Тривиальная, рациональная и систематическая номенклатура полимеров

Номенклатура полимеров в переводе с латинского означает «роспись названия». Как и во многих других областях химической номенклатуры, для полимеров используют наименования двух типов. В названиях, основанных на строении, указывают повторяющиеся атомы или группы; более старые названия, основанные на происхождении или способе получения полимера, образуют из префикса "поли" и названия мономера. Иногда последняя система условна, поскольку, например, поли(виниловый спирт) в действительности не получают полимеризацией винилового спирта.

Номенклатура, т.е. принципы и правила образования названий полиме­ров и сами названия, должна выполнять две основные задачи: позволять воспроизвести химическое строение полимера, исходя из его названия, и сделать наиболее распространенные полимеры легко узнаваемыми. Одна номенклатура не может выполнить эти задачи, поэтому в настоящее время существует несколько номенклатур, и такое положение, по-видимому, со­хранится в будущем.

1. Исторически сложившаяся рациональная номенклатура линейных и некоторых разветвленных полимеров формируется следующим образом:

а) приставка ПОЛИ + НАЗВАНИЕ МОНОМЕРА

Этот прием используется в основном при формировании названия тех полимеров, которые получают методом цепной полимеризации на основе одного мономера.

Поли+винилхлорид Поли+винилацетат Поли+стирол Поли+этилен Полиакрилонитрил

ПВХ ПВА ПС ПЭ ПАН

Названия мало отражают истинную структуру полимеров, не позволяют прогнозировать свойства и т. д.

б) приставка ПОЛИ + КОРЕНЬ,отражающий название мономера (ов), + СУФФИКС (или термин), указывающий на принадлежность полимера к определенному химическому классу соединений.

Этот способ формирования названия используется для полимеров, полученных из двух и более сомономеров преимущественно методом поликонденсации и ступенчатой полимеризации. Он дает частичное, идеализированное представление о структуре полимеров.

Например, полимер, из которого изготовлены бутылки для газированных напитков, минеральной воды и пива, называется полиэтилентерефталат (ПЭТ). Это название формируется так:

Пол + э т и л е н + т е р е ф т а л + а т

в) термин СМОЛА + СЛОЖНОЕ СЛОВОиз названий сомономеров

Применяется в случаях, когда трудно или вообще невозможно расшифровать структуру полимера (ФФС - фенолоформальдегидная смола, КФС - карбамидоформальдегидная смола, ЭС - эпоксидная смола, меламиноформальдегидная смола, МФС - мочевиноформальдегидная смола и т.д.)

г) слово СОПОЛИМЕР + НАЗВАНИЯ СОМОНОМЕРОВ

Применяется для сополимеров из двух и более сомономеров, если нет большей информации о структуре. Например, сополимер этилена и винилацетата (основа клея – расплава КРУС для приклеивания кромочного пластика к мебельным заготовкам)

2. Тривиальная номенклатура также сформировалась исторически. Тривиальное название обычно давалось или дается в следующих случаях:

• если необходимо завуалировать структуру полимеров в интересах коммерческой тайны (капрон, нейлон, нитрон, севилен, дакрон и др.);
• по названию фирм или организаций-разработчиков или изготовителей, по имени или фамилии ученых и т.д.

Например, название полимера ла-вс-анрасшифровавается так:- Лаборатория Высокомолекулярных Соединений Академии Наук. Искусственно выращенному кристаллическому полимеру фи-а-нит -былодано имя по названию института (Физический Институт Академии Наук), где полимер был получен. Полимер де- де-рон(полиамид)получил название от первых букв аббревиатуры бывшей германской демократической республики ГДР (в немецкой транскрипции DDR – Дойче Демократише Републик). Фенолоформальдегидный полимер резольного типа бакелит - назван в честь ученого Бакеланда;

• по функциональному назначению полимеров и т.д. ( э-т-р-ол - материалы для Электротехники, Телеаппаратуры и Радиопаппаратуры).

Тривиальная номенклатура менее всего отражает структуру полимеров.

Наиболее информативна систематическая номенклатура полимеров или номенклатура ИЮПАК. Номенклатура ИЮПАК - гибкая и предусматривает наряду с систематической номенклатурой употребление некоторых укоренившихся названий полимеров.

