заместитель

Набор атомов, заменивший атомы водорода в родительской цепи углеводорода.

В органической химии заместитель — это один или группа атомов , которые заменяют (один или несколько) атомов, тем самым становясь частью образующейся (новой) молекулы . ^[1] (В органической химии и биохимии термины «заместитель » и «функциональная группа» , а также боковая цепь и боковая группа используются почти как взаимозаменяемые для описания этих ответвлений исходной структуры, ^[2] хотя в химии полимеров проводятся определенные различия. ^[3] В полимерах боковые цепи отходят от основной цепи. В белках боковые цепи присоединены к альфа-атомам углерода основной цепи аминокислоты . )

Суффикс -ил используется при названии органических соединений , содержащих одинарную связь , заменяющую один водород; -илиден и -илидин используются с двойными и тройными связями соответственно. Кроме того, при названии углеводородов, содержащих заместитель, используются позиционные номера, чтобы указать, к какому атому углерода присоединен заместитель, когда такая информация необходима для различения изомеров . Заместители могут представлять собой комбинацию индуктивного эффекта и мезомерного эффекта . Такие эффекты также описываются как электронобогащенные и электроноакцепторные . Дополнительные стерические эффекты обусловлены объемом, занимаемым заместителем.

Фразы наиболее замещенный и наименее замещенный часто используются для описания или сравнения молекул, которые являются продуктами химической реакции . В этой терминологии метан используется в качестве эталона для сравнения. Используя метан в качестве эталона, можно сказать, что для каждого атома водорода, который заменен или «замещен» чем-то другим, молекула является более сильно замещенной. Например:

• Правило Марковникова предсказывает, что атом водорода присоединяется к углероду алкеновой функциональной группы, которая имеет большее число атомов водорода (меньшее количество алкильных заместителей).
• Правило Зайцева предсказывает, что основным продуктом реакции является алкен с более сильно замещенной (более стабильной) двойной связью.

Номенклатура

Суффикс -ил используется в органической химии для образования названий радикалов , либо отдельных видов (называемых свободными радикалами ), либо химически связанных частей молекул (называемых фрагментами ) . Его можно проследить до старого названия метанола , «метилен» (от древнегреческого : μέθυ méthu , «вино» и ὕλη húlē , ^[4] « дерево», «лес » ), которое в названия соединений, из которых был выделен -ил . Несколько реформ химической номенклатуры в конечном итоге распространили использование этого суффикса на другие органические заместители.

Использование суффикса определяется количеством атомов водорода, которые заместитель замещает в исходном соединении (а также, обычно, в заместителе). Согласно рекомендациям ИЮПАК 1993 г .: ^[5]

• -ил означает, что один водород заменен.
• -илиден означает, что два атома водорода заменены двойной связью между родительским элементом и заместителем.
• -илидин означает , что три атома водорода заменены тройной связью между родителем и заместителем.

Суффикс -илидин встречается спорадически и, по-видимому, является вариантом написания слова «-илиден» ; ^[6] он не упоминается в рекомендациях ИЮПАК.

Для кратных однотипных связей, связывающих заместитель с материнской группой, используются инфиксы -ди- , -три- , -тетра- и т. д.: -диил (две одинарные связи), -триил (три одинарные связи). связи), -тетраил (четыре одинарные связи), -диилиден (две двойные связи).

Для кратных связей разных типов объединяются несколько суффиксов : -илилиден ( одинарный и один двойной), -илилидин (одинарный и один тройной), -диилиден (два одинарных и один двойной).

Имя родительского соединения можно изменить двумя способами:

• Для многих распространенных соединений заместитель связан на одном конце (положение 1) и исторически не пронумерован в названии. Однако правила IUPAC 2013 ^[7] требуют явного указания локанта для большинства заместителей в предпочтительном названии IUPAC . Имя заместителя модифицируется путем удаления -ана (см. алкан ) и добавления соответствующего суффикса. Это «рекомендуется только для насыщенных ациклических и моноциклических углеводородных заместителей, а также для моноядерных исходных гидридов кремния, германия, олова, свинца и бора». Таким образом, если существует карбоновая кислота , называемая « X -ic acid», спирт , оканчивающийся « X -анол» (или « X -иловый спирт»), или алкан, называемый « X -ан», то « X -ил». обычно обозначает ту же углеродную цепь, лишенную этих групп, но модифицированную путем присоединения к какой-либо другой родительской молекуле.
• Более общий метод опускает только концевую букву «е» в названии заместителя, но требует явной нумерации каждого префикса ил , даже в положении 1 (за исключением -илидина, который в качестве тройной связи должен обрывать углеродную цепь заместителя). Пентан-1-ил является примером названия этого метода и является синонимом пентила из предыдущего руководства.

Обратите внимание, что некоторые популярные термины, такие как « винил » (когда они используются для обозначения «поливинил»), представляют собой лишь часть полного химического названия.

