第四級窒素カチオン

2000-12-13

第四級窒素カチオン

# アンモニウム誘導体
# イミニウム
# ジアゾニウム
# 非環式窒素骨格のカチオン
# 含窒素環式骨格のカチオン
# 含窒素共鳴安定化カチオンの正規化
# 参考文献

カチオン（ここではヘテロ原子上に陽電荷があるものに限る）の命名法においては IUPACとCASで大きな違いがある。
IUPACは常にカチオンとしての命名を優先する。
一方CASは、カチオンが対応する塩基に水素イオンが付加して得られると見なされる場合は、共役塩基である中性化合物（対応する第一級、第二級、第三級アミン）を見出しとして収録する。そしてその共役酸または塩であることを適切な修飾句で表現する。

Me₃NH⁺: Trimethylammonium [IUPAC]
トリメチルアンモニウム; N,N-Dimethylmethanamine conjugate acid [CAS]
N,N-ジメチルメタンアミン共役酸
PhNH₃⁺Cl^-　≡　PhNH₂・HCl: Anilinium chloride [IUPAC]
塩化アニリニウム; Benzenamine hydrochloride [CAS]
ベンゼンアミン塩酸塩

1　アンモニウム誘導体

一般式 R₄N⁺ で表されるカチオンは、次のように命名する。
IUPACでは一般に、母体としてオニウムNH₄⁺ の名称 Ammonium　アンモニウムを用いて命名する。また、対応するアミンの名称にプロトン化を表す接尾辞 -iumを添えて命名してもよい。
CASでは、最も優先順位の高いアミンの接尾辞 -amine を -aminium　アミニウムに換えて命名する。

Me₄N⁺: Tetramethylammonium [IUPAC]
テトラメチルアンモニウム; N,N,N-Trimethylmethanaminium [CAS]
N,N,N-トリメチルメタンアミニウム
CH₃[CH₂]₁₅NMe₃⁺: Hexadecyltrimethylammonium [IUPAC]
ヘキサデシルトリメチルアンモニウム; N,N,N-Trimethyl-1-hexadecanaminium [CAS]
N,N,N-トリメチル-1-ヘキサデカンアミニウム
PhNMe₃⁺: N,N,N-Trimethylanilinium [IUPAC]
N,N,N-トリメチルアニリニウム; N,N,N-Trimethylbenzenaminium [CAS]
N,N,N-トリメチルベンゼンアミニウム
Me₃N⁺-CH₂CH₂-NMe₃⁺: N,N,N,N',N',N'-Hexamethylethane-1,2-diaminium [IUPAC]
N,N,N,N',N',N'-ヘキサメチルエタン-1,2-ジアミニウム; N,N,N,N',N',N'-Hexamethyl-1,2-ethanediaminium [CAS]
N,N,N,N',N',N'-ヘキサメチル-1,2-エタンジアミニウム

2　イミニウム

一般式 R₂C=NR₂⁺ で表される化合物をイミニウムという（俗に Immonium　インモニウムと呼ばれるが、それは正しくない）。
IUPACでは、アンモニウムを母体として命名できるが、対応するアミンまたはイミンの名称にプロトン化を表す接尾辞 -ium を添えて命名することもできる。
CASでは、最も優先順位の高いアミンまたはイミンの接尾辞 -amine, -imine を -aminium　アミニウムまたは -iminium　イミニウムに換えて命名する。接尾辞 -iminium は、イミン窒素の置換基がハロゲンかアルキリデン基などである場合、すなわちアミニウムとして命名できない場合に用いられる。

PhCH=N⁺(Me)CMe₃: Benzylidene-tert-butylmethylammonium [IUPAC]
ベンジリデン-tert-ブチルメチルアンモニウム; N-tert-butyl-N-methylbenzylideneaminium [IUPAC]
N-tert-ブチル-N-メチルベンジリデンアミニウム; N-tert-butyl-N-methyl-1-phenylmethaniminium [IUPAC]
N-tert-ブチル-N-メチル-1-フェニルメタンイミニウム; N,2-Dimethyl-N-(phenylmethylene)-2-propanaminium [CAS]
N,2-ジメチル-N-(フェニルメチレン)-2-プロパンアミニウム
Ph₂C=N⁺=CPh₂: Dibenzhydrylideneammonium [IUPAC]
ジベンズヒドリリデンアンモニウム; N-(Diphenylmethylene)-α-phenylbenzenemethaniminium [CAS]
N-(ジフェニルメチレン)-α-フェニルベンゼンメタンイミニウム

3　ジアゾニウム

ジアゾニウム（一般式 R-N₂⁺）は、体系的には diazyn-1-ium　ジアジン-1-イウムと命名できる（Diazyne　ジアジンはN≡N、すなわち二窒素を指すことになるが、置換命名法の母体として使うための名称である、しかし通常は用いられない）。
しかし、IUPACでもCASでも、接尾辞 -diazonium　ジアゾニウムを用いて命名する。

