Substituent - Substituent

Substituent je jeden nebo skupina atomů , která nahrazuje (jeden nebo více), vodíkové atomy na mateřskou řetězce jednoho uhlovodíku , čímž se stává skupina ve výsledném (nové) molekule . (V organické chemii a biochemii se termíny substituent a funkční skupina , stejně jako postranní řetězec a závěsná skupina používají téměř zaměnitelně k popisu těchto větví z rodičovské struktury, ačkoli v polymerní chemii se dělají určité rozdíly . V polymerech jsou postranní řetězce vyčnívají ze struktury páteře . V proteinech jsou postranní řetězce připojeny k alfa atomům uhlíku aminokyselinové páteře.)

Přípona -yl se používá při pojmenovávání organických sloučenin, které obsahují jednoduchou vazbu nahrazující jeden vodík; -yliden a -ylidyne jsou používány s dvojnými vazbami a trojných vazeb , resp. Kromě toho se při pojmenovávání uhlovodíků, které obsahují substituent, používají poziční čísla k označení, ke kterému atomu uhlíku se substituent váže, když je taková informace potřebná k rozlišení mezi izomery . Polární účinek vyvíjený substituentem je kombinací indukčního účinku a mesomerního efektu . Další sterické efekty vyplývají z objemu obsazeného substituentem.

Fráze nejvíce-substituované a alespoň substituované se často používají k popisu nebo porovnat molekuly, které jsou produkty z a chemické reakce . V této terminologii je metan používán jako reference pro srovnání. Použitím metanu jako reference lze pro každý atom vodíku, který je nahrazen nebo „substituován“ něčím jiným, říci, že je molekula více substituovaná. Například:

  • Markovnikovovo pravidlo předpovídá, že atom vodíku se přidá ke uhlíku funkční skupiny alkenu, která má větší počet atomů vodíku (méně alkylových substituentů).
  • Zaitsevovo pravidlo předpovídá, že hlavním reakčním produktem je alken s více substituovanou (stabilnější) dvojnou vazbou.

Nomenklatura

Přípona -yl se používá v organické chemii k názvům formě radikálů , a to buď samostatný druh (tzv volné radikály ), nebo chemicky vázány částí molekul (tzv skupiny ). Lze jej vysledovat až ke starému názvu metanolu , „methylenu“ (ze starověké řečtiny : μέθυ méthu , „víno“ a ὕλη húlē , „dřevo“, „les“), který se v názvech sloučenin zkrátil na „ methyl “, ze kterého se extrahoval -yl . Několik reforem chemické nomenklatury nakonec zobecnilo použití přípony na jiné organické substituenty.

Použití přípony je určeno počtem atomů vodíku, které substituent nahrazuje na základní sloučenině (a také obvykle na substituentu). Podle doporučení IUPAC z roku 1993 :

  • -yl znamená, že je nahrazen jeden vodík.
  • -yliden znamená, že dva vodíky jsou nahrazeny dvojnou vazbou mezi mateřským a substituentem.
  • - ylidyne znamená, že tři vodíky jsou nahrazeny trojnou vazbou mezi mateřským a substituentem.

S příponou -ylid ine se setkáváme sporadicky a zdá se, že jde o variantní hláskování „-ylidenu“; není to uvedeno v pokynech IUPAC.

Pro vícenásobné vazby stejného typu, které spojují substituent s rodičovskou skupinou , se používají předpony di- , tri- , tetra- atd.: -Diyl (dvě jednoduché vazby), -triyl (tři jednoduché vazby), -tetrayl (čtyři jednoduché vazby), -diyliden (dvě dvojné vazby).

Pro násobných vazeb různých typů, více přípony se přidá: - ylylidene (jeden jediný a jeden dvoulůžkový), -ylylidyne (jeden jediný a jednu trojnou), -diylylidene (dvě a jeden dvoulůžkový).

