Sostituente - Substituent

Un sostituente è uno o un gruppo di atomi che sostituisce (uno o più) atomi di idrogeno sulla catena madre di un idrocarburo , diventando così una frazione nella (nuova) molecola risultante . (In chimica organica e biochimica , i termini sostituente e gruppo funzionale , così come catena laterale e gruppo pendente , sono usati quasi in modo intercambiabile per descrivere quei rami dalla struttura madre, sebbene nella chimica dei polimeri vengano fatte alcune distinzioni . Nei polimeri , le catene laterali si estendono dalla struttura della spina dorsale . Nelle proteine , le catene laterali sono attaccate agli atomi di carbonio alfa della catena principale degli amminoacidi .)

Il suffisso -yl viene utilizzato quando si nominano composti organici che contengono un singolo legame che sostituisce un idrogeno; -ylidene e -ylidyne sono usati rispettivamente con doppi legami e tripli legami . Inoltre, quando si nominano gli idrocarburi che contengono un sostituente, i numeri posizionali vengono utilizzati per indicare a quale atomo di carbonio si lega il sostituente quando tale informazione è necessaria per distinguere tra isomeri . L' effetto polare esercitato da un sostituente è una combinazione dell'effetto induttivo e dell'effetto mesomerico . Ulteriori effetti sterici derivano dal volume occupