Nomenklatur (Chemie)

Unter Nomenklatur versteht man in der Chemie die möglichst systematische und international möglichst einheitliche Namensgebung für chemische Stoffe. Dabei gilt heute als wichtig, dass ein Verbindungsname eindeutig ist und nur zu einer einzigen Strukturformel führt. Die Bezeichnung „Ethanol“ bezeichnet beispielsweise nur die Verbindung CH₃-CH₂-OH und keine andere. Umgekehrt haben chemische Verbindungen aber keinen eindeutigen Namen, z. B. kann man die Verbindung CH₃-CH₂-OH nach verschiedenen Nomenklatursystemen sowohl als „Ethanol“ als auch als „Ethylalkohol“ bezeichnen.

Geschichte

Bis ins 18. Jahrhundert war die Bezeichnung chemischer Stoffe sehr uneinheitlich. Einen wichtigen Schritt in Richtung Systematisierung stellte 1787 das Buch Méthode de nomenclature chimique von Louis Bernard Guyton de Morveau, Antoine Laurent de Lavoisier, Claude Louis Berthollet und Antoine François de Fourcroy dar. Jöns Jakob Berzelius führte um 1825 die chemische Zeichensprache mit Buchstaben für chemische Elemente ein. 1860 schlug ein Komitee unter Leitung von Friedrich August Kekulé ein internationales Bezeichnungssystem für organische Verbindungen vor. 1919 wurde die International Union of Pure and Applied Chemistry (IUPAC) gegründet. Seitdem betrachtet sie die Festlegung internationaler Standards für die chemische Nomenklatur als ihre Hauptaufgabe.

Die IUPAC-Nomenklatur

Um die Bezeichnungsweisen für chemische Verbindungen zu vereinheitlichen, gibt es die als international verbindlich vereinbarten Richtlinien der IUPAC (International Union of Pure and Applied Chemistry) und der IUBMB (International Union of Biochemistry and Molecular Biology) sowie deren als Ausgleichskommission eingesetzte Joint Commission on Biochemical Nomenclature. Diese regeln den englischen Sprachgebrauch. Die Bezeichnungen in anderen Sprachen werden von den nationalen Chemikerverbänden entsprechend übertragen, z. B. im deutschsprachigen Raum durch die Gesellschaft Deutscher Chemiker (GDCh), Schweiz und Österreich. Auch die IUPAC selbst verwendet in ihren Elementlisten viele englische Namen statt der den Elementkürzeln zugrunde liegenden (z. B. Potassium, Sodium, Tungsten, Mercury). Die Bedürfnisse verschiedener Sprachen und sogar des Englischen selbst werden von der IUPAC ausdrücklich anerkannt. Besonders stringente Nomenklaturregelungen sind insbesondere für Index-Werke für chemische Stoffe wie Beilsteins Handbuch der Organischen Chemie und Chemical Abstracts bis vor kurzem notwendig gewesen, da deren System zur Auffindung von Einträgen bis zur Einführung elektronischer Recherche hauptsächlich danach erfolgte.

Da die systematische Bezeichnung von chemischen Verbindungen nach diesen Regeln oft sehr kompliziert ist, wird von den Chemikern im Alltagsgebrauch bis hin zu wissenschaftlichen Publikationen weiterhin eine große Anzahl von traditionellen Namen oder neu geschaffenen, anerkannten Kurznamen verwendet. Die IUPAC unterscheidet zwischen Trivialnamen, die keinen Bezug zur systematischen Nomenklatur haben (z. B. Wasser, Harnstoff oder Glaubersalz), semisystematischen Namen oder Semitrivialnamen, die zumindest einen Teil eines systematischen Namens verwenden (z. B. Kohlendioxid statt Kohlenstoffdioxid, Trityl für die Triphenylmethyl-Gruppe oder Glycerin für Propan-1,2,3-triol) und den bereits erwähnten systematischen Namen. Auch für die Erfindung neuer Trivialnamen, z. B. von neu entdeckten Naturstoffen, gibt es IUPAC-konforme Regeln.

Ferner herrschen bei den Elementnamen die nationalen Gewohnheiten vor, und selbst die IUPAC-Elementwurzeln entsprechen nicht durchgängig dem für die Formelkürzel maßgebenden Namen (Beispiel Hg = Hydrargyrum, dt. Quecksilber, IUPAC-Wurzel „mercur“ wie engl. mercury und lat. Mercurius).

Zahlenpräfixe in chemischen Namen

Falls eine Art von Atomen oder Atomgruppen in einem Molekül mehrfach vorkommt, wird die Anzahl durch ein entsprechendes Zahlenpräfix (Vorsilbe) angegeben, das von den griechischen Zahlwörtern abgeleitet ist und dem Namen des entsprechenden Atoms bzw. der entsprechenden Atomgruppe vorangestellt wird.

Anzahl Vorsilbe (Präfix) 1 mono- oder hen- 2 di 3 tri 4 tetra 5 penta 6 hexa 7 hepta 8 octa 9 nona 10 deca 11 undeca 12 dodeca 13 trideca 14 tetradeca usw.

Anzahl Vorsilbe (Präfix) 20 icosa 21 henicosa 22 docosa 23 tricosa 30 triaconta 40 tetraconta 50 pentaconta 60 hexaconta 70 heptaconta 80 octaconta 90 nonaconta

Anzahl Vorsilbe (Präfix) 100 hecta 101 henhecta 200 dicta 222 docosadicta 300 tricta 362 dohexacontatricta 400 tetracta 500 pentacta 600 hexacta 700 heptacta 800 octacta 900 nonacta 1000 kilia 2000 dilia 3000 trilia

Beispiele:

• P₄S₇ Tetraphosphorheptasulfid
• SO₃ Schwefeltrioxid
• CH₂Cl₂ Dichlormethan

Weglassen von Zahlenpräfixen

Bei Metallverbindungen nennt man nur die Wertigkeit bzw. Oxidationszahl, die das Metall in dieser Verbindung (Ionenbindung) besitzt. z. B.: CrO₃ Chrom(VI)-oxid, gelesen Chrom-sechs-oxid, anstatt Chromtrioxid. Die Wertigkeit bzw. Oxidationszahl wird dabei mit römischen Zahlen angegeben. Falls der Name einer Verbindung dadurch eindeutig bleibt, kann man die Wertigkeit auch weglassen. So gibt es z. B. nur ein einziges Oxid des Aluminiums, nämlich Al₂O₃, weshalb man statt Aluminium(III)-oxid auch einfach Aluminiumoxid schreiben kann.

Sehr oft wird die Vorsilbe mono- weggelassen, z. B. PH₃ = Phosphan (statt Monophosphan), obwohl es auch ein Diphosphan P₂H₄ gibt.

Alternative Zahlenpräfixe

Falls mehrere identische Gruppen vorhanden sind, bei denen die Verwendung der obigen Vorsilben missverständlich wäre, werden die folgenden aus dem griechischen hergeleiteten Präfixe verwendet:

Anzahl	Vorsilbe (Präfix)
2	bis
3	tris
4	tetrakis
5	pentakis
6	hexakis
usw.

Beispiele:

• Ca₅F(PO₄)₃ Pentacalciumfluoridtrisphosphat - Durch Verwendung der Vorsilbe tris ist sofort klar, dass es sich nicht um die Triphosphatgruppe [P₃O₁₀]⁵⁻ handelt, sondern um drei Phosphatgruppen [PO₄]³⁻.
• 5,6-Bis(1,1-dimethylpropyl)undecan - die Verwendung der Vorsilbe bis zeigt sofort, dass es sich hier um zwei identische 1,1-Dimethylpropyl-Substituenten handelt.

Für die direkte Verknüpfung von identischen Einheiten verwendet man die folgenden Vorsilben, welche von den lateinischen Zahlwörtern abgeleitet sind:

Anzahl	Vorsilbe (Präfix)
2	bi
3	ter
4	quater
5	quinque
6	sexi
7	septi
usw.

Beispiel:

• C₆H₅-C₆H₅ heißt Biphenyl (und nicht Diphenyl oder Bisphenyl).

Anorganische Chemie

Elementnamen und -symbole

Die Namen der chemischen Elemente werden von den Entdeckern festgelegt und sind hier aufgeführt. Für unbekannte oder neue Elemente, die noch keinen Namen erhalten haben, gibt es systematische Elementnamen, die sich von der Kernladungszahl ableiten. Eine systematische Anordnung der Elemente nach ihrer Elektronenkonfiguration bietet das Periodensystem der Elemente.

Für einige Elemente existieren alte deutsche Bezeichnungen, die in mehreren Revisionen von der IUPAC an die im englischsprachigen angepasst wurden. Dies betraf vor allem Elementnamen, in denen die Buchstaben k und z gegen c ausgetauscht wurden. Beispiele sind Kalzium – Calcium, Silizium – Silicium oder Kobalt – Cobalt. Aber auch einige andere Schreibweisen wie Jod, das zu Iod verändert wurde oder Wismut zu Bismut wurden geändert. Während in der Chemie überwiegend die neuen Bezeichnungen verwendet werden, werden in anderen Bereichen und im allgemeinen Sprachbereich vielfach noch die alten Namen genutzt.

Für jedes Element existiert ein Kürzel aus ein bis drei Buchstaben (Elementsymbol). Für die Haupt- und Nebengruppenelemente sind diese Symbole untenstehend aufgelistet. Die Elementsymbole sind international gültig, sie werden also beispielsweise auch auf Japanisch durch lateinische Buchstaben wiedergegeben.

Will man ein bestimmtes Isotop eines Elements bezeichnen, so stellt man dessen Massenzahl hochgestellt vor das Elementsymbol, zum Beispiel ¹²C für das Kohlenstoff-12-Isotop, ²³⁵U für Uran 235, etc. Eine Ausnahme bilden die schweren Isotope des Wasserstoffs, ²H (Deuterium) und ³H (Tritium), welche mit D bzw. T ein eigenes Elementsymbol besitzen.

Um Verbindungen von verschiedenen Elementen untereinander zu benennen, werden die Elementnamen teilweise abgewandelt und mit Nachsilben versehen. Dazu verwendet man die Elementwurzeln in der folgenden Tabelle, welche aus den lateinischen bzw. griechischen Elementnamen abgeleitet sind. So wird beispielsweise der Sauerstoff in der Verbindung Aluminiumoxid (Al₂O₃) durch seine Elementwurzel (ox) und die Endung -id angegeben.

