Заместитель
В органической химии заместитель - это один или группа атомов , которые заменяют (один или несколько) атомов, тем самым становясь частью в результирующей (новой) молекуле . [ 1 ] (В органической химии и биохимии термины заместительную и функциональную группу , а также боковая цепь и подвесная группа почти взаимозаменяются для описания этих ветвей из родительской структуры, [ 2 ] хотя определенные различия проводятся в химии полимеров . [ 3 ] В полимерах боковые цепи простираются от структуры основных целей . В белках боковые цепи прикрепляются к углерода альфа -атомам аминокислотной основы.)
Суффикс -ил используется при названии органических соединений , которые содержат одну связь, заменяющую один водород; -илиден и -илидин используются с двойными связями и тройными связями , соответственно. Кроме того, при названии углеводородов, которые содержат заместительные, позиционные числа используются, чтобы указать, к какому атом углерода прикрепляется заместитель, когда такая информация необходима для различения изомеров . Заместители могут быть комбинацией индуктивного эффекта и мезомерного эффекта . Такие эффекты также описываются как богатые электронами и снятие электронов . Дополнительные стерические эффекты являются результатом объема, занятого заместителем.
Фразы, наиболее замещенные и наименее установленные, часто используются для описания или сравнения молекул, которые являются продуктами химической реакции . В этой терминологии метан используется в качестве эталона сравнения. Используя метатан в качестве эталона, для каждого атома водорода, который заменяется или «заменяется» чем -то другим, можно сказать, что молекула является более сильно замененной. Например:
- Markovnikov's rule predicts that the hydrogen atom is added to the carbon of the alkene functional group which has the greater number of hydrogen atoms (fewer alkyl substituents).
- Zaitsev's rule predicts that the major reaction product is the alkene with the more highly substituted (more stable) double bond.
Nomenclature
[edit]The suffix -yl is used in organic chemistry to form names of radicals, either separate species (called free radicals) or chemically bonded parts of molecules (called moieties). It can be traced back to the old name of methanol, "methylene" (from Ancient Greek: μέθυ méthu, 'wine' and ὕλη húlē,[4] 'wood', 'forest'), which became shortened to "methyl" in compound names, from which -yl was extracted. Several reforms of chemical nomenclature eventually generalized the use of the suffix to other organic substituents.
The use of the suffix is determined by the number of hydrogen atoms that the substituent replaces on a parent compound (and also, usually, on the substituent). According to the 1993 IUPAC recommendations:[5]
- -yl means that one hydrogen is replaced.
- -ylidene means that two hydrogens are replaced by a double bond between parent and substituent.
- -ylidyne means that three hydrogens are replaced by a triple bond between parent and substituent.
The suffix -ylidine is encountered sporadically, and appears to be a variant spelling of "-ylidene";[6] it is not mentioned in the IUPAC guidelines.
For multiple bonds of the same type, which link the substituent to the parent group, the infixes -di-, -tri-, -tetra-, etc., are used: -diyl (two single bonds), -triyl (three single bonds), -tetrayl (four single bonds), -diylidene (two double bonds).
For multiple bonds of different types, multiple suffixes are concatenated: -ylylidene (one single and one double), -ylylidyne (one single and one triple), -diylylidene (two single and one double).
The parent compound name can be altered in two ways:
- For many common compounds the substituent is linked at one end (the 1 position) and historically not numbered in the name. The IUPAC 2013 Rules[7] however do require an explicit locant for most substituents in a preferred IUPAC name. The substituent name is modified by stripping -ane (see alkane) and adding the appropriate suffix. This is "recommended only for saturated acyclic and monocyclic hydrocarbon substituent groups and for the mononuclear parent hydrides of silicon, germanium, tin, lead, and boron". Thus, if there is a carboxylic acid called "X-ic acid", an alcohol ending "X-anol" (or "X-yl alcohol"), or an alkane called "X-ane", then "X-yl" typically denotes the same carbon chain lacking these groups but modified by attachment to some other parent molecule.
- The more general method omits only the terminal "e" of the substituent name, but requires explicit numbering of each yl prefix, even at position 1 (except for -ylidyne, which as a triple bond must terminate the substituent carbon chain). Pentan-1-yl is an example of a name by this method, and is synonymous with pentyl from the previous guideline.
Note that some popular terms such as "vinyl" (when used to mean "polyvinyl") represent only a portion of the full chemical name.
