Глава 4. Неароматические углеводороды
Число синтезированных органических соединений растет буквально не по дням и даже не по часам, а по минутам, что демонстрирует сайт Американского химического общества (www.cas.org/index). Ежеминутно в мире регистрируется более десятка новых соединений, в подавляющем большинстве – органических, и общее их число в 2015 году превысило 100 миллионов!
Следует отметить, что очень многие органические соединения, помимо систематических (то есть строго научных), имеют также тривиальные названия. До появления общепринятой номенклатуры органических соединений (первая из них была выработана на международном конгрессе в Женеве в 1890 году) практически все новые органические вещества получали тривиальные названия, часто от ботанических названий растений, в которых эти вещества обнаруживали. Множество таких примеров можно найти в этой книге. Но иногда химики поступают проще. Так, метиловый эфир 3‑окси-4‑аминобензойной кислоты они, не мудрствуя лукаво, назвали просто ортоформом – очевидно, потому, что гидроксильная группа находится в орто-положении к аминогруппе. А изомер этого эфира (гидроксильная и аминогруппа поменялись местами) назвали «новым ортоформом» – новортоформом. Оба вещества в конце XIX века предлагались в качестве местного анестетика.
Сведения о том, когда и кем были открыты многие органические соединения, можно найти в книге Г. В. Быкова «История органической химии. Открытие важнейших органических соединений» (М.: Наука, 1978). Книга содержит обширную библиографию (более 400 ссылок), подробные авторский и предметный указатели. Но сведений о происхождении названий в этой книге нет.
|
|
|
Термины «органическое соединение», «органическое вещество» появились во второй половине XVIII века, когда были достигнуты заметные успехи в изучении некоторых органических кислот, их солей и эфиров. В соответствии с теорией «жизненной силы» (витализма) считалось, что органические вещества могут быть получены только с помощью живых организмов – растений или животных. Как известно, эта теория была отвергнута после синтеза Вёлером мочевины (1828), синтеза Кольбе уксусной кислоты (1845), ряда других синтезов типичных органических соединений из неорганических. Но традиционное название осталось – как и традиционное деление химии (и учебных планов) на органическую и неорганическую. В настоящее время такое деление следует считать условным. В ХХ веке появились и стали бурно развиваться такие науки, как биоорганическая химия, бионеорганическая химия и другие.
Предельные углеводороды
Другие названия соединений этого класса – алканы, парафины, алифатические углеводороды. Названия почти всех алканов взяты из греческого языка. Устаревший термин – алифатический происходит от греч. aleiphar – «масло, жир». Это название предложил немецкий химик А. В. Гофман. Жиры и жирные кислоты, содержащие цепочки углеродных атомов в молекулах, были известны и изучены раньше алканов. Первая часть этого термина присутствует также в слове «алициклический». Также устаревший термин парафины произошел от лат. parum – «мало, незначительно» и affinis – «родственный, сродство»; парафины при обычных условиях обладают малой реакционной способностью по отношению к большинству химических реагентов. Многие парафины являются гомологами (от греч. homologos – «соответственный, подобный»).
|
|
|
Разобраться с большинством номенклатурных названий предельных углеводородов не очень сложно даже тем, кто не учил греческий язык в классической гимназии, поскольку греческие корни присутствуют не только в химических терминах. Названия алканов происходят от греческих числительных с прибавлением суффикса «ан». Сложнее с первыми членами ряда алканов: в них использованы не числительные, а другие греческие слова, причем иногда довольно хитро «зашифрованные».