Номенклатура, включающая торговые названия полимеров.Тривиаль­ная номенклатура имеет то несомненное преимущество, что делает полимер узнаваемым для широкого круга специалистов и потребителей. В качестве примера можно привести политетрафторэтилен, который широко известен под названием тефлон. У всех на слуху также такие названия, как фенопла­сты, аминопласты, поликарбонаты и некоторые другие. Как правило, такие названия не содержат информации о химическом строении полимера, но в данном случае это несущественно, поскольку за этими названиями стоят хо­рошо известные потребителю и тем более специалисту многотоннажные по­лимеры. Иногда торговые названия дают достаточно полную информацию о полимере. Например, такие названия, как нейлон 6, нейлон 66 говорят о том, что имеются в виду линейные ациклические полиамиды. В первом слу­чае полимер получен из одного мономера - е-капролактама, цифра 6 озна­чает, что амидные группы в цепи разделены шестью метиленовыми группа­ми. Во втором случае полимер получен из двух мономеров – гексаметилен-диамина и адипиновой кислоты. Первая цифра в названии полимера пока­зывает число атомов углерода в диамине, вторая - в дикарбоновой кислоте.

Рациональная номенклатура.Рациональная номенклатура широко при­меняется в настоящее время по отношению к полимерам, получаемым мето­дом цепной полимеризации. Перед названием мономера ставится приставка «поли-», если название мономера включает несколько слов, то оно берется в скобки:

Название полимера может быть образовано, исходя из гипотетического мономера. Так, поливиниловый спирт называют по виниловому спирту, ко­торый неустойчив и существует как фенольная форма ацетальдегида. Полу­чают же поливиниловый спирт гидролизом поливинилацетата:

Когда один и тот же полимер может быть получен из различных мономе­ров, возникает двойственность в его названии; это характерно для полиэфи­ров и полиамидов. Например, полимер, полученный из 6-аминокапроновой кислоты, называют поли(6-аминокапроновой кислотой) (а), а тот же поли­мер, синтезированный из е-капролактама - поли(e-капролактамом) (б):

Данную номенклатуру целесообразно применять к достаточно известным полимерам, название которых часто используют специалисты.

Более общей является номенклатура, основанная на строении мономер­ного звена, поскольку она может применяться к полимерам, полученным из двух мономеров, что является обычным для поликонденсации. В этом слу­чае после приставки «поли-» в скобках приводится название мономерного звена, причем, та часть названия, которая определяет принадлежность дан­ного полимера к определенному классу, приводится последней. Например, в приведенных ниже названиях полимеров последние слова в скобках указы­вают на принадлежность полимеров к классам полиэфиров, полиамидов и полиуретанов. Первые слова характеризуют второй мономер:

Систематическая номенклатура, рекомендованная ИЮПАК.В 70-х гг. XX в. Международным союзом теоретической и прикладной химии - ИЮПАК (International Union and Applied Chemistry - IUPAC) была разра­ботана систематическая номенклатура однотяжевых полимеров, основанная на описании строения составного повторяющегося звена полимерной цепи (СПЗ) в соответствии с определенными правилами. СПЗ представляет со­бой наименьшую группу атомов с двумя валентностями, повторением кото­рой может быть образована полимерная цепь. В большинстве случаев СПЗ совпадает с мономерным звеном, но в отдельных случаях - не совпадает, что приводит к изменению привычных названий полимеров. Например, поли­этилен в соответствии с этой номенклатурой называется полиметиленом, а СПЗ является группа -СН2-.

Название полимера начинается с приставки «поли-», за которой в скобках следует название СПЗ. Следовательно, чтобы дать название полимеру, необ­ходимо:

идентифицировать СПЗ,

ориентировать СПЗ,

дать название СПЗ.

СПЗ может быть простым или состоять из нескольких подзвеньев. В ка­честве подзвена выбирается наибольшая группа атомов (или циклов основ­ной цепи), которая может быть названа в соответствии с номенклатурными правилами ИЮПАК для низкомолекулярных органических соединений. Атомы и подзвенья располагаются в СПЗ в порядке убывания старшинства слева направо, путь между подзвеньями должен быть наиболее коротким. Правила старшинства состоят в следующем:

1.Все гетероатомы являются старшими по отношению к углероду. Среди них старшинство определяется положением в периодический системе, оно убывает при движении от правого верхнего угла периодической таблицы к левому нижнему по группам. Ряд старшинства начинается со фтора, стар­ шинство убывает в последовательности: F, Cl, Вг, ... , О, S, Se, ... , N, P, As, Sb,..., Fr.