Hauptgruppenelemente

Elementsymbol	Name	Wurzel
1. Hauptgruppe, Alkalimetalle
H	Wasserstoff	hydr
Li	Lithium	lith
Na	Natrium	natr
K	Kalium	kal
Rb	Rubidium	rubid
Cs	Caesium	caes
Fr	Francium	franc
2. Hauptgruppe, Erdalkalimetalle
Be	Beryllium	beryl
Mg	Magnesium	magnes
Ca	Calcium	calc
Sr	Strontium	stront
Ba	Barium	bar
Ra	Radium	rad
3. Hauptgruppe, Borgruppe oder Erdmetalle
B	Bor	bor
Al	Aluminium	alumin
Ga	Gallium	gall
In	Indium	ind
Tl	Thallium	thall
4. Hauptgruppe, Kohlenstoffgruppe
C	Kohlenstoff	carb (bei Carbonaten und Thiocarbonaten: carbon)
Si	Silicium	silic
Ge	Germanium	german
Sn	Zinn	stann
Pb	Blei	plumb
5. Hauptgruppe, Stickstoffgruppe
N	Stickstoff	nitr
P	Phosphor	phosph
As	Arsen	arsen
Sb	Antimon	antimon
Bi	Bismut	bismut
6. Hauptgruppe, Chalkogene
O	Sauerstoff	ox
S	Schwefel	sulf, auch: thio
Se	Selen	selen
Te	Tellur	tellur
Po	Polonium	polon
7. Hauptgruppe, Halogene
F	Fluor	fluor
Cl	Chlor	chlor
Br	Brom	brom
I	Iod	iod
At	Astat	astat
8. Hauptgruppe, Edelgase
He	Helium
Ne	Neon
Ar	Argon
Kr	Krypton
Xe	Xenon
Rn	Radon

Übergangselemente

Elementsymbol	Name	Wurzel
3. Nebengruppe
Sc	Scandium	scand
Y	Yttrium
La	Lanthan
4. Nebengruppe
Ti	Titan	titan
Zr	Zirconium	zircon
Hf	Hafnium	hafn
5. Nebengruppe
V	Vanadium	vanad
Nb	Niob	niob
Ta	Tantal	tantal
6. Nebengruppe
Cr	Chrom	chrom
Mo	Molybdän	molybd
W	Wolfram	wolfram, (auch: tungs)
7. Nebengruppe
Mn	Mangan	mangan
Tc	Technetium	techn
Re	Rhenium	rhen
8. Nebengruppe, Eisen- und Platinmetalle
Fe	Eisen	ferr
Co	Cobalt	cobalt
Ni	Nickel	niccol
Ru	Ruthenium	ruthen
Rh	Rhodium	rhod
Pd	Palladium	pallad
Os	Osmium	osm
Ir	Iridium	irid
Pt	Platin	platin
1. Nebengruppe, Münzmetalle
Cu	Kupfer	cupr
Ag	Silber	argent
Au	Gold	aur
2. Nebengruppe, Zinkgruppe
Zn	Zink	zinc
Cd	Cadmium	cadm
Hg	Quecksilber	mercur

Formeln von anorganischen Verbindungen

Beim Schreiben von Formeln von chemischen Verbindungen folgt man im Wesentlichen der Elektronegativitätsskala der chemischen Elemente. Man beginnt immer mit dem elektropositiveren Verbindungspartner, deshalb schreibt man etwa AgCl, Al₂O₃, PCl₅ und nicht umgekehrt.

Eine Ausnahme von dieser Regel sind die Wasserstoffverbindungen. Wasserstoffatome schreibt man in den Formeln an letzter Stelle (NH₃, SiH₄, etc.). Handelt es sich jedoch um aciden Wasserstoff (d. h. die Verbindung reagiert in wässriger Lösung sauer), so schreibt man den Wasserstoff am Anfang der Formel (HF, HCl, HBr, HI, H₂O, H₂O₂, H₂S, H₂Se, H₂Te). Bei der Benennung dieser Verbindungen wird beispielsweise neben dem Namen „Hydrogenfluorid“ für HF oder „Hydrogenchlorid“ für HCl auch der insbesondere im Labor wesentlich gebräuchlichere Name Fluorwasserstoff bzw. Chlorwasserstoff verwendet. Letztere sind aufgrund der eindeutigeren Bezeichnung insgesamt zu bevorzugen, da es sich bei diesen Verbindungen nicht um Salze mit den entsprechenden Anionen handelt, sondern aufgrund der hohen Elektronegativitätszahlen nur um stark partiell geladene Dipolverbindungen, in denen eine stark polare kovalente Bindung (Atombindung) vorliegt. Außerdem ist aufgrund der Eindeutigkeit bei der Benennung zu beachten, dass beispielsweise unter „Hydrogenfluorid“ Salze des Typs MHF bzw. MF×HF (mit M = einwertiges Metall) verstanden werden, somit ist Fluorwasserstoff bevorzugt zu verwenden. Auch bei anorganischen Oxosäuren schreibt man den Wasserstoff am Anfang der Formel, obwohl er eigentlich am Sauerstoff gebunden ist, also für Schwefelsäure zum Beispiel H₂SO₄ statt SO₂(OH)₂.

Kationen (auch nur formale) behalten grundsätzlich den Elementnamen. Anionen erhalten ihren Namen systematisch nach der Säure, von der sie abgeleitet werden, unabhängig davon, ob es sich tatsächlich um eine Ionenbindung oder kovalente Bindung handelt. Die Nomenklatur bei koordinativen Verbindungen, also Komplexen, funktioniert ein wenig komplizierter und wird dort genauer beschrieben.

Anionen der Wasserstoffsäuren (-id)

Die einfachsten Anionen sind die der Wasserstoffsäuren. Bei ihnen bleibt nach Abgabe des Protons das Elementanion zurück.

