2000-12-09

λ-慣習法と結合数

# 結合数
# 高配位化合物
# イオン種
# 不飽和環のカチオン
# 参考文献

1 結合数

高配位原子を含む化合物を取り扱っている方々にはお馴染みであろうが、通常の原子価と異なる異常な原子価を表示するには、λ(ラムダ)慣習法を用いる。

例えば5価有機リン化合物の母体である分子性化合物 PH5 は、ふつう Phosphorane ホスホランというが、λ5-Phosphane λ5-ホスファンともいえる。

さて、このλに添えた上付き数字は原子価を表すのであろうが。実は原子価そのものではない。IUPACで結合数(bonding number)と呼ぶものである。

なお、結合数は、bond numberとは別の概念である。bond numberは単結合なら1、二重結合なら2となる数を指す。

例として、メタンの種々の誘導体は次のように命名できる。
なお、この表の一部の名称は必ずしも一般的なものではない:

分子式 原子価 配位数 名称
CH4 4 4 methane メタン
CH3OH 4 4 methanol メタノール
H2C=O 4 3 methanal メタナール
HC(O)OH 4 3 methanoic acid メタン酸
H2C=NH 4 3 methanimine メタンイミン
HN=C=NH 4 2 methanediimine メタンジイミン
CH33 3 methyl メチル
CH3+ 3 3 methylium メチリウム
CH3- 3 3 methanide  メタニド
CH22 2 methylene メチレン
・CH: 1 1 methylidyne メチリジン
CH5+ 5 5 methanium メタニウム
CH5- 5 5 methanuide メタヌイド

ここに挙げた化合物は原子価も配位数もさまざまだが、結合数としてはすべて 炭素の標準である4である。

つまり結合数とは、母体水素化物(上の例ではメタン)の原子価であり、 より正確にいえば、母体水素化物においてその原子が隣接する骨格原子との原子価結合の数と接合する水素原子の数の合計である。

結合数は命名に用いた母体骨格化合物で決めるため、何を母体にするかによって 変わる可能性がある。つまり結合数は、化合物に固有の値ではない。

一般には、問題がなければそれぞれの元素の基準結合数となるように選ぶ。基準結合数の原子に対してはλ表示は使わない(すなわち、λ表示は結合数が基準結合数と一致しない原子がある場合に限って用いられる)。

そのため、付加命名法(-ium, -uide, oxide, hydro-)や除去命名法(-yl、-ylium, -ide)を適用する場合は、原子価と結合数の値が異なる場合がある。

2 高配位化合物

例えば、Sulfolane スルホラン(下図)では母体の取り方に2種類ある。硫黄の結合数を2と見て Thiophene としても、 硫黄の結合数を6と見て 1λ6-Thiophene としても、 それぞれ命名が可能である。しかし修飾の仕方が異なる。前者では酸素原子を付加命名法で表現しているのに対し、後者では置換命名法の接頭辞 oxo(H2→ O=)を用いて表現している。

Tetrahydrothiophene 1,1-dioxide [IUPAC付加/CAS]
テトラヒドロチオフェン=1,1-ジオキシド
1,1-Dioxotetrahydro-1H-1λ6-thiophene [IUPACラムダ]
1,1-ジオキソテトラヒドロ-1H-1λ6-チオフェン
1H-1λ6-Thiophene [IUPACラムダ]
1H-6-チオフェン
※硫黄原子が二重結合に関与する異性体(2H-1λ6-Thiophene 2H-6-チオフェン、3H-1λ6-Thiophene 3H-6-チオフェン)と区別するために指示水素が必要である。

また、CASでは付加命名法をより一般的に用いる。ヘテロ原子の原子価を基準結合数としてもそのヘテロ環が構築できるなら(すなわち高原子価が環外結合によるならば)、そのヘテロ原子への H2の付加(同時に原子価が2上がる)を接頭辞 dihydro ジヒドロで、2箇所なら tetrahydro テトラヒドロで表す。
この場合もラムダ表記を用いないから結合数は基準結合数のまま変わらないことになる。

2,2,4,4,6,6-Hexachloro-1,3,5,2λ5,4λ5,6λ5-triazatriphosphinine [IUPAC]
2,2,4,4,6,6-ヘキサクロロ-1,3,5,2λ5,4λ5,6λ5-トリアザトリホスフィニン
2,2,4,4,6,6-Hexachloro-2,2,4,4,6,6-hexahydro-1,3,5,2,4,6-triazatriphosphorine [CAS]
2,2,4,4,6,6-ヘキサクロロ-2,2,4,4,6,6-ヘキサヒドロ-1,3,5,2,4,6-トリアザトリホスホリン