|
|
|
метан (а также метанол, метил, метилен и т. д.). Корень «мет» в химии обозначает группировку, содержащую один атом углерода: метил СН3, метилен (метилиден) СН2, метин (метилидин) СН. Первым таким веществом исторически был метиловый (он же древесный) спирт, метанол, который раньше получали сухой перегонкой древесины. Термин «метил» происходит от греческих слов methy – «опьянение» (а также «вино») и hyle – «материал, вещество» (а также «древесина»); получается, что метиловый спирт – это «древесное вино». Отсюда же и название болотного газа метана СН4. Самое поразительное здесь то, что «метан», «аметист» и «мед» имеют общее происхождение! (Имеется в виду, конечно, только этимология.) Об аметисте можно прочитать в разделе, посвященном минералам. Слово же «мед» присутствует, оказывается, чуть ли не во всех европейских языках: англ. mead – «мед» (в качестве напитка), нем. Met (в др. – нем. metu ), нидерл. mede, швед. mjöd, дат. mjöd, лит. и латыш. medus, не говоря уже о славянских языках. Все эти слова, включая греческое, происходят от индоевропейского medhu, означающего «сладкое питье». До сих пор на хинди мадху, а в бенгальском модху – это «мед». Недалеко от них ушел и греческий бренди «Метакса»… Радикал ме тилс ульфонил (mesyl, Ms) CH3SO2 сокращенно называется, по выделенным буквам полного его названия, мезилом, соответствующий анион – мезилат. Для фторпроизводного мезила (трифторсульфонила) придумали сокращение трифлил (Tf; чаще используется название его аниона трифлат).
|
|
|
этан (а также эфир, этил, этанол, алкоголь, алкан, спирт ). Первые из этих терминов происходят от греч. aither – так древнегреческие философы называли некую «небесную» субстанцию, которая пронизывает космос; сейчас бы ее назвали «мировым эфиром». Когда алхимики в XIII веке из винного спирта и серной кислоты получили легко испаряющуюся («улетающую к небесам») жидкость, ее назвали сначала «духом эфира», а потом просто эфиром. В XIX веке выяснили, что эфир (по‑английски ether ) содержит группировку из двух атомов углерода – такую же, как и этиловый спирт (этанол); эту группу С2Н5 назвали этилом (ethyl), а группа НС≡С– называется этинилом. Таким образом, «диэтиловый эфир» – по сути дела, «масло масляное».
Бытовое название этанола – «алкоголь» – того же происхождения, что и слово «алкан» (а также «алкен», «алкин», «алкил»). По-арабски al-kohl – «тонкий порошок, пудра, пыль». Этот термин относили к тонко растертому минералу стибниту (сурьмяному блеску Sb2S3), которым красили в черный цвет ресницы и брови. Благодаря алхимикам это слово попало в западноевропейские языки. Сначала алхимики термином alcohol тоже называли порошкообразный сульфид сурьмы, затем – любой тонкий порошок черного цвета. Позднее этим термином стали называть перегнанную (дистиллированную) воду, а с конца XVI века – спиртосодержащие растворы (alcohol vini). Произошло это, вероятно, по аналогии: тонкий порошок от малейшего дуновения поднимается в воздух – так же происходит и с водой или вином при перегонке. Со временем «алкоголь вина» (винные пары) превратился в просто алкоголь. Слово же «спирт» произошло от лат. spiritus – «дуновение, дух, душа». То есть этанол считали «душой» вина (хотя сейчас существуют безал-когольные вина). Термин «алкоголь» уже давно не является специальным. Известны неспециалистам и алкидные смолы – с той же основой (алкид – от англ. alkyd, сокращение из терминов alkyl – «алкил» и aci d – «кислота»).
Итак, и «эфир», и «этанол» имеют одно происхождение. Почему же в «этаноле» – буква т , а в «эфире» – ф? В русских словах греческого происхождения греч. θ (тета) часто заменяется не буквой т , а буквой ф . В старой русской орфографии такие слова обычно (но не всегда) писались через фиту, начертание которой совпадало с греческой тетой: каθедра, каθолическiй, Аθина, миθъ и т. д. В некоторых словах фита еще в XVIII веке была заменена буквой т : театръ вместо θеатръ, математика вместо маθематика, теорiя вместо θеорiя. Ряд слов имел двойное написание; например, эθиръ в словаре Даля и эфиръ в Энциклопедическом словаре Брокгауза и Ефрона. В греческом произношении звук θ напоминает англ. th и в западных языках часто передается сочетанием th: англ. thermodynamics, фр. thermomètre, нем. Thermochemie, итал. thermos и т. д. В русском языке сочетание th транслитерируется буквой т ; в результате образовались пары имен Томас (от Thomas ) и Фома (от Θома), Теодор (от Theodore ) и Федор (от Θедоръ).