Název mateřské sloučeniny lze změnit dvěma způsoby:

  • U mnoha běžných sloučenin je substituent spojen na jednom konci (poloha 1) a v názvu není historicky číslován. IUPAC 2013 Pravidla však dělat vyžadují explicitní lokant pro většinu substituentů v doporučeně názvu IUPAC . Název substituentu je upraven odstraněním -ane (viz alkan ) a přidáním příslušné přípony. Toto je „doporučeno pouze pro nasycené acyklické a monocyklické uhlovodíkové substituční skupiny a pro mononukleární mateřské hydridy křemíku, germania, cínu, olova a boru“. Existuje -li tedy karboxylová kyselina zvaná „ kyselina X -kyselina“, alkohol s koncovkou „ X -anol“ (nebo „ X -ylalkohol “) nebo alkan nazvaný „ X -ane“, pak „ X -yl“ typicky označuje stejný uhlíkový řetězec postrádající tyto skupiny, ale modifikovaný připojením k nějaké jiné rodičovské molekule.
  • Obecnější metoda vynechává pouze koncové „e“ názvu substituentu, ale vyžaduje explicitní číslování každé předpony ylu , a to i v poloze 1 (kromě -ylidynu, který jako trojná vazba musí ukončit substituční uhlíkový řetězec). Pentan-1-yl je příkladem názvu této metody a je synonymem pro pentyl z předchozího pokynu.

Všimněte si toho, že některé populární termíny jako „ vinyl “ (když se používá pro označení „polyvinyl“) představují pouze část úplného chemického názvu.

Substituenty metanu

Podle výše uvedených pravidel má atom uhlíku v molekule, považovaný za substituent, následující názvy v závislosti na počtu vodíků, které jsou k němu vázány, a typu vazeb vytvořených se zbytkem molekuly:

CH
4
metan žádné vazby
- CH
3
methylová skupina nebo methanyl jedna jednoduchá vazba na nevodíkový atom
= CH
2
methylenová skupina nebo methanyliden nebo methyliden jedna dvojná vazba
- CH
2
-
methylenový můstek nebo methandiyl nebo methdiyl dvě jednoduché vazby
≡CH methanylidynová skupina nebo methylidyne jedno trojné pouto
= CH− skupina methinu nebo methanylyliden nebo methylyliden jedna jednoduchá vazba a jedna dvojná vazba
> CH− methantriylová skupina nebo methtriyl tři jednoduché vazby
≡C− methanylylidynová skupina nebo methylylidyne jedna trojná vazba a jedna jednoduchá vazba
= C = methandiylidenová skupina nebo methdiyliden dvě dvojné vazby
> C = methandiylylidenová skupina nebo methdiylylidenová skupina dvě jednoduché vazby a jedna dvojná vazba
> C < methantetraylová skupina nebo methtetrayl čtyři jednoduché vazby

Struktury

V chemickém strukturním vzorci , organický substituent, jako je methyl , ethyl , nebo aryl může být psáno jako R (nebo R 1 , R 2 , atd) Je obecný symbol je R odvozen od zbytek nebo zbytek , který může nahradit jakákoli část vzorce, jak autor považuje za vhodnou. První, kdo použil tento symbol, byl Charles Frédéric Gerhardt v roce 1844.

Symbol X se často používá k označení elektronegativních substituentů, jako jsou halogenidy .

Statistická distribuce

Jedna cheminformatická studie identifikovala 849 574 unikátních substituentů až do 12 nevodíkových atomů velkých a obsahujících pouze uhlík , vodík , dusík , kyslík , síru , fosfor , selen a halogeny v sadě 3 043 941 molekul. Padesát substituentů lze považovat za běžné, protože se nacházejí ve více než 1% této sady a 438 ve více než 0,1%. 64% substituentů se nachází pouze v jedné molekule. Prvních 5 nejběžnějších jsou methylové , fenylové , chlorové , methoxylové a hydroxylové substituenty. Celkový počet organických substituentů v organické chemii se odhaduje na 3,1 milionu, což vytváří celkem 6,7 × 10 23 molekul. Nekonečný počet substituentů lze získat jednoduše prodloužením délky uhlíkového řetězce. Například substituenty methyl (CH 3 ) a pentyl (-C 5 H 11 ).

Viz také

Reference