Заместители метана

Согласно приведенным правилам, атом углерода в молекуле, рассматриваемый как заместитель, имеет следующие названия в зависимости от числа связанных с ним атомов водорода и типа связей, образующихся с остатком молекулы:

Обозначения

В химической структурной формуле органический заместитель, такой как метил , этил или арил , может быть записан как R (или R ¹ , R ² и т. д.). Это общий заполнитель, R, полученный из радикала или остатка , который может заменять любую часть формулы по усмотрению автора. Первым, кто использовал этот символ, был Шарль Фредерик Герхардт в 1844 году. ^[8]

Символ X часто используется для обозначения электроотрицательных заместителей, таких как галогениды . ^{[9] [10]}

Статистическое распределение

Одно исследование хемоинформатики выявило 849 574 уникальных заместителя размером до 12 неводородных атомов, содержащих только углерод , водород , азот , кислород , серу , фосфор , селен и галогены в наборе из 3 043 941 молекулы. Пятьдесят заместителей можно считать общими, поскольку они встречаются более чем в 1% этого набора, а 438 — более чем в 0,1%. 64% заместителей встречаются только в одной молекуле. В топ-5 наиболее распространенных входят метил , фенил , хлор , метокси и гидроксильные заместители. Общее число органических заместителей в органической химии оценивается в 3,1 миллиона, что составляет всего 6,7×10 ²³ молекул. ^[11] Бесконечное количество заместителей можно получить, просто увеличивая длину углеродной цепи. Например, заместители метил (-CH ₃ ) и пентил (-C ₅ H ₁₁ ).

Смотрите также

• Функциональные группы представляют собой подмножество заместителей.

Рекомендации

1. «Определение ЗАМЕСТИТЕЛЯ». www.merriam-webster.com . Проверено 4 июня 2022 г.
2. Д. Р. Блох (2006). Органическая химия демистифицирована. ISBN 978-0-07-145920-4.
3. Дженкинс, AD; Краточвил, П.; Степто, РФТ; Сутер, Вашингтон (1996). «PAC, 1996, 68, 2287. Глоссарий основных терминов в науке о полимерах (Рекомендации ИЮПАК, 1996 г.)». Чистая и прикладная химия . 68 (12): 2287–2311. дои : 10.1351/pac199668122287 . Это отличает боковую группу ни от олигомерной, ни от полимерной, тогда как боковая цепь должна быть олигомерной или полимерной.
4. Это название появилось из-за ошибки в греческом языке: ὕλη ( hşlē ) означает «дерево» («лес»), ξυλο- ( xylo -) означает «дерево» (вещество).
5. ИЮПАК (1997) [1993]. «Имена префиксов-заместителей R-2.5, производные от родительских гидридов». Руководство по номенклатуре органических соединений ИЮПАК (рекомендации 1993 г.) . Научные публикации Блэквелла; Advanced Chemistry Development, Inc.
6. В базе данных PubChem перечислено 740 110 результатов для -илидена , из которых 14 имеют синонимы, в которых суффикс заменен на -илидин . Еще 4 результата содержат -илидин без указания -илидена в качестве синонима.
7. Номенклатура органической химии. Рекомендации ИЮПАК и предпочтительные названия , 2013 г. Фавр, Анри А., Пауэлл, Уоррен Х., 1934–, Международный союз теоретической и прикладной химии. Кембридж, Великобритания: Королевское химическое общество. 2013. ISBN 9781849733069. ОСЛК  865143943.{{cite book}}: CS1 maint: другие ( ссылка )
8. См.:
   • Чарльз Герхардт, Précis de chimie Organique (Краткий обзор органической химии), том. 1 (Париж, Франция: Fortin et Masson, 1844), стр. 29. Со стр. 29: « En désignant, par conséquent, les éléments горючие вещества номиналом R, без учета пропорций атомов углерода и водорода, на возможном примере d 'une manière générale: Par R. — Les Hydrogenes Carbonés. » (Следовательно, обозначая горючие компоненты через R , не учитывая атомные соотношения углерода и водорода, можно выразить в общем виде: Через R — углеводороды.)
   • Уильям Б. Дженсен (2010) «Спросите историка: почему R используется для углеводородных заместителей?», Journal of Chemical Education , 87 : 360–361. Доступно: Университет Цинциннати.
9. Дженсен, ВБ (2010). «Почему буква R используется для обозначения углеводородных заместителей?». Журнал химического образования . 87 (4): 360–361. Бибкод : 2010JChEd..87..360J. дои : 10.1021/ed800139p.
10. Первое использование буквы X для обозначения одновалентных электроотрицательных групп появилось в:
    • Станислао Канниццаро ​​(1858) «Sunto di un corso di filosofia chimica, fatto nella R. Universita di Genova» (Очерк курса химической философии, предлагаемого в Королевском университете Генуи), Il Nouvo Cimento (Новый эксперимент), 7  : 321–366. Со страницы 355: «… X indica tutto ciò che vi è nella molecola, oltre l'idrogeno Metallico…» (… X обозначает все, что есть в молекуле, кроме металлического водорода…).
11. Эртл, П. (2003). «Хеминформатический анализ органических заместителей: идентификация наиболее распространенных заместителей, расчет свойств заместителей и автоматическая идентификация лекарствоподобных биоизостерических групп». Журнал химической информации и моделирования . 43 (2): 374–380. дои : 10.1021/ci0255782. ПМИД  12653499.