В то же время греческая буква φ (фи) во многих европейских языках перешла в сочетание ph (например, англ. philosophy, фр. philosophie, нем. Philosophie ); в русском языке она всегда передавалась буквой ф . Поэтому, например, в английском языке, в отличие от русского, термины «эфир» (имеется в виду простой эфир) – ether и «этил» – ethyl имеют сходное звучание (кстати, в старых английских словарях писали æther, приблизив к греческому оригиналу). А сложные эфиры в западных языках – ester, а не ether. В новой украинской химической номенклатуре эти слова также различаются. Простой эфир – етер (читается «этэр»; в русском языке есть термин этерификация), а сложный эфир – естер. Но в русском языке нет слова «эстер» (если не считать женского имени Эстер), поэтому любому химику режет глаз неграмотный перевод на этикетках текстильных изделий английского polyester как «полиэстер» вместо «полиэфир, полиэфирное волокно» (к таким волокнам относятся, например, лавсан, терилен, дакрон и др.). Можно упомянуть также, что по‑украински «диэтиловый эфир» – ефiр, то есть написание этого термина отличается от «простого эфира вообще».
Пропан и бутан (а также пропионовая кислота, пропиоловая кислота, пропиловый спирт, бутираты ). Первой в списке кислот, имеющих характерные свойства жирных кислот, стоит пропионовая кислота (она содержит три атома углерода – С3Н6О2). Соответственно ее название произведено от греческих слов protos – «первый» и pion – «жирный, тучный». Отсюда и углеводород пропан С3Н8, а также непредельная пропиоловая кислота СН≡С – СООН. А тривиальное название 2,2‑дихлорпропионовой кислоты (2,2‑dich loro propi onic acid ) далапон получено перестановкой некоторых букв (они выделены) ее английского систематического названия с добавлением для благозвучности еще одной буквы «а». Далапон применяют в сельском хозяйстве в качестве гербицида. Название другой жирной кислоты – бутановой (она же масляная, С4Н8О2) и соответствующего ей углеводорода бутана происходят от греч. butyron – «масло». Эта кислота выделяется при прогоркании масла. Кстати, «масло» (животное) звучит похоже в ряде западноевропейских языков: англ. butter, нем. Butter, итал. butiro, нидерл. boter … Да и в русском языке есть слово бутерброд (нем. Butterbrot – «хлеб с маслом»). Соответственно, соли или эфиры бутановой (масляной) кислоты называются бутиратами.
Далее, начиная с пентана (С5), систематические названия алканов производятся от латинских или греческих числительных. В последнем случае традиционно используется древнегреческий язык, который отличается (иногда существенно) от новогреческого. Касается это и числительных. Тривиальные названия для неразветвленных алканов с длинной цепью редки. Примером может служить цетан, одно из названий гексадекана С16. Этот термин происходит от названия цетилового спирта, который в 1823 году получил основоположник химии жиров французский химик Мишель Эжен Шеврёль (1786–1889). Он выделил его из спермацета – воскоподобного вещества из головы кашалота. Слово «спермацет» происходит от греч. sperma – «семя» и ketos – «крупное морское животное» (кит, дельфин). От латинского написания и произношения cetus («цетус») и происходят названия цетилового спирта, цетана, цетолеиновой кислоты и т. п. Так что когда автомобилист интересуется качеством дизельного топлива – его цетановым числом, он вряд ли подозревает о связи этого термина с кашалотом.
