第 3 或第 2 個碳上。
正確命名這兩個化合物。然後解釋,為什麼把看起來像乙基的部分移動一個碳的位置,會使其中一個化合物的母鏈名稱改變。
解答 4
化合物 A 是 3-乙基-2-甲基戊烷,而化合物 B 是 3,4-二甲基己烷。母鏈會改變,是因為化合物 B 存在一條六個碳的連續路徑,而化合物 A 沒有。
對化合物 A:
\[ \ce{CH3-CH(CH3)-CH(CH2CH3)-CH2-CH3} \]
水平路徑含有五個碳。
現在改為從乙基支鏈末端的碳開始。你能建立的最長路徑仍然只有五個碳原子。
所以使用五個碳的母鏈是有效的。
編號後,甲基位於第 2 號碳,乙基位於第 3 號碳,因此得到:
3-乙基-2-甲基戊烷
現在考慮化合物 B:
\[ \ce{CH3-CH(CH2CH3)-CH(CH3)-CH2-CH3} \]
如果你立刻接受水平的五碳列作為母鏈,可能會提出 2-乙基-3-甲基戊烷這個名稱。
但請從那個看起來像乙基的支鏈末端碳開始,依次經過它的第二個碳、支鏈連接點,再沿著水平碳鏈較長的一側前進。
你會得到一條六碳路徑:
\[ \ce{C-C-C-C-C-C} \]
所以戊烷不能作為母體。母體必須是己烷。
選定這條六碳鏈之後,留在母鏈之外的碳都是各含一個碳的基團。因此它們是兩個甲基取代基。
它們位於第 3 和第 4 號碳,因此得到:
3,4-二甲基己烷
容易產生的錯誤假設是:把一個支鏈移動一個位置,應該只會改變一個位次。但母鏈的選擇發生在位次產生之前。改變連接點可能會改變哪些連續路徑能夠形成,而這又可能改變母鏈本身。
因此,在命名成為「名稱問題」之前,它首先是一個「連接方式問題」。
問題 5
一位學生提出以下一般性說法:
「只要乙基真的連接在碳鏈的第 2 號碳上,一個開鏈烷烴的正確 IUPAC 名稱就可以包含
2-ethyl-。」
假設所提出的母鏈含有 \(n\) 個碳原子,其中 \(n\geq4\),而一個乙基連接在第 2 號碳上。
不要依賴某個特定圖形,判斷當這條所提出的母鏈被假定為最長連續碳鏈時,2-ethyl- 是否可能出現在正確名稱中。請透過構造一條更長的碳路徑來說明你的答案。
接著運用你的推理,解釋為什麼即使還沒有算出正確名稱,也可以先判定 2-乙基-3-甲基戊烷這個名稱一定是錯的。
解答 5
不可以。對這類開鏈烷烴而言,如果第 2 號碳上有一個乙基取代基,就證明所提出的母鏈不是可能的最長碳鏈。因此,在這種情況下,以 2-ethyl- 開頭的名稱不能符合最長碳鏈規則。
假設所提出的母鏈含有 \(n\) 個碳:
\[ \ce{C1-C2-C3-\dots-C_n} \]
連接在第 2 號碳上的乙基另外含有兩個彼此相連的碳。把它們稱為 \(E_1\) 和 \(E_2\),其中 \(E_1\) 直接與第 2 號碳相連:
\[ \ce{E2-E1-C2-C3-\dots-C_n} \]
現在忽略第 1 號碳,從 \(E_2\) 開始追蹤一條新的連續路徑。
這條路徑包含:
- 乙基中的兩個碳 \(E_2\) 和 \(E_1\)
- 第 2 號碳
- 從第 3 號碳一直到第 \(n\) 號碳的所有母鏈碳
原本所提出的母鏈含有 \(n\) 個碳。
新的路徑用看起來像乙基中的兩個碳取代了第 1 號碳。因此它總共含有:
\[ n+1 \]
個碳原子。
這比那條 supposedly 最長的母鏈多了一個碳。
這就產生矛盾。如果存在更長的碳鏈,原本那條含 \(n\) 個碳的碳鏈就不能作為母鏈。
現在考慮 2-乙基-3-甲基戊烷。
戊烷 這個詞表示最長碳鏈含有五個碳。但 2-乙基 告訴我們,一個兩碳支鏈連接在第 2 號碳上。
只要從那個假定乙基的末端開始,經過第 2 號碳並朝第 5 號碳的方向追蹤,就立刻會形成一條六個碳的連續路徑。
因此,甚至不需要檢查名稱的其餘部分,就能知道這個名稱不成立。
畫出結構後,也能確認正確的母體是己烷:
\[ \ce{CH3-CH(CH2CH3)-CH(CH3)-CH2-CH3} \]
使用六碳路徑後,留下兩個甲基,分別位於第 3 和第 4 號碳。
因此真正的名稱是 3,4-二甲基己烷。
原本看似合理的論點是:「乙基確實連接在第 2 號碳上,所以 2-ethyl 能準確描述這幅圖。」從局部來看,這個描述是正確的。但從整體命名規則來看,它並不成立,因為把那些碳當作乙基取代基,會捨棄一條可能更長的母鏈。
這個概念的用途遠不只限於甲基和乙基。在為任何支鏈命名之前,都要先問:這個看起來像支鏈的部分,有沒有一部分或全部其實應該納入一條更長的母鏈?一旦選擇母鏈成為你的直覺習慣,之後的有機化學命名就會容易得多,因為官能基、多重鍵和更複雜的取代基都建立在同一個習慣上:先正確確立母體,再分配位置。