17. Химические формулы, уравнения и схемы реакций*

В настоящее время еще нет обязательной, регламентированной правилами государственного стандарта системы химической номенклатуры. В научной, справочной и учебной литературе все шире используется номенклатура, разработанная Международным союзом теоретической и прикладной химии (ИЮПАК — IUАС). Правила ИЮПАК предусматривают номенклатурную систему, а также элементы и приемы использования хим. символики. Подробное изложение правил ИЮПАК и адаптацию их к нормам русского языка см. в статьях журнала ВХО им. Д.К.Менделеева (1983, № 3; 1981, № 5), а также в справочниках: Кан Р., Дермер О. Введение в химическую номенклатуру. М.: Химия, 1983; Лидии P. u др. Основы номенклатуры неорганических веществ. М.: Химия, 1983; Бенкс Д. Названия органических соединений. М.: Химия, 1980.

* В главе на основе опыта преимущественно авторов и редакторов изд-ва “Химия” даются рекомендации по подготовке текста, формул, схем хим. процессов, использованию номенклатурных правил и хим. символики в научно-технического изданиях по химии и хим. технологии.

Правила и приемы использования хим. символики приведены также в “Словаре-справочнике автора” (М.: Книга, 1979) и “Памятной книжке редактора” (М.: Книга, 1980).

17.1. Химическая символика и знаки химической связи

17.1.1. Основные группы химической символики

В хим. символику входят следующие пять осн. групп более или менее унифицированных обозначений (символов, знаков), используемых в научно-техническом языке современной химии:

1. Обозначения (символы) хим. элементов, некоторых их изотопов и элементарных частиц —см. 17.1.2.

2. Знаки, характеризующие состав и состояние хим. объектов(число атомов, степень окисления, заряд, изотопный состав и т.п.),—см. 17.1.3.

3. Знаки различных видов хим. связи — см. 17.1.4.

4. Знаки, характеризующие особенности химического строения, — см.17.2.2 -17.2.7.

5. Знаки взаимодействия, используемые в хим. уравнениях и схемах реакций, — см. 17.3.

17.1.2. Химические элементы

Названия и символы хим. элементов, атомные номера, атомные массы и массовые числа наиболее устойчивых изотопов, по Международной таблице ИЮПАК-1983, приведены в табл. 17.1.

Таблица 17.1. Номера, названия, обозначения и относительные атомные массы 1983г.

Окончание

Относительные атомные массы приведены по Международной таблице 1983г. (IUPAC. Pure and Applied Chemistry. - 1984. Vol. 56, N. 6. P. 654-694). Точность указана для последней значащей цифры. Для элементов 104—107 в квадратных скобках приведены массовые числа наиболее устойчивых изотопов. * Звездочкой помечены элементы, не имеющие стабильных изотопов.

Для изотопов водорода приняты следующие названия и символы: 'Н — протий; ²Н — дейтерий, символ D; ³Н — тритий, символ Т.

Символы элементов и хим. формулы набирают буквами латинского алфавита шрифтом принятой для издания гарнитуры, прямого светлого начертания, цифры и знаки препинания в формулах — шрифтом также прямого светлого начертания, равным по кеглю шрифту основного текста. Например:

Угловые колебания С = С—Н (или С = С — D),кг. 10

Благодаря образованию водородной связи (—С =N ... Н—С = С—)………кг. Для других диалкилацетиленов т пл (°С) С2Н5С и ССгНб минус 101СНз(СНз)2С - С(СН2)зСНз минус 102, СНз(СН2,(зС ш С(СНз)зСНз минус 73кг б

Некоторые наиболее часто встречающиеся элементарные частицы обозначаются латинскими строчными буквами шрифта курсивного начертания: электрон — е ^— (иногда без указания заряда — е), позитрон — е+, протон — р, нейтрон — п.

17.1.3. Параметры состава и состояния

Эти параметры следует всегда располагать вокруг символов элементов в следующем порядке:

Например, в обозначении азид иона ¹⁴₇N^-₃ или ацетиленид иона ¹³₆С^2-₂ запись фиксирует, что азид ион содержит 3 атома азота (атомный номер 7, массовое число изотопа 14) и несет один отрицательный заряд; соответственно ацетиленид ион содержит 2 атома углерода (атомный номер 6, массовое число изотопа 13) и несет 2 отрицательных заряда. В обозначении ионных зарядов арабская цифра (как правило, кг. 6 светлого прямого начертания) должна предшествовать знаку заряда (2—). Степень окисления также указывается арабской цифрой, но знак заряда должен предшествовать цифре (—2). Электронные пары и неспаренные (“свободные”) электроны обозначаются точками полужирного начертания и располагаются вокруг символов элементов по горизонтальным и (или) вертикальным осям.