2.Старшинство подзвеньев определяется рядом: гетероциклы > гете­роатомы или линейные подзвенья, включающие гетероатомы > карбоциклы > ациклические подзвенья. Наличие любых заместителей не изменяет поря­док старшинства подзвеньев. При прочих равных условиях преимуществом обладают те из них, у которых число, характеризующее положение замести­теля, является наименьшим.

3.Гетероциклы по старшинству расположены в ряд: азотсодержащие > >гетероциклы, содержащие, наряду с азотом, другие гетероатомы, стар­шинство которых определяется в соответствии с пунктом 1 > системы с наи­большим количеством колец > системы с наибольшим циклом > цикл с наи­большим количеством гетероатомов > системы с наибольшим количеством гетероатомов > системы с наибольшим ассортиментом гетероатомов. При иных равных условиях ненасыщенные циклы имеют преимущество.

4.Среди карбоциклических группировок главенствуют имеющие наи­большее количество циклов, далее идут системы: с наибольшим индивиду­альным циклом > с наибольшим количеством общих атомов у всех циклов > с наименьшим числом, характеризующим места соединения циклов, > сис­темы с наибольшей ненасыщенностью.

Если в основной цепи имеются атомы и циклы одного типа, последова­тельность их расположения определяется алфавитным порядком названия заместителей, например:

Данный пример иллюстрирует еще одно правило: направление нумера­ции атомов в циклах должно приводить к наименьшей цифре, характери­зующей положение заместителя.

Рассмотрим примеры. Ниже приведены варианты СПЗ полимера

Поскольку, согласно правилу 1, в основной цепи полимера старшим яв­ляется кислород, все структуры, кроме 3 и 4, исключаются из дальнейшего рассмотрения. По правилу 2 предпочтение отдается структуре с наимень­шим числом, определяющим положение заместителя, в данном случае, ато­ма фтора. Поэтому в качестве СПЗ рассматриваемого полимера выбирается структура 3, полимер обозначается и называется следующим образом:

Приведенное ниже соединение

следует называть поли-1,3-диоксигексаметилен, но не полималонилтриметилен, так как первое название включает наибольшую цепь атомов углерода.

Полимер

должен быть назван поливинилен, а не полиэтандиилиден

которому соответствует СПЗ с четырьмя валентностями.

В приведенной далее формуле полимера содержатся циклы в основной цепи:

В первом случае проявляется старшинство ненасыщенного цикла по сравнению с насыщенным, а также преимущество циклического подзвена перед ациклическим (правила 2, 4).

В следующем примере иллюстрируется старшинство азотсодержащего цикла:

Последний пример относится к правилу «кратчайшего пути» между подзвеньями в названии.

Ниже приводятся два названия полимера

поли[3,5-пиридиндиилметиленпиррол-3,4-диилоксиметилен] или

поли[3,5-пиридиндиилметиленоксипиррол-3,4-диилметилен]

Второе - неудачно, поскольку не обеспечивает кратчайшего пути от пи­ридинового к пиррольному циклу.

В отдельных случаях, наряду с систематической номенклатурой, реко­мендованной ИЮПАК,могут быть использованы и другие номенклатуры.

Так, для полимера

с систематическим названием полиоксиэтилениминометилентиоэтиленамино-1,3-циклогексен может быть применима так называемая заместительная но­менклатура. В соответствии с ней СПЗ основной цепи дается название, исходя из аналогичного по количеству и порядку нумерации атомов ациклического углеводорода с соответствующими приставками у гетероатомов «аза», «окса», «тиа» и т.д. Согласно данной номенклатуре полимер будет назы­ваться поли-1-окса-6-тиа-4,9-диазанонаметилен-1,3-циклогексен. В табл. 1.4 приведены рациональные и систематические названия наиболее распро­страненных полимеров. Названия полимеров виниловых мономеров после приставки «поли-» начинаются в скобках с цифры 1, что является характер­ным признаком данного ряда.

Номенклатура неорганических и элементорганических полимеров.Назва­ние полимеров в данном случае может быть дано по рациональной и систе­матический номенклатуре. В обоих случаях старшинство элементов в цепях прямо противоположно старшинству элементов, принятых для органиче­ских соединений. Так, для неорганических и элементорганических полиме­ров старшим из приведенного ранее фрагмента периодической системы бу­дет Fr, младшим - F (т. е. чем выше электроположительность элемента, тем выше старшинство).

Таблица 1.4