Что же касается названий остальных алканов, произведенных от греческих или латинских числительных (пентан, гексан, гептан, октан, нонан, декан и др.), то в русском языке немало слов с теми же корнями. Вот некоторые из них. Пентаграмма (средневековый магический знак); пентатоника (звуковая система из пяти нот в октаве); Пентагон; пентод, гексод и гептод (радиолампы с 5, 6 и 7 электродами); гекзаметр (стихотворный размер – шестистопный дактиль); гептахорд (звукоряд из 7 ступеней, а также семиструнная кифара у древних греков); октаэдр (фигура с восемью вершинами); додекафония (метод музыкальной композиции, основанный на 12 тонах); октава, нона, децима и ундецима (музыкальные интервалы в 8, 9, 10 и 11 тонов); октет и нонет (ансамбли из 8 и 9 музыкантов); декада в календаре и декан в вузе; гектар (100 ар, или «соток»); гектограф (печатный аппарат, позволявший революционерам получать до 100 копий листовок); гекатомба (жертвоприношение из 100 быков) и гекатонхейры (мифические сторукие великаны) – от этого числительного и углеводород гектан С100Н202. А взрывчатое вещество гексоген названо так потому, что в его молекуле содержится шесть атомов азота (вторая же часть слова происходит от лат. nitrogen – «азот»). Синоним гексогена – циклонит, это сокращенное химическое название цикло триметилентринит рата. Аналогично в молекуле тетрила (тетр анитрометиланил ина) имеется четыре атома азота, а в изомере гептана триптане (2,2,3‑триметилбутане) находятся три метильных группы: по‑гречески triptychos – «троекратный». Непредельный 2,2,3‑триметил-1‑бутен называется триптеном, а соответствующий триптану спирт, 2,3,3‑триметил-2‑бутанол, – триптанолом.
Химикам не так часто приходится называть алканы с бóльшим числом атомов углерода. Тем не менее приведем некоторые систематические названия, которые поясняют принцип их построения.
С11 – ундекан (от лат. undecim – «одиннадцать», старое название – гендекан, от греч. hendeka ), С12 – додекан (от греч. dodeka – «двенадцать»), С13 – тридекан, С20 – эйкозан (от греч. eikosi – «двадцать»), С21 – генэйкозан (греч. heneikosi – «двадцать один»), С22 – докозан, С23 – трикозан, С30 – триаконтан (от греч. triakonta – «тридцать»), С31 – гентриаконтан, С88 – октаоктаконтан, С100 – гектан (от греч. hekaton – «сто»), С120 – эйкозагектан, С200 – диктан (от греч. dyo – «два»), С500- – пентактан, С1000 – килиан (от греч. chilioi – «тысяча»), С5000 – пенталиан и т. д. Из известных линейных алканов самую длинную цепь имеет нонаконтатриктан С390H782, синтезированный в 1985 году. Из длинноцепочечных углеводородов тривиальное название имеет церан (гексакозан С26), от лат. cera – «воск».
Разветвленные углеводороды также редко имеют собственные тривиальные названия. В качестве немногочисленных исключений приведем такие названия, как неопентан – диметилпропан С(СН3)4; неогексан (2,2‑диметилбутан); изооктан (2,2,4‑триметилпентан); сквалан (см. ниже) и уже упомянутый триптан. Кстати, триптан имеет среди алканов наивысшее октановое число – 130.
Даже профессиональные химики бывают удивлены, узнав, что высшие предельные углеводороды часто встречаются в природе. При этом почти все они содержат нечетное число атомов углерода. Так, скипидар из американской сосны Сейбина (Pinus sabiniana) на 95 % состоит из н -гептана (С7), в листьях капусты содержится нонакозан (С29), в кожуре яблок – гептакозан (С27) и нонакозан (С29), в пчелином воске – гептакозан (С27) и гентриаконтан (С31). Из тривиальных названий (их сравнительно немного) отметим углеводород пристан (2,6,10,14‑тетраметилпентадекан); он был выделен из акульего жира, а на латыни «акула» – pristis. Отсюда же и название пристановой кислоты.