В сложных случаях знаки зарядов и обозначения электронных пар можно располагать сверху и снизу символов. Например:

Знаки “частичных” зарядов (смещение электронной плотности) обозначают строчной греческой буквой “дельта” 5 + или 5 - (как правило, шрифтом кг. 6 светлого начертания), которую располагают над символом элемента. Например:

17.1.4. Знаки химической связи

Знаки хим. связи приведены в табл. 17.2.

Символом простой, одинарной, ковалентной (сигма— с) связи является одна черта (светлая линейка) или пара связующих электронов (две полужирные точки, расположенные у символов элементов без отбивки-п 1 в табл. 17.2).

Для изображения полярной связи используют спец. знак или указывают над связью (символами элементов) “частичные” заряды, иногда можно располагать связующую пару электронов сдвинутой к одному из символов элементов (п. 2 в табл. 17.2).

Кратные — двойные и тройные связи обозначаются соответственно двумя и тремя светлыми линейками или двумя и тремя парами связующих электронов (п. 4 и 5 в табл. 17.2), расположенными у символов элементов без отбивки.

Дативную (донорно-акцепторную, семиполярную) связь изображают стрелкой от донора к акцептору или указывают формальные заряды

у донора + и акцептора — , располагая знаки над символами элементов, связанных простой связью (п. 6 в табл. 17.2)

Координативная связь в комплексах обозначается либо как дативная — знак → ”без отбивки, либо светлым пунктиром (п 7 в табл. 17.2).

Связи в к-комплексах показывают как дативные от кратных связей (или ароматических систем) к акцептору (п. 8 в табл. 1/.2).

Для обозначения концевых связей элементарного звена полимерной цепи используют спец. знаки без отбивки от символов элементов (п. 9 в табл. 17.2).

Водородные связи обозначают тремя светлыми точками на средней линии между символами элементов (п. 10 в табл. 17.2)

Молекулярную связь обозначают одной светлой точкой на нижней линии между символами элементов, образующих молекулы (п. 11 в таб-1. 17.2).

17.2. Обозначение особенностей химического строения

17.2.1. Общие сведения

В научно-технической литературе для формульной записи сведений о химическом строении изомеров пользуются системой унифицированных обозначений, дающей возможность передать особенности строения структурных изомеров (изомерия “скелета”, изомерия положения заместителей), стереоизомеров (геометрических, конформационных, оптических), а также некоторые особенности строения, связанные с распределением электронной плотности в хим. системах.

17.2.2. Структурная изомерия

Для обозначения изомеров с нормальной (не разветвленной и не циклической) структурой используют русскую строчную курсивную букву н-, через дефис (без точки) связанную с формулой. Изомеры с разветвленным “скелетом”, содержащие концевую группу (СН₃)₂СН —, обозначаются приставкой изо-, вторичные и третичные радикалы получают приставки втор- и трет-, циклические — цикла-, также через дефис (и без точки) связанные с форму пой. Например:

Более сложные (и замещенные) системы обычно обозначают, используя правила систематической номенклатуры ИЮПАК. Hanp_f: для изооктана:

В циклических 6-членных системах используют приставки гем-для обозначения изомеров с заместителями у одного (1,1-) атома; орто-или о- для 1,2-изомеров; мета- или м- для 1,3-изомеров; пара- или п- для 1,4-изомеров; виц- или ряд- для 1,2,3-изомеров; сим- для 1,3,5-изо-меров и несим- для 1,2,4-изомеров. Например:

В гетероциклических 5- и 6-членных системах заместители в 2-, 3- и 4- (у 6 членов) обозначают соответственно строчными греческими буквами а, (в и у. Например:

17.2.3. Типы стереонзомерии

Различают три типа пространственной (стерео) изомерии: 1) геометрическую; 2) конформационную (поворотную); 3) оптическую.