$\mathrm {HCl_{(aq)}\rightleftharpoons H_{(aq)}^{+}+Cl_{(aq)}^{-}}$

Diese Anionen bilden ihre Endung mit id an den Elementnamen angehängt. Die wichtigsten sind:

7. Hauptgruppe (Halogenide)

Fluorid (F⁻), Chlorid (Cl⁻), Bromid (Br⁻), Iodid (I⁻)
Beispiel:

• SF₆ Schwefelhexafluorid

6. Hauptgruppe

Oxid (O²⁻), Sulfid (S²⁻), Selenid (Se²⁻)
Beispiel:

• Na₂S Natriumsulfid

5. Hauptgruppe

Nitrid (N³⁻), Phosphid (P³⁻)
Beispiel:

• Na₃N Natriumnitrid

4. Hauptgruppe

kommen selten vor
Beispiel:

• SiC Siliciumcarbid

Sauerstoff- oder Oxosäuren und ihre Anionen

Alle Endungen außer „id“ sind auf Säuren zurückzuführen, die neben dem namensgebenden Element Sauerstoff enthalten. Da es eine große Menge dieser Verbindungen gibt, wird zunächst die Systematik erklärt und die einzelnen Säuren in einer Tabelle am Ende des Absatzes angegeben.

Elementsäuren (-at)

hier gilt allgemein:
7. Hauptgruppe:
Halogensäure HXO₃ z. B. Chlorsäure HClO₃ mit dem Anion Chlorat (ClO₃⁻)
6. Hauptgruppe:
Elementsäure H₂XO₄ z. B. Schwefelsäure H₂SO₄ mit dem Anion Sulfat (SO₄²⁻)
5. Hauptgruppe:
Elementsäure H₃XO₄ z. B. Phosphorsäure H₃PO₄ mit dem Anion Phosphat (PO₄³⁻); Ausnahme: Salpetersäure
4. Hauptgruppe:
Elementsäure H₂XO₃ z. B. Kohlensäure H₂CO₃ mit dem Anion Carbonat (CO₃²⁻)
3. Hauptgruppe:
Elementsäure H₃XO₃ z. B. Borsäure H₃BO₃ mit dem Anion Borat (BO₃³⁻)

Per-säuren (per…-at)

Diese Säuren haben zusätzlich ein Sauerstoffatom. Es gibt sie nicht von allen Sauerstoffsäuren, aber falls sie gebildet werden, erhöht sich die Oxidationsstufe des Elements gegenüber der Sauerstoffsäure. Hauptsächlich werden diese Säuren von den Halogenen gebildet:

7. Hauptgruppe:
Perhalogensäure HXO₄ z. B. Perchlorsäure HClO₄ mit dem Anion Perchlorat (ClO₄⁻)

„Elementige“ Säuren (-it)

Diese Säuren haben ein Sauerstoffatom weniger als die Elementsäuren. z. B. Salpetrige Säure HNO₂ mit dem Anion Nitrit (NO₂⁻), Chlorige Säure HClO₂ mit dem Anion Chlorit (ClO₂⁻), Schweflige Säure H₂SO₃ mit den Anionen Hydrogensulfit (HSO₃⁻) und Sulfit (SO₃²⁻).

„Hypoelementige“ Säuren (hypo…-it)

Diese Säuren haben zwei Sauerstoffatome weniger als die Elementsäuren, z. B. Hypochlorige Säure HClO mit dem Anion Hypochlorit (ClO⁻).

Mehrere Oxidationsstufen des elektropositiven Partners

Existieren mehrere Oxidationsstufen für ein Metallatom, so wird die in einer Verbindung vorliegende Oxidationsstufe durch eine nachgestellte, in Klammern gesetzte, römische Ziffer angegeben. Beispielsweise Eisen(II)-oxid = FeO oder Eisen(III)-oxid = Fe₂O₃

Komplexe Anionen

Es gibt auch Richtlinien für die Benennung von Komplexen, die im Artikel Komplexchemie erläutert werden.

Radikale

Zur Benennung des Radikals wird dem Stammnamen die Endung -yl angehängt. Dies gilt sowohl in der organischen wie auch in der anorganischen Chemie.

Beispiele: HO^•: Hydroxyl (Stamm: Hydrox-) und ^•CH₃: Methyl (Stamm: Meth-)

Einige Radikale haben, besonders bei den Sauerstoffverbindungen, spezielle Namen.

Salzhydrate

Einteilung nach der Struktur

Liste von Oxosäuren und -anionen

Organische Chemie

Für die Benennung von organischen Verbindungen nach dem IUPAC-System geht man üblicherweise von einem Stammsystem aus, das unter Umständen weitere Substituenten (Reste) trägt. Ein Substituent ist dabei ein Atom oder eine Atomkombination, welche ein Wasserstoffatom des Stammsystems ersetzt (substituiert). Für die Benennung der Verbindung wird der Name des Stammsystems unverändert übernommen und die Namen der substituierenden Gruppen werden dem Stammsystem in abgewandelter Form angefügt (substitutive Nomenklatur).

Als Ergänzung zum Stammsystem wird bei entsprechenden Verbindungen ein Deskriptor genannter Präfix vor dem systematischen Substanznamen ergänzt (z. B. cis-, trans-, (E)-, (Z)-, o-, m-, p-, n-, iso-, neo-, cyclo-, sec-, tert-, D-, L-, (±)-), der die Konfiguration oder die Stereochemie des Moleküls beschreibt. Häufig werden Deskriptoren in Kombination mit Lokanten (z. B. O-, N-, S-, α-, β-, [3.3]) zur genauen Beschreibung bestimmter Positionen von Atomen oder Bindungen verwendet, um eine chemische Struktur eindeutig zu benennen.

Stammsysteme

Lineare Ketten

Die einfachsten Stammsysteme sind lineare Ketten aus Kohlenstoffatomen, bei denen alle übrigen Bindungen mit Wasserstoffatomen gesättigt sind. Solche gesättigte Kohlenwasserstoffe nennt man Alkane, sie erhalten die Endung -an. Für die vier kleinsten Alkane werden die Namen Methan, Ethan, Propan und Butan beibehalten, für die übrigen Alkane ergibt sich der genaue Name der Verbindung nach der folgenden Tabelle aus der Anzahl der Kohlenstoffatome. Man kombiniert das Zahlwort der ersten Dekade mit den Zahlwörtern für die folgenden Dekaden. Am Ende folgt ein n, sodass man die Alkan-typische Endung -an erhält.