ただし、hydro接頭辞に対する位置番号に注意を払う必要がある。

1,3,5,2λ5,4λ5,6λ5-Triazatriphosphinine [IUPAC]
1,3,5,2λ5,4λ5,6λ5-トリアザトリホスフィニン
2,2,4,4,6,6-Hexahydro-1,3,5,2,4,6-triazatriphosphorine [CAS]
2,2,4,4,6,6-ヘキサヒドロ-1,3,5,2,4,6-トリアザトリホスホリン
1,3,5,2,4,6-Triazatriphosphinane [IUPAC]
1,3,5,2,4,6-トリアザトリホスフィナン
1,2,3,4,5,6-Hexahydro-1,3,5,2,4,6-triazatriphosphorine [CAS]
1,2,3,4,5,6-ヘキサヒドロ-1,3,5,2,4,6-トリアザトリホスホリン

3 イオン種

イオン種の場合も、やはり結合数に2通りの可能性がありうる。次の例では、従来法では骨格炭素をホスホニウム中心に置換するカチオン性代置接頭辞 "phosphonia"を用いて命名する。
一方、1993年のIUPAC規則では、5λ5の骨格から、接尾辞"-ylium"によって形式的にヒドリドイオンを除去して生成したと考えて命名する。これは、骨格原子間の結合の数が基準結合数(リンでは3)を超えているため、λで結合数を増加させる必要があると考えるからである。同様に、イオン中心元素が窒素である場合は、含窒素環式骨格のカチオンを参照。

5-Phosphaspiro[4.4]nonan-5-ylium [IUPAC 1993]
5-ホスファスピロ[4.4]ノナン-5-イリウム
5-Phosphoniaspiro[4.4]nonane [CAS, IUPAC 1979]
5-ホスホニアスピロ[4.4]ノナン

ただし

5-Phosphaspiro[4.4]nonane [IUPAC]
5-ホスファスピロ[4.4]ノナン

同様に、PF6-イオンも、リンの結合数を5とみれば、接尾辞 -uideを用いて、Hexafluoro-λ5-phosphanuide ヘキサフルオロ-λ5-ホスファヌイドと命名され、結合数を7とみれば、接尾辞 -ideを用いて、Hexafluoro-λ7-phosphanide ヘキサフルオロ-λ7-ホスファニドと命名される。

いずれにせよ配位命名法による Hexafluorophosphate(1-)(CAS 名)より分かりにくいと思われる。

リンの七価はあまりに形式的なので、それなら-uide を用いるのがよいのかもしれない。
ヘテロ環式化合物を配位命名法で命名する場合、キレート扱いとなるので、環構造が名称中に明示的には表現できない。接尾辞 -uide の知名度が上がるのを期待する。

4 不飽和環のカチオン

さらに複雑なのは不飽和へテロ単環 (Hantzsch-Widman命名法 による)またはヘテロ縮合環のカチオンの場合であろう。
これらの環系の名称の意味する構造は、集積(クムレン型)でない二重結合を最多数含む(mancude)ものと考えるからである。

中性のときより骨格結合(環外結合でない)が1本増える場合(酸素のような2価元素の場合や、窒素やホウ素のような3価元素が縮合部位にある場合)は、中性のときには二重結合に関与しないと考えていられたのが、カチオンになって原子価が上がったときには二重結合の数や位置が変わるのか中性のときと同じでいいのか検討する必要がある。

1979年のIUPAC規則ではこの点は不明確であった。中性化合物の名称に指示水素が必要なら、 その水素が脱離して非局在化カチオンを生成するので、接尾辞 -yliumを位置番号なしで添えても問題ないと考えていた。

1993年のIUPAC勧告では、azoniaなどの代置接頭辞を使うか、 さもなければλ表示の必要な高配位原子を持つ中性骨格を母体として、ヒドリド脱離を示す接尾辞 -yliumを用いて命名する。

CASでは接尾辞 -iumを用いてカチオンにしたあと対応する中性骨格をmancudeにすると考える。

細かいことはさておき、実例を参考にされるのがよいかと思う。方式を混同すると混乱しかねないので、どの体系に従うか決めてからでないと、誤解を招くかもしれない。

2-Methyl-1λ4,3-dioxol-1-ylium [IUPAC 1993]
2-メチル-1λ4,3-ジオキソール-1-イリウム
2-Methyl-1,3-dioxol-1-ium [CAS]
2-メチル-1,3-ジオキソール-1-イウム
2-Methyl-1,3-dioxolylium [IUPAC 1979]
2-メチル-1,3-ジオキソリリウム
5-Quinolizin-5-ylium [IUPAC 1993]
5-キノリジン-5-イリウム
4a-Azonianaphthalene [IUPAC]
4a-アゾニアナフタレン
Quinolizinium [CAS, IUPAC 1979]
キノリジニウム
Quinolizinylium [IUPAC 1979]
キノリジニリウム

参考文献

  1. IUPAC Commission on Nomenclature of Organic Chemistry, Treatment of Variable Valence in Organic Nomenclature (Lambda-Convention) (IUPAC Recommendations 1983). Pure Appl. Chem. 56, 769-778 (1984). [Lm]
  2. 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]
  3. CAS. Chemical Abstracts, Index Guide, 1992. Appendix IV, ¶¶158, 184.

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