17.2.4. Геометрическая стереоизомерия

Соответственно для изомеров бензилдиоксима:

Для обозначения геометрических изомеров используют или систему приставок {цис-, транс- для С = С связи и син-, анти-, амфи-для C=N и N=-N связей) или Z- —Е-систему (латинские прописные буквы Z и Е прямого начертания). Например: для геометрических изомеров 1,2-дихлорэтилена:

В циклических системах используют ту же систему обозначений. Например, для дикарбоновых кислот циклопропана:

В конденсированных циклических системах геометрические, ангулярные изомеры обозначаются спец. знаками. Например, для изомеров декалина С₁₀Н₁₈:

17.2.5. Конформационная (поворотная) изомерия

Для изображения конформаций (конформеров) ациклического ряда используют два приема: либо строят условные перспективные формулы, либо приводят проекционные схемы по Ньюмену и обозначают отдельные конформаций греческой строчной буквой <р с соответствующим индексом (ф¹, ф², ф³ и далее ф" ). Для я-бутана СН₃ — СН₂ — СН₂ — СН₃ осн. конформаций изображают так, как показано на схеме:

Для изображения конформаций циклических систем обычно используют условные перспективные схемы-формулы. Например: для 4-, 5- и 6-членных циклов:

Атомы водорода (или заместители) могут занимать в таких циклах аксиальные, или экваториальные положения, обозначаемые латинскими строчными курсивными буквами— й- и е-. Например:

17.2.6. Оптическая изомерия

Для различия оптических изомеров указывают знак вращения плоскости поляризации — правовращающий изомер обозначают знаком (+)-, левовращающий знаком (—)-, знаки заключают в скобки и через дефис связывают с формулой. Асимметрический атом отмечают звездочкой* (вверху, справа), не активные формы обозначают латинской строчной буквой /- или приставкой мезо- и знаком (±)- для рацематов. Например, для изомерных винных кислот С₄Н₆О₆:

Для указания принадлежности к конфигурационным рядам (углеводов, гидрокси- и аминокислот и др.) введены спец. обозначения изомеров*—латинскими прописными курсивными буквами D- и L-. Таким образом дается более полная характеристика стереоизомеров. Например:

Правила ИЮПАК для обозначения абсолютной конфигурации используют не D - L систему, а систему R - S, с отнесением к R- или S-рядам по специально определяемому падению старшинства заместителей у асимметрического центра.

17.2.7. Особенности электронного строения

Эти особенности, или депокализацию связывающих электронов, смещение электронной плотности (перекрывание и смещение молекулярных орбиталей), показывают условными схематическими формулами (прим. 1), набором граничны* структур, связанных знаком резонанса*-*(прим. 2), или указанием направления смещения электронной плотности специальными прямыми или изогнутыми стрелками (прим. 3).

17.3. Знаки взаимодействия в уравнениях и схемах химических реакций

17.3.1. Основные знаки взаимодействия

Основными знаками, обозначающими взаимодействие хим. объектов, являются знаки, плюс (+) для процессов присоединения и замещении и знак минус (—) рядом с формулой отщепляемой молекулы (под стрелкой) для реакций отщепления. Знаками равенства —, направления →, равновесия ← → и смещенного равновесия ← → в хим. уравнениях связывают начальные и конечные продукты реакции. Например;

В сложных и многостадийных процессах реагенты целесообразно помещать на стрелках. Например:

Под стрелками обычно помещают удаляемые молекулы или частицы. Например:

Знак оптической инверсии показан на схеме:

Знак радиационного инициирования связывает исходные и конечные продукты реакции:

(или символов элементов) на 6—8 пунктов (в отличие от знаков-символов хим. связи, см. 17.1.4, которые всегда пишут без отбивки — вплотную к символам элементов). Например:

17.3.2. Знаки для обозначения механизма и кинетики реакций

Для обозначения типа, механизма и кинетики реакций используют символы, указывающие тип реакции: А для реакций присоединения (от Additio), E для реакций отщепления (от Eliminare) и S для реакций замещения (от Substitutio).

Механизм реакции указывают буквенными индексами при обозначениях типа реакции — N для нуклеофильных, Е для электрофильных и R для радикальных реакций, кинетическая характеристика указывается прямой арабской цифрой 1 для мономолекулярных, 2 для бимолекулярных, например:

А_Е 2 бимолекулярная реакция электрофильного присоединения; S_N1 мономолекулярная реакция нуклеофильного замещения; Е1…… мономолекулярная реакция отщепления; S_R 2 бимолекулярная реакция радикального замещения.