1	Hen		10	Deca		100	Hecta		1000	Kilia
2	Do		20	Cosa		200	Dicta		2000	Dilia
3	Tri		30	Triaconta		300	Tricta		3000	Trilia
4	Tetra		40	Tetraconta		400	Tetracta		4000	Tetralia
5	Penta		50	Pentaconta		500	Pentacta		5000	Pentalia
6	Hexa		60	Hexaconta		600	Hexacta		6000	Hexalia
7	Hepta		70	Heptaconta		700	Heptacta		7000	Heptalia
8	Octa		80	Octaconta		800	Octacta		8000	Octalia
9	Nona		90	Nonaconta		900	Nonacta		9000	Nonalia

Beispiele:

• C₃₂H₆₆ = Dotriacontan (Do + Triaconta + n)
• C₉₉H₂₀₀ = Nonanonacontan (Nona + Nonaconta + n)
• C₄₀₃H₈₀₈ = Tritetractan (Tri + Tetracta + n)
• C₄₇₂₈H₉₄₅₈ = Octacosaheptactatetralian (Octa + Cosa + Heptacta + Tetralia + n)
• C₉₉₉₉H₂₀₀₀₀ = Nonanonacontanonactanonalian (Nona + Nonaconta + Nonacta + nonalia + n)

Ausnahmen von der Benennung nach der obigen Tabelle gibt es bei:

Anzahl der C-Atome	Verbindung	Name
1	CH4	Methan
2	C2H6	Ethan
3	C3H8	Propan
4	C4H10	Butan
11	C11H24	Undecan
20	C20H42	Icosan
21	C21H44	Henicosan

Falls eine Doppelbindung in der Verbindung vorhanden ist, spricht man von Alkenen und verwendet statt der Endung -an die Endung -en. Die Position der Doppelbindung wird durch eine Nummer angegeben siehe unten bei Nummerierung, z. B.

• CH₂=CH-CH₂-CH₃ heißt But-1-en (früher 1-Buten),
• CH₃-CH=CH-CH₃ heißt But-2-en.

Bei Ketten, die eine Dreifachbindung enthalten (= Alkinen), wird die Endung -in verwendet, z. B.

• CH≡C-CH₂-CH₃ heißt But-1-in (früher 1-Butin),
• CH₂=CH-CH₂-C≡C-CH₂-CH₃ heißt Hept-1-en-4-in.

Falls mehrere Doppel- oder Dreifachbindungen vorkommen, verwendet man die multiplizierenden Vorsilben di, tri, tetra, penta, hexa, hepta, …

• CH₂=CH-CH=CH₂ heißt also Buta-1,3-dien,
• CH≡C-C≡C-C≡C-CH₃ heißt Hepta-1,3,5-triin.

Bestimmung der Hauptkette bei verzweigten acyclischen Kohlenwasserstoffen

Die Hauptkette (Stammsystem) ist jene Kette, welche

1. die größte Zahl an Mehrfachbindungen enthält
2. bei Mehrdeutigkeit von (1): die größere Zahl von C-Atomen enthält
3. bei Mehrdeutigkeit von (2): die größere Zahl von Doppelbindungen enthält
4. bei Mehrdeutigkeit von (3): den niedrigsten Lokantensatz für die Mehrfachbindungen hat.
5. bei Mehrdeutigkeit von (4): den niedrigsten Lokantensatz für die Doppelbindungen hat.
6. bei Mehrdeutigkeit von (5): die größere Zahl von Substituenten hat.
7. bei Mehrdeutigkeit von (6): den niedrigsten Lokantensatz für die Substituenten hat.
8. bei Mehrdeutigkeit von (7): den alphabetisch geordnet ersten Substituenten hat.
9. bei Mehrdeutigkeit von (8): den niedrigsten Lokanten für den alphabetisch ersten Substituenten hat.

Hinweis zum Lokantensatz:

Ein Lokantensatz ist die Aufzählung der Lokanten wie z. B. 2,4 im 2,4-Dimethyl-heptan. Der „niedrigste Lokantensatz“ bedeutet nun nicht die kleinste Summe der Lokanten, vielmehr vergleicht man die Lokanten der Reihe nach. Der kleinste Lokantensatz ist der, der an der ersten unterscheidbaren Stelle den kleineren Lokanten aufweist.

Cyclische Systeme ohne Heteroatome

Bei cyclischen Systemen ist im Allgemeinen ein Cyclus das Stammsystem.

Monocyclische Systeme

Falls es sich um eine monocyclische Verbindung handelt, erfolgt die Benennung wie bei linearen Ketten, und zusätzlich wird die Vorsilbe Cyclo- vorangestellt, also z. B. Cyclohexan. Für Benzol wird der Trivialname beibehalten.

Monocyclische Verbindungen mit mehr als sechs C-Atomen, die die maximale Anzahl nichtkumulierter Doppelbindungen aufweisen, können als (n)-Annulene bezeichnet werden (n = Anzahl der C-Atome).

Cyclische Systeme werden bevorzugt nach dem Hantzsch-Widman-System bezeichnet.