Ph-N₂⁺: Benzenediazonium [IUPAC/CAS]
ベンゼンジアゾニウム
C₁₀H₇-N₂⁺: Naphthalene-2-diazonium [IUPAC]
ナフタレン-2-ジアゾニウム; 2-Naphthalenediazonium [CAS]
2-ナフタレンジアゾニウム
⁺N₂-C₆H₄-N₂⁺: Benzene-1,4-bis(diazonium) [IUPAC]
ベンゼン-1,4-ビス(ジアゾニウム); 1,4-Benzenebis(diazonium) [CAS]
1,4-ベンゼンビス(ジアゾニウム)

4　非環式窒素骨格のカチオン

骨格原子がすべて窒素である鎖式骨格のカチオンは、プロトン化を表す接尾辞 -ium を添えて命名する。しかし IUPACとCASで接尾辞の用法が大きく異なるので注意が必要である。
IUPACでは、必要なら、付加した水素原子の数と位置に合わせて適切な倍数接頭辞と位置番号を添える。
CASでは倍数接頭辞も位置番号も添えない。置換基によって四級化されている窒素がカチオンであると見なされる。
両者の差は、IUPACが構造を記述するように命名するのに対し、CASでは最初に述べたようにカチオンの見出しを用いるのは、窒素が四級化されている場合に制限しているからである。

H₂N-N⁺Me₂Ph: 1,1-Dimethyl-1-phenyldiazan-1-ium [IUPAC]
1,1-ジメチル-1-フェニルジアザン-1-イウム; 1,1-Dimethyl-1-phenylhydrazin-1-ium [IUPAC]
1,1-ジメチル-1-フェニルヒドラジン-1-イウム; 1,1-Dimethyl-1-phenylhydrazinium [CAS]
1,1-ジメチル-1-フェニルヒドラジニウム
Me₃N⁺-N⁺Me₃: Hexamethyldiazane-1,2-diium [IUPAC]
ヘキサメチルジアザン-1,2-ジイウム; Hexamethylhydrazine-1,2-diium [IUPAC]
ヘキサメチルヒドラジン-1,2-ジイウム; Hexamethylhydrazinium [CAS]
ヘキサメチルヒドラジニウム
H₂N-N⁺Me₂-NH₂: 2,2-Dimethyltriazan-2-ium [IUPAC]
2,2-ジメチルトリアザン-2-イウム; 2,2-Dimethyltriazanium [CAS]
2,2-ジメチルトリアザニウム; ※次の例は、この異性体であり、IUPACでは -ium の位置番号を変更した名称が可能であるが、CASではカチオン中心上に水素が余っているので認められない。
H₂N-NMe-NMeH₂⁺: 1,2-Dimethyltriazan-1-ium [IUPAC]
1,2-ジメチルトリアザン-1-イウム; 1,2-Dimethyltriazane monoconjugate acid [CAS]
1,2-ジメチルトリアザン=一共役酸; ※CASの修飾句 conjugate acid（共役酸）はカチオン中心の位置を記述しない。つまりCAS名では、プロトンが別の位置に乗った異性体（1,2-Dimethyltriazan-2 or 3-ium）とは命名上の区別をしない。
MeN=N-N⁺Me₃: 1,1,1,3-Tetramethyltriaz-2-en-1-ium [IUPAC]
1,1,1,3-テトラメチルトリアザ-2-エン-1-イウム; 1,1,1,3-Tetramethyl-2-triazenium [CAS]
1,1,1,3-テトラメチル-2-トリアゼニウム; ※CASでも、必要があれば（名称中に明示的には記されないが）カチオン中心の位置番号が小さくなるよう選ぶ。

5　含窒素環式骨格のカチオン

カチオン性含窒素環式骨格では、対応する中性（無荷電）骨格との関係に注意が必要である。

代置命名法を用いて命名する環

代置命名法を用いて命名する環系では、骨格原子間の結合の数にかかわらず、カチオン性窒素原子を接頭辞 azonia で表現する。中性の窒素原子と共存する場合は、アルファベット順で、aza-azoniaの順に記すが、番号付けはカチオン性ヘテロ原子を優先して小さくする。

IUPACでは、骨格原子間の結合の数が3までなら、カチオンを接尾辞 -ium で表現してもよい。

: 2,2-Diethyl-5-aza-2-azoniabicyclo[4.2.2]decane [IUPAC/CAS]
2,2-ジエチル-5-アザ-2-アゾニアビシクロ[4.2.2]デカン; 2,2-Diethyl-2,5-diazabicyclo[4.2.2]decan-2-ium [IUPAC別名]
2,2-ジエチル-2,5-ジアザビシクロ[4.2.2]デカン-2-イウム