17.4. Правила разметки химических формул для набора

17.4.1. Выключка формул

Формулы могут по усмотрению изд-ва выключаться в левый край полосы, с единой втяжкой от левого края полосы (напр , 3/4 кв., 1 кв. и т.п.), или в красную строку (по центру). Например:

разлагаются с образованием Hg — органических соединений

При нескольких коротких формулах, расположенных отдельными строками (каждая в разрез текста), целесообразно пронумеровать их для ссылок в тексте и, сгруппировав в одну строку, разместить в нижней или верхней части полосы текста, где о них идет речь (прим. 4). Это избавит от ненужных пустот. Открытая же верстка (218) ЭТИЛХЛОЗАТ (ФИГАРОН)

Этил-5 хлороиндазолил 3-уксусной кислоты этиловый эфир

Белые кристаллы, т. пл 76,6—78,1 °С. Растворимость при 24 ^СС (г/л): в ацетоне 673, в этаноле 512, в воде 0,225 Разлагается выше 250 °С.

Выпускается в виде 2О% -ного э.к.

ЛД₅₀ для крыс 4800—5210 мг/кг.

СПК для карпа 1,8 мг/л (при экспозиции 48 ч).

Экспериментальный pei улятор роста растений с ауксиноподобным действием. Рекомендован для прореживания завязей и улучшения качества плодов цитрусовых, увеличения урожайности пшеницы, картофеля, бобовых.

(219) ЭТОФУМЕСАТ (НОРТРОН)

C₁₃H₁₈O₅S

M.м. 286,3

3.3 — Диметил 5-метилсульфонилокси 2-этоксидигидробензофуран Белое кристаллическое вещество, г. пл. 71 ^СС. Растворимость (%): в этаноле 10, в ацетоне 40, в хлороформе, диоксане и бензоле 40, в гексане 0,4,

Пример 4

группы формул предпочтительна и потому, что позволяет избежать второй отбивки от текста и тем самым сделать полосу более емкой, чем при закрытой верстке (с двумя отбивками).

17.4.2. Подписи под форелями химических соединений, надписи над и под стрелками, различные текстовые пояснения к формулам

Их следует размечать для набора шрифтом кг. 6 прямого светлого начертания со строчной буквы. Выключать такие тексты требуется посередине ширины гой части формулы, к которой они относятся. Например:

17.4.3. Тексты, заменяющие формулы

Такие тексты (названия соединений в уравнениях реакций или схемах) набирают шрифтом того же кегля, что и формула, с прописной буквы.

Например:

17.4.4. Переносы формул

Переносов в формулах следует, как правило, избегать. При необходимости допускается перенос на знаках направления реакции —

стрелках (—>, — >), знаках равенства (=), равновесия (+=±, —^ ±=?, ^—),

взаимодействия (+ или -).

Не допускаются переносы, разрывающие формулы между символами элементов, на знаках связи (—, =, =,..., —►) и резонанса (<—>). Знак, на котором сделан перенос, повторяется в начале следующей- строки (без подключек). Например:

Рекомендуется, при необходимости переноса в формулах, указать место его в изд. оригинале.

17.4.5. Обозначения особенностей строения в названиях соединений

Эти обозначения (орто-, мета-, пара-, о-, м-, п-, н-, втор-, трет-, цис-, транс-, спи-, анты-, трео-, эритро- и т.д.) набирают строчными курсивными буквами и отделяют дефисом. Например:

ди-трет-бутиповый эфир

о-фенилендиамин

цис-дихлорэтен

17.4.6. Обозначения конфигурации L, D, R,

Эти обозначения набирают прописными курсивными буквами латинского алфавита светлого начертания. Например: D-глюкоза L-глюкоза

17.4.7. Символы элементов в названиях соединений

Эти символы (например: С, О, N, S, Si, P, As, Sb) набирают прямыми прописными буквами латинского алфавита светлого начертания и присоединяют к другим частям названия дефисами; знаки вращения плоскости поляризации (+)- и (—)- заключают в скобки и соединяют с другими частями названия дефисами. Например:

пента-О-ацетил-a-D)-глюкоза

L-(+)-глицериновый альдегид

*….*….*

Приведенные сведения и примеры, конечно, не исчерпывают всего многообразия использования хим. символики. Более подробные сведения и спец. приемы см. в литературе, указанной во вступительной части данной главы, а также в учебной и научной литературе, например:

Глинка Н.Л. Общая химия. М. Химия, 1984.

Несмеянов А.Н., Несмеянов Н.А. Начала органической химии. М.: Химия, 1974.

Потапов В. М. Стереохимия. М : Химия, 1976.

Номенклатурные правила ИЮПАК по химии: Пер. с aнгл. М: ВИНИТИ” 1979-1983. Вып. 1. 1979; Вып. 2. 1983.

Оглавление