Kondensierte polycyclische Systeme

Bei kondensierten polycyclischen Kohlenwasserstoffen (d. h. die einzelnen Ringe sind jeweils über genau eine gemeinsame Bindung verknüpft) ist jene Komponente das Basissystem, welche

• die meisten Ringe aufweist
• den größten Ring aufweist

Dabei werden folgende Polycyclen als eigene Systeme aufgefasst (in ansteigender Priorität, in Klammern die Anzahl der Ringe):

Pentalen (2), Inden (2), Naphthalin (2), Azulen (2), Heptalen (2), Biphenylen (3), as-Indacen (3), s-Indacen (3), Acenaphthylen (3), Fluoren (3), Phenalen (3), Phenanthren (3), Anthracen (3), Fluoranthen (4), Acephenanthrylen (4), Aceanthrylen (4), Triphenylen (4), Pyren (4), Chrysen (4), Naphthacen (4), Pleiaden (Chemie) (4), Picen (5), Perylen (5), Pentaphen (5), Pentacen (5), Tetraphenylen (5), Hexaphen (6), Hexacen (6), Rubicen (7), Coronen (7), Trinaphthylen (7), Heptaphen (7), Heptacen (7), Pyranthren (8), Ovalen (10).

Alle übrigen Ringe werden als Vorsilben vorangestellt, wobei die Endsilbe -en in -eno umgewandelt wird (z. B. Benzocycloocten). Die Art der Verknüpfung wird durch Zahlen und Buchstaben angegeben, was aber hier nicht näher erläutert werden soll.

Zur Benennung von gesättigten oder teilweise gesättigten Derivaten der oben angeführten Polycyclen gibt es die Möglichkeit, beim Wegfallen einer Doppelbindung die beiden zusätzlichen Wasserstoffatome durch die Positionsnummern und die Vorsilbe dihydro- anzuzeigen. Analog gibt es tetrahydro-, hexahydro- usw. Vollständig gesättigte Systeme erhalten die Vorsilbe perhydro-. Einzelne Wasserstoffatome werden durch das sogenannte indizierte H angegeben, welches in kursiver Schrift vorangestellt wird (z. B. 4H-Pyrazol).

Cyclophane können nach den gleichen Regeln benannt werden, obwohl es für diese auch eine eigene Nomenklatur gibt.

Verbrückte polycyclische Systeme

Bei verbrückten polycyclischen Kohlenwasserstoffen (d. h. die einzelnen Ringe sind jeweils über mehr als eine gemeinsame Bindung verknüpft) wird das von-Baeyer-System verwendet.

Spiroverbindungen

In Spiroverbindungen sind die Ringe über ein gemeinsames Atom verbunden.
Nomenklatur: Substituenten-spiro[Anzahl Atome im kleineren Ring . Anzahl Atome im grössern Ring]Stammname (Ringgrösse wird ohne Spiro-Atom angegeben). Beispiel: 1-Brom-3-chlor-spiro[4.5]decan-7-ol.

Kompliziertere Systeme

Die Entscheidung, was nun als Stammsystem betrachtet wird, ist bei komplizierteren Verbindungen nicht mehr ganz einfach.

Heterocyclen

Sofern keine Trivialnamen vorliegen, benennt man monocyclische Heterocyclen mit bis zu 10 Ringgliedern meist nach dem Hantzsch-Widman-System.

Bei kondensierten Polycyclen haben Heterocyclen Vorrang gegenüber Carbocyclen (= Ringen, die nur aus Kohlenstoffatomen bestehen). Auch für Heterocyclen gibt es dabei Systeme mit Trivialnamen, welche als eigene Stammsysteme aufgefasst werden (ohne Reihung und unvollständig):

• O-haltige Verbindungen: Furan, Xanthen, …
• N-haltige Verbindungen: Pyrrol, Imidazol, Pyrazol, …

Ansonsten folgt die Benennung von Heterocyclen weitgehend den oben angeführten Regeln für cyclische Systeme ohne Heteroatome. Die Art und Position der Heteroatome wird dann mit Hilfe der Austauschnomenklatur oder „a“-Nomenklatur angegeben.

Substituenten (Reste)

Ein Substituent kann z. B. eine funktionelle Gruppe sein, oder wiederum ein (kleineres) Stammsystem, etwa eine Seitenkette. Die Bezeichnungen für Substituenten werden dem Namen des Stammsystems als Vorsilben (Präfixe) oder Endungen (Suffixe) angefügt. Die genaue Position des Substituenten wird durch Ziffern präzisiert (siehe unten bei Nummerierung).

Falls es mehrere Vorsilben (Präfixe) gibt, werden diese in alphabetischer Reihenfolge aufgelistet.

Stammsysteme als Substituenten

Falls es sich beim Rest wiederum um ein Stammsystem handelt, zum Beispiel eine Seitenkette oder einen Ring, so wird an dessen Namen die Silbe -yl angehängt und das Ergebnis als Vorsilbe (Präfix) vorangestellt. Die Benennung von Seitenketten erfolgt nach den gleichen Regeln wie für die Grundkette, bis auf folgende Ausnahmen:

• bei Alkanen wird die Endung -an weggelassen
• die Nummerierung der Seitenkette startet immer bei der Verknüpfung mit der Hauptkette

Beispiele:

• Methyl: -CH₃
• Ethyl: -CH₂-CH₃
• Ethinyl: -C≡CH
• Prop-2-enyl (Allyl): -CH₂-CH=CH₂
• Cyclohexyl: -C₆H₁₁

Wenn man beispielsweise an die Verbindung Propan (CH₃-CH₂-CH₃) in der Mitte noch einen Methanbaustein anhängt, heißt die entstehende Verbindung CH₃-CH(CH₃)-CH₃ dann 2-Methylpropan. Die Verbindung CH₃-CH₂-CH(CH₃)-CH₂-CH(CH₂CH₃)-CH₂-CH₃ heißt 3-Ethyl-5-methylheptan.

