заместитель
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 «подвесная группа » используются практически как синонимы для описания ответвлений исходной структуры. [ 2 ] существуют определенные различия хотя в химии полимеров . [ 3 ] В полимерах боковые цепи простираются от основной структуры. В белках боковые цепи присоединены к углерода альфа- атомам 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
[ редактировать ]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 ] сократилось до « метил «дерево», «лес»), которое в названиях соединений », из которого был извлечен -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, инфиксы -ди- , -три- , -тетра- используются и т. д.: -диил (две одинарные связи), -триил (три одинарные связи). связи), -тетраил (четыре одинарные связи), -диилиден (две двойные связи).
кратных связей разных типов объединяются несколько суффиксов : -илилиден Для (один одинарный и один двойной), -илилидин (один 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. Правила ИЮПАК 2013 г. [ 7 ] однако требуется явный указание 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
[ редактировать ]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:
| СН 4 |
метан | нет облигаций |
| − Ч. 3 |
метильная группа или метанил | одна одинарная связь с неводородным атомом |
| = СН 2 |
метиленовая группа или метанилиден или метилиден | одна двойная связь |
| − Ч. 2 − |
метиленовый мостик или метандиил или метдиил | две одинарные облигации |
| ≡CH | метанилидиновая группа или метилидин | одна тройная связь |
| =СН- | метиновая группа или метанилилиден или метилилиден | одна одинарная связь и одна двойная связь |
| >СН- | метантриильная группа или меттриил | три одинарные облигации |
| ≡C− | метанилилидиновая группа или метилилидин | одна тройная связь и одна одинарная связь |
| =С= | метандиилиденовая группа или метдиилиден | две двойные связи |
| >С= | метандиилиденовая группа или метдиилиден | две одинарные связи и одна двойная связь |
| >С< | метантетраильная группа или меттетраил | четыре одинарные облигации |
Обозначения
[ редактировать ]В химической структурной формуле органический заместитель, такой как метил , этил или арил, может быть записан как R (или R 1 , Р 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
[ редактировать ]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 количество органических заместителей в органической химии оценивается в 3,1 миллиона, что составляет в общей сложности 6,7×10 23 молекулы. [ 11 ] Бесконечное количество заместителей можно получить, просто увеличивая длину углеродной цепи. Например, заместители метил (-CH 3 ) и пентил (-C 5 H 11 ).
См. также
[ редактировать ]- Функциональные группы представляют собой подмножество заместителей.
Ссылки
[ редактировать ]- ^ «Определение ЗАМЕСТИТЕЛЯ» . www.merriam-webster.com . Проверено 4 июня 2022 г.
- ^ Д. Р. Блох (2006). Органическая химия демистифицирована . ISBN 978-0-07-145920-4 .
- ^ 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.
- ↑ Это имя появилось из-за ошибки в греческом языке: ὕλη ( hşlē ) означает «дерево» («лес»), ξυλο- ( xylo -) означает «дерево» (вещество).
- ^ ИЮПАК (1997) [1993]. «Названия 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.
- ^ 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.
- ^ 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 . OCLC 865143943 .
{{cite book}}: CS1 maint: другие ( ссылка ) - ^ См.:
- Чарльз Герхардт, Краткое содержание органической химии , вып. 1 (Париж, Франция: Фортен и Массон, 1844), стр. 29. Со стр. 29: « Обозначая, таким образом, горючие элементы через R, не принимая во внимание атомные пропорции углерода и водорода, мы можем выразить d 'в общим способом: Через R. — Карбонизированные водороды » (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.
- ^ 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 .
- ^ Первое использование буквы X для обозначения одновалентных электроотрицательных групп появилось в:
- Станислао Канниццаро (1858) «Очерк курса химической философии, предлагаемого в Королевском университете Генуи» , Il Nouvo Cimento (Новый эксперимент), 7 : 321–366. Со страницы 355: « …
- ^ Эртл, П. (2003). «Хеминформатический анализ органических заместителей: идентификация наиболее распространенных заместителей, расчет свойств заместителей и автоматическая идентификация лекарственных биоизостерических групп». Журнал химической информации и моделирования . 43 (2): 374–380. дои : 10.1021/ci0255782 . ПМИД 12653499 .