Methane substituents
[edit]According to the above rules, a carbon atom in a molecule, considered as a substituent, has the following names depending on the number of hydrogens bound to it, and the type of bonds formed with the remainder of the molecule:
| CH 4 |
methane | no bonds |
| −CH 3 |
methyl group or methanyl | one single bond to a non-hydrogen atom |
| =CH 2 |
methylene group or methanylidene or methylidene | one double bond |
| −CH 2− |
methylene bridge or methanediyl or methdiyl | two single bonds |
| ≡CH | methanylidyne group or methylidyne | one triple bond |
| =CH− | methine group or methanylylidene or methylylidene | one single bond and one double bond |
| >CH− | methanetriyl group or methtriyl | three single bonds |
| ≡C− | methanylylidyne group or methylylidyne | one triple bond and one single bond |
| =C= | methanediylidene group or methdiylidene | two double bonds |
| >C= | methanediylylidene group or methdiylylidene | two single bonds and one double bond |
| >C< | methanetetrayl group or methtetrayl | four single bonds |
Notation
[edit]In a chemical structural formula, an organic substituent such as methyl, ethyl, or aryl can be written as R (or R1, R2, etc.) It is a generic placeholder, the R derived from radical or rest, which may replace any portion of the formula as the author finds convenient. The first to use this symbol was Charles Frédéric Gerhardt in 1844.[8]
The symbol X is often used to denote electronegative substituents such as the halides.[9][10]
Statistical distribution
[edit]One cheminformatics study identified 849,574 unique substituents up to 12 non-hydrogen atoms large and containing only carbon, hydrogen, nitrogen, oxygen, sulfur, phosphorus, selenium, and the halogens in a set of 3,043,941 molecules. Fifty substituents can be considered common as they are found in more than 1% of this set, and 438 are found in more than 0.1%. 64% of the substituents are found in only one molecule. The top 5 most common are the methyl, phenyl, chlorine, methoxy, and hydroxyl substituents. The total number of organic substituents in organic chemistry is estimated at 3.1 million, creating a total of 6.7×1023 molecules.[11] An infinite number of substituents can be obtained simply by increasing carbon chain length. For instance, the substituents methyl (-CH3) and pentyl (-C5H11).
See also
[edit]- Functional groups are a subset of substituents
References
[edit]- ^ "Definition of SUBSTITUENT". www.merriam-webster.com. Retrieved 4 June 2022.
- ^ D.R. Bloch (2006). Organic Chemistry Demystified. ISBN 978-0-07-145920-4.
- ^ Jenkins, A. D.; Kratochvíl, P.; Stepto, R. F. T.; Suter, U. W. (1996). "PAC, 1996, 68, 2287. Glossary of basic terms in polymer science (IUPAC Recommendations 1996)". Pure and Applied Chemistry. 68 (12): 2287–2311. doi:10.1351/pac199668122287. This distinguishes a pendant group as neither oligomeric nor polymeric, whereas a pendant chain must be oligomeric or polymeric.
- ^ This name came through a Greek language error: ὕλη (hȳlē) means "wood" ("forest"), ξυλο- (xylo-) means "wood" (the substance)
- ^ IUPAC (1997) [1993]. "R-2.5 Substituent Prefix Names Derived from Parent Hydrides". A Guide to IUPAC Nomenclature of Organic Compounds (Recommendations 1993). Blackwell Scientific Publications; Advanced Chemistry Development, Inc.
- ^ The PubChem database lists 740,110 results for -ylidene, of which 14 have synonyms where the suffix is replaced by -ylidine. Another 4 results contain -ylidine without listing -ylidene as a synonym.
- ^ Nomenclature of Organic Chemistry. IUPAC Recommendations and Preferred Names 2013. Favre, Henri A.,, Powell, Warren H., 1934–, International Union of Pure and Applied Chemistry. Cambridge, UK: Royal Society of Chemistry. 2013. ISBN 9781849733069. OCLC 865143943.
{{cite book}}: CS1 maint: others (link) - ^ See:
- Charles Gerhardt, Précis de chimie organique (Summary of organic chemistry), vol. 1 (Paris, France: Fortin et Masson, 1844), page 29. From page 29: "En désignant, par conséquent, les éléments combustibles par R, sans tenir comptes des proportions atomiques de carbone et d'hydrogène, on peut exprimer d'une manière générale: Par R. — Les hydrogènes carbonés." (Consequently, by designating combustible components by R, without considering the atomic proportions of carbon and hydrogen, one can express in a general way: By R — hydrocarbons.)
- William B. Jensen (2010) "Ask the Historian: Why is R Used for Hydrocarbon Substituents?," Journal of Chemical Education, 87: 360–361. Available at: University of Cincinnati.
- ^ Дженсен, WB (2010). «Почему« r »используется для символизирования заместителей углеводородов?». Журнал химического образования . 87 (4): 360–361. Bibcode : 2010jched..87..360j . doi : 10.1021/ed800139p .
- ^ Первое использование буквы x для обозначения уникальных электроотрицательных групп появилось в:
- Stanislao Cannizzaro (1858) «Краткое изложение химической философии, сделанное в Университете Генуи Р. Генуа» (Эскиз курса химической философии, предлагаемый в Королевском университете Генуи), Nouvo Cimento (новый эксперимент), 7 : 321–366. С стр. 355: «... X указывает на все, что находится в молекуле, за пределами металлического водорода ...» (... x обозначает все, что находится в молекуле, кроме металлического водорода ...).
- ^ ERTL, P. (2003). «Анализ химиноформатики органических заместителей: идентификация наиболее распространенных заместителей, расчет заместительных свойств и автоматическая идентификация биоизостерических групп, подобных лекарственным средствам». Журнал химической информации и моделирования . 43 (2): 374–380. doi : 10.1021/ci02555782 . PMID 12653499 .