骨格原子間の結合の数が3までの場合

代置名を用いない環系（単環および縮合環）で、骨格原子間の結合の数が3までの場合、カチオン化に伴って付加する第四の置換基は、カチオン性窒素とは骨格外結合で結ばれている。

その他の環系のカチオンはプロトン化を表す接尾辞 -ium を添えて命名するが、IUPACとCASで接尾辞の用法が大きく異なるので注意を要する。
IUPACでは、必要なら、付加した水素原子の数と位置に合わせて適切な倍数接頭辞と位置番号を添える。
CASでは倍数接頭辞も位置番号も添えない。置換基によって四級化されている窒素がカチオンであると見なされる。

: 1,3-Dimethylpyridin-1-ium [IUPAC]
1,3-ジメチルピリジン-1-イウム; 1,3-Dimethylpyridinium [CAS]
1,3-ジメチルピリジニウム
: 3,7-Dibromo-5-methylphenazin-5-ium [IUPAC]
3,7-ジブロモ-5-メチルフェナジン-5-イウム; 3,7-Dibromo-5-methylphenazinium [CAS]
3,7-ジブロモ-5-メチルフェナジニウム
: 1,3-Dimethyl-1H-benzimidazol-3-ium [IUPAC]
1,3-ジメチル-1H-ベンゾイミダゾール-3-イウム; 1,3-Dimethyl-1H-benzimidazolium [CAS]
1,3-ジメチル-1H-ベンゾイミダゾリウム; ※指示水素は、カチオン中心より優先してより小さい位置番号を割り当てられる（CASの場合カチオン中心の位置番号は記されていないが）。
: 1,1,4,4-Tetramethylpiperazine-1,4-diium [IUPAC]
1,1,4,4-テトラメチルピペラジン-1,4-ジイウム; 1,1,4,4-Tetramethylpiperazinium [CAS]
1,1,4,4-テトラメチルピペラジニウム

骨格原子間の結合の数が4の場合

中性の窒素原子は原子価が3であるから、骨格原子間の結合の数が4ある窒素カチオンは対応する中性化合物と同様には命名できない。「ラムダ慣習法と結合数」のイオン種と不飽和環のカチオンを参照せよ。なおこの場合は環内ヘテロ原子が複数あるなら、CASでも -iumに対する位置番号を明示する。

: 1H-4λ⁵-Pyrido[1,2,3-de]quinoxalin-4-ylium [IUPAC]
1H-4λ⁵-ピリド[1,2,3-de]キノキサリン-4-イリウム; 1H-Pyrido[1,2,3-de]quinoxalin-4-ium [CAS]
1H-ピリド[1,2,3-de]キノキサリン-4-イウム

6　含窒素共鳴安定化カチオンの正規化

CASでは、互変異性体の正規化と同様な目的で（正規化共鳴式は異なる）、含窒素共鳴安定化カチオンを正規化する。
次の共鳴式に適合する共鳴カチオンは正規化の対象となり、索引収録上同等と見なされる。

R(R')N⁺=Q-N(R'')R''' ←→ R(R')N-Q=N⁺(R'')R''' （QはCまたはN）

上の式で、R, R', R'', R''' は水素以外のあらゆる基（窒素基でもよい）である。この構造は環系に含まれても含まれなくてもよく、N=Q-N=Q-N のように連続してもよい。正規化された各辺の構造のうち、名称が選択規則で最も優先順位が高い名称を選ぶ。ただし、もし母体が電気的に中性の環系になるならば、それを優先する。

: 1-Ethylimidazo[1,2-a]pyridinium [CAS]（左式）
1-エチルイミダゾ[1,2-a]ピリジニウム; ※右式の1-Ethyl-1H-imidazo[1,2-a]pyridin-4-ium　1-エチル-1H-イミダゾ[1,2-a]ピリジン-4-イウムではない。Imidazo[1,2-a]pyridine　イミダゾ[1,2-a]ピリジンを母体とする名称を優先する。

もし、R, R', R'', R''' の中に水素があるならば、その水素イオンを遊離して、見出しが中性化合物となる構造を選ぶ。

Me₂N⁺=N-NH₂ ←→ Me₂N-N=NH₂⁺　≡　Me₂N-N=NH・H⁺: 3,3-Dimethyl-1-triazene monoconjugate acid [CAS]（右式）
3,3-ジメチル-1-トリアゼン=一共役酸; ※左式の 1,1-Dimethyl-1-triazenium　1,1-ジメチル-1-トリアゼニウムではない。

参考文献

IUPAC Commission on Nomenclature of Organic Chemistry, "Revised Nomenclature for Radicals, Ions, Radical Ions, and Related Species (Recommendations 1993)", Pure Appl. Chem. 65, 1357-1455 (1993). [RNRI]
CAS. Chemical Abstracts, Index Guide, 1992. Appendix IV, ¶184.

メニュー