Seitenketten mit Doppelverbindung zur Grundkette erhalten die Endung -ylen (Methylen: =CH₂), bei einer Dreifachverbindung -ylidin (Methylidin: ≡CH).

Funktionelle Gruppen

Die ranghöchste funktionelle Gruppe wird als Endung (Suffix) hinten angestellt, übrige funktionelle Gruppen als Vorsilben (Präfixe) vorangestellt:

• CH₃-CH(OH)-CH₃ heißt Propan-2-ol
• CH₃-CH₂-CH₂-C(OOH) heißt Butansäure
• CH₃-CH(OH)-CH₂-CH(NH₂)-CH₂-CH₃ hat zwei funktionelle Gruppen. Der Alkohol hat höhere Priorität, deshalb heißt die Verbindung 4-Amino-2-hexanol.

Für die Bezeichnungen einzelner funktioneller Gruppen und ihre Rangfolge siehe das Stichwort Funktionelle Gruppe.

Trivialnamen

Für manche Substituenten gibt es Trivialnamen, welche z. T. auch verbindlich sind, wie z. B.:

• Phenyl: -C₆H₅
• Benzyl: -CH₂-C₆H₅
• Isopropyl: -CH-(CH₃)₂
• Vinyl: -CH=CH₂
• u. v. m.

Nummerierung

Die Nummerierung des Stammsystems erfolgt so, dass die erhaltenen Nummern möglichst klein sind. CH₃-CH₂-CH₂-CH(CH₃)-CH₃ heißt also 2-Methylpentan und nicht 4-Methylpentan.

Falls es nur eine mögliche Kombination gibt, können die Nummern weggelassen werden (z. B. 2-Methylpropan = Methylpropan, da es kein anderes Methylpropan gibt).

Falls Seitenketten nummeriert werden müssen, ist die Verbindungsstelle zur Hauptkette immer die Position 1.

Für natürlich vorkommende Derivate des Glycerins gilt für die Nummerierung der C-Atome nach IUPAC die sn-Nomenklatur.

Bei kondensierten polycyclischen Systemen existieren ggf. verbindliche Nummerierungsschemata, die jeweils nachgeschlagen werden müssen (siehe z. B. Steran-Grundgerüst).

Die Positionsnummern werden Lokanten genannt.

Mehrfach vorkommende Substituenten

Für mehrfach vorkommende gleiche Gruppen werden die multiplizierenden Vorsilben di, tri, tetra, penta, hexa, hepta, … (siehe oben) verwendet:

• ein Benzolring mit drei Methylgruppen an den Positionen 1, 3 und 5 heißt 1,3,5-Trimethylbenzol,
• ein Methan mit vier Chloratomen heißt Tetrachlormethan.
• ein Ether mit zwei Ethylgruppen heißt Diethylether usw.

Falls die Verwendung von di, tri, tetra usw. missverständlich wäre, etwa bei identischen weitersubstituierten Seitenketten, muss man wie oben beschrieben die entsprechenden alternativen Vorsilben bis, tris, tetrakis usw. verwenden. Für direkt verknüpfte identische Einheiten sind die Vorsilben bi, ter, quater usw. in Verwendung.

Beispiel

Nach IUPAC-Nomenklatur muss zum Beispiel die Verbindung

NH₂-CH₂-CH₂-OH

den Namen 2-Aminoethanol erhalten.

Auf folgende Weise gelangt man zu diesem Namen:

1. Da die Kohlenstoffatome nur Einfachbindungen aufweisen, erhält die Wurzel als erste Endung „an“.
2. Die Grundkette enthält zwei Kohlenstoffatome; damit ergibt sich die Wurzel „eth“. (→ „ethan“)
3. Als funktionelle Gruppen sind enthalten eine Alkohol-(OH) und eine Aminogruppe (NH₂). Die Alkoholgruppe hat die höhere Priorität und erhält Vorrang vor der Aminogruppe. Also wird „ol“ hinten angehängt. (→ „ethanol“)
4. Die Aminogruppe befindet sich nicht am selben Kohlenstoffatom wie die Alkoholgruppe (Atom Nr. 1), sondern an dem daneben (Nr. 2). Deshalb wird der Ort angegeben durch „2-Amino“.
5. Die Kombination von Vorsilbe, Wurzel und Endungen ergibt den Namen „2-Aminoethanol“.

Stereochemie

Chirale Verbindungen

Zur Unterscheidung von chiralen Verbindungen gibt es die kursiv geschriebenen Vorsilben (R)- und (S)-. Ihre Verwendung wird durch die Cahn-Ingold-Prelog-Regel (CIP-Regel) und ihre Nebenregeln festgelegt. Wenn eine chirale Verbindung als 1:1.Gemisch der Enantiomeren vorliegt – also ein Racemat ist – benutzt man die Vorsilbe (RS)-. Wenn ein Stereozentrum in einer chiralen Verbindung einheitlich vorliegt, aber aus irgendwelchen Gründen die Konfiguration (R)- oder (S)- unklar ist, benutzt man als Vorsilbe (Ξ)- (griechischer Buchstabe Xi).

Bei biochemischen Substanzen wie Kohlenhydraten und Aminosäuren wird auch noch häufig die Fischer-Nomenklatur verwendet, welche die Vorsilben D- und L- verwendet (wobei D und L als Kapitälchen geschrieben werden).

Zur Unterscheidung des Drehsinns bei optisch aktiven Verbindungen verwendet man die Vorsilben (+)- und (−)-, wobei kein Zusammenhang zwischen der optischen Aktivität (Drehsinn) und der „Richtung“ Chiralität besteht.

