次序規則

判斷取代基或基團次序的規則

次序規則(Sequence rule),也稱為順序規則,是有機化學中判斷取代基或基團優先次序的一個重要規則,最早是Cahn, R. S, Ingold, C. K和Prelog, V 為解決手性異構體命名問題,進行原子原子團次序排列而提出的一個規則。

其主要內容是:由雙鍵碳上直接相連的兩個原子的原子序數的大小來決定,原子序數大者為優。若原子序數相同時,則比較相對原子質量數大小。若與雙鍵碳原子直接相連的第一個原子相同,要依次比較第二個甚至第三個原子,依此類推,直到比較出優先順序為止。

提出意義


次序規則最早由Cahn, R. S, Ingold, C. K和Prelog, V 提出,目的為解決手性異構體命名問題。此後經修改和完善,於1970年為國際純化學和應用化學聯合會(IU-PAC)所正式採用,成為有機化合物的命名中主鏈編號、取代基列出順序、烯烴結構Z、E式的判斷以及手性化合物的R、S構型判斷的基本依據。
次序規則
次序規則

規則內容


(1)原子:原子序數大的排在前面,同位素質量數大的優先。
幾種常見原子的優先次序為:I>Br>Cl>S>P>O>N>C>H
(2)雜原子上孤電子對當作最小的取代基,如下圖所示:
取代基優先次序為:c>b>a>孤電子對
(3)若取代基中心原子相同者,則逐輪依次比較與中心原子相連的原子的原子序數大小;如仍相同,再依次逐輪外推,直至比較出較優基團為止。
且在逐輪依次比較時,還有優先方向原則,即遇到不同點時,優先比較各自較優基團上的取代基。
C5與C3連的原子相同,接著依次比較下一層的取代基,如從O上取代基來比較,C5的O上連C,C3的O上連 H,則C5取代基優於C3取代基;如從C上取代基來比較,C6連(C,H,H),C2 連(C,C,H),則C3 取代基優於 C5取代基,此時優先從較優的O取代基進行比較。因此C5取代基優於C3取代基,C4手性構型為R。
(4)若為同位素,質量數大者為較優基團,如:D>H、 ;該原則只適用於僅存在同位素差別,而其它都相同的基團之間的比較,如下:-CH2CH3>-CH2CH2D
對於可以通過逐輪依次比較原子序數而排列出優先次序的取代基,則這條規則不使用,如:-CH2CH2CH3>-CHDCH3
(5)若取代基上含有雙鍵、三鍵以或芳環,可以認為雙鍵中心碳原子連有兩個相同原子,三鍵中心碳原子連有三個相同原子,芳環中心碳原子連有兩個或三個相同原子,其中一個為實原子(real atom),其他為虛原子(phantom atom,括弧內原子),如
其中,規定虛碳原子上不再連任何原子,或認為連的原子為零,甚至小於雜原子所含有的孤電子對。以乙炔基苯基為例進行分析,C1上連(C、C、C)Ci上連(C、C、C),此時未能比較出結果,接著進行下一輪比較;C2為實碳,連有(C、C、H),C3 和C4為虛碳,不再連有任何原子,或認為連的原子為零。Cii和Ciii為實碳,均連有(C、C、H);而Civ為虛碳,不再連有任何原子,Cii與C2相同,Ciii優於C3,Civ 與C4相同。因此苯基優先於乙炔基。由此可以比較出下列取代基的優先次序:
(6)飽和基團:如果第一個原子序數相同,則比較第二個原子的原子序數,依次類推。常見的烴基優先次序為:(CH3)3C->(CH3)2CH->CH3CH2->CH3-
(7)不飽和基團:可看作是與兩個或三個相同的原子相連。不飽和烴基的優先次序為:-C≡CH>-CH=CH2>(CH3)2CH-
(8)若與雙鍵碳原子相連的基團互為順反異構時,Z型先於E型。
R構型優於S構型。
次序規則主要應用於烷烴的系統命名和烯烴中幾何異構體的命名。
烷烴的系統命名:如果在主鏈上連有幾個不同的取代基,則取代基按照“次序規則”依次列出,優先基團后列出。
按照次序規則,烷基的優先次序為:叔丁基>仲丁基>異丙基 >異丁基>丁基>丙基>乙基>甲基。