В больших количествах алканы содержатся в нефти, из которой их в основном получают. Однако есть и другие их источники. В газожидкостной и капиллярной газовой хроматографии в качестве неподвижной фазы применяют сквалан (2,6,10,15,19,23‑гексаметилтетракозан, С30Н62), название которого происходит от греч. squalus – «акула» (в печени скатов и акул содержится непредельное производное сквалана – сквален, углеводород с цепочкой из 24 атомов углерода и шестью двойными связями). По-английски сквалан – squalane; любопытно, что английское слово (исландского происхождения) squall означает «вопль, пронзительный крик», а ведь именно так кричит человек, повстречавшийся с акулой! (Конечно, сомнительно, чтобы эта «народная этимология» имела какое-либо научное основание.) На примере сквалана отчетливо видно, как разветвление молекулы сказывается на температуре плавления: сильно разветвленный сквалан плавится при температуре –38 °C, а изомерный ему неразветвленный триаконтан – более чем на 100 °C выше: при +65,8 °C! Это связано с возможностью более плотной упаковки неразветвленных цепей.
Смесь насыщенных углеводородов (в основном С5 и С6) разветвленного строения называется петролейным эфиром и используется в качестве растворителя жиров и масел. Тот же корень в слове петролатум (это продукт переработки нефти). А высококипящие растворимые компоненты нефтяных остатков называются петроленами . Все эти слова произошли от старого названия нефти – петролеум (а в Британии petrol – это «бензин»). Такое название ей дал немецкий ученый Георг Агрикола (1494–1557). В этом слове два корня – греческий (petra – «скала, камень») и латинский (oleum – «масло»). В Энциклопедическом словаре Брокгауза и Ефрона читаем: «Каменное масло – см. Нефть ». Первый корень присутствует в таких словах, как «петроглифы» (высеченные на скалах изображения), «петрография» («петрология») – наука о горных породах. Недаром иудейский рыбак Симон, ставший апостолом, получил имя Петр, что должно было символизировать камень, скалу, на которой основана христианская церковь. Слово же нефть произошло от греч. naphtha, которое заимствовано из персидского, где означало яму (когда‑то для добычи близко залегающей нефти просто копали яму).
Свое название имеют и другие нефтяные фракции, например бензин. Корень «бенз» нам встретится, когда речь пойдет о бензоле и его производных (так же как корень «нафт» в названиях таких веществ, как нафталин и его производные). Название керосин произошло от греч. keros – «воск»; газойль – от англ. gas oil – «бензиновое масло»; мазут – от араб. mahzulat – «отходы, отбросы»; лигроин – от греч. ligyros – «светлый» (лигроин – прозрачная желтоватая жидкость). Слово вазелин пришло в русский язык из европейских (vaseline), оно было придумано в 1872 году в качестве торговой марки нового продукта (смесь жидких и твердых углеводородов) на основе нем. Wasser – «вода» и греч. elaion – «оливковое масло». При высокой температуре углеводороды – компоненты нефти претерпевают термическое расщепление – крекинг (от англ. crack – «расщеплять»). Каталитическая переработка бензиновых фракций нефти называется риформингом; термин произошел от англ. re-form – «переделывать». А термин платформинг означает, что катализатором в этом процессе является платина (так что никакой связи с «платформой»).
В природе встречаются также залежи твердых алканов в виде горного воска – озокерита (от греч. ozo – «пахну» и keros – «воск»). Второй корень этого слова, только в латинском написании (cera – «воск»), встречается в слове церезин, означающем очищенный озокерит, содержащий смесь алканов С36 – С55.
Галогенпроизводные алканов обычно не имеют тривиальных названий. Но бывают и исключения. Примером могут служить такие распространенные вещества, как фреоны, которые используются в качестве хладагентов в холодильный установках. Этот термин (англ. freon ) получен сокращением английских слов freezing («замораживание») и hydrocarb on («углеводород»).
Дата добавления: 2018-10-26; просмотров: 1087; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!