Es sei darauf hingewiesen, dass sich die unterschiedlichen Bezeichnungsweisen (R, S bzw. D, L und +, −) nach den verschiedenen Nomenklaturarten nicht von den jeweils anderen Bezeichnungen ableiten lassen. Zur systematischen Bezeichnung von Verbindungen mit mehreren Chiralitätszentren eignen sich nur die CIP-Regeln, wobei die Fischer-Nomenklatur beispielsweise für Zucker wesentlich kompakter ist.

cis-trans-Isomere

Bei der cis-trans-Isomerie unterscheidet man bei der Nomenklatur zwischen Verbindungen, die nur zwei verschiedene Substituenten haben, und Verbindungen mit mehr als zwei. Erstere werden mit den kursiv geschriebenen Vorsilben cis- oder trans- gekennzeichnet. cis-Doppelbindungen werden meist – aber nicht durchgängig – nach IUPAC mit einem vorangestellten, kursiven (Z) („Zusammen“) und trans-Doppelbindungen mit einem (E) („Entgegengesetzt“) gekennzeichnet. Genau genommen stehen bei einem (Z)-Isomer jene zwei Substituenten an benachbarten Atomen einer Doppelbindung auf derselben Seite des Moleküls, die die höchste Priorität im Cahn-Ingold-Prelog-System haben, beim (E)-Isomer stehen die Substituenten mit der höchsten CIP-Priorität also auf entgegengesetzten Seiten des Moleküls.

Links ist das trans-1,2-Dibromethen, rechts die cis-Version dargestellt. Auch kann man hier die (E,Z)-Nomenklatur anwenden, trans-1,2-Dibromethen wird als (E)-1,2-Dibromethen, "cis" als (Z)-1,2-Dibromethen bezeichnet.

Auch hier am Ring sind die beiden Bromatome in trans- (links) und cis-Stellung („Zusammen“ auf einer Seite) dargestellt.

Das ist ein (Z)-3-Methylpent-2-en, da die ranghöheren Substituenten (siehe Stereochemie) auf einer Seite liegen.

Anomere

Bei Kohlenhydraten unterscheidet man Anomere durch die kursiven Vorsilben α- bzw. β-.

Biochemie

Für die Nomenklatur von Enzymen gibt es gemeinsame Richtlinien der IUPAC und der IUBMB (International Union of Biochemistry and Molecular Biology). Nach dieser Nomenklatur enden Enzymnamen mit -ase und enthalten eine Information über die Funktion des Enzyms. Details unter dem Stichwort Enzym und auf der Website der IUBMB.

Außerdem wurde ein Codesystem (siehe EC-Nummern) entwickelt, in dem die Enzyme unter einem Zahlencode aus vier Ziffern zu finden sind.

Für Nukleinsäuren gilt die Nukleinsäure-Nomenklatur.

Chemische Nomenklatur außerhalb der IUPAC-Vorschriften

• Für Kunststoff-Bezeichnungen gibt es durch eine DIN-Norm festgelegte Kurzzeichen.
• Für Lebensmittelzusatzstoffe gibt es das System der E-Nummern.

Literatur

• IUPAC, Gerlinde Kruse (Hrsg.): Nomenklatur der Organischen Chemie – Eine Einführung. 1. Auflage. Wiley-VCH, Weinheim 1997, ISBN 3-527-29327-2.
• Karl-Heinz Hellwich: Chemische Nomenklatur. GOVI-Verlag, ISBN 3-7741-0815-3.
• D. Hellwinkel: Die systematische Nomenklatur der organischen Chemie. Eine Gebrauchsanweisung. 5., korr., erw. u. erg. Auflage. Springer, Berlin 2005, ISBN 3-540-26411-6.
• Wolfgang Holland: Die Nomenklatur in der organischen Chemie. VEB Deutscher Verlag für Grundstoffindustrie, Leipzig 1973, DNB 730400123.
• Philipp Fresenius, Klaus Görlitzer: Organisch-chemische Nomenklatur: Grundlagen·Regeln·Beispiele. 4. durchgesehene und erweiterte Auflage. Wissenschaftliche Verlagsgesellschaft, Stuttgart 1998, ISBN 3-8047-1588-5.
• Ursula Bünzli-Trepp: Nomenklatur der Organischen Chemie, Metallorganischen Chemie und Koordinationschemie. Logos Verlag, Berlin 2001, ISBN 3-89722-682-0.
• Wolfgang Liebscher: Handbuch zur Anwendung der Nomenklatur organisch-chemischer Verbindungen. Akademie-Verlag, Berlin 1979, DNB 790313952.
• Wolfgang Liebscher, Ekkehard Fluck (Hrsg.): Die systematische Nomenklatur der anorganischen Chemie. Springer-Verlag, 2013, ISBN 9783642583681, doi:10.1007/978-3-642-58368-1, 388 Seiten.

Weblinks

• Nomenklatur (PDF des Instituts für Analytische Chemie der Uni Regensburg; 55 kB)

englisch

• IUPAC Website (englisch)
• IUBMB Website (englisch)
• IUPAC Recommendations on Organic & Biochemical Nomenclature, Symbols & Terminology etc. (englisch)
• IUPAC-Regeln zur Nomenklatur in der organischen Chemie (englisch)
• IUPAC-Nomenklatur in der Stereochemie (englisch)
• Vergleich von mit Nomenklatursoftware generierten mit von Autoren veröffentlichten chemischen Namen. Gernot A. Eller: Improving the Quality of Published Chemical Names with Nomenclature Software. In: Molecules. 2006, 11, S. 915-928 (Onlineartikel auf Englisch) (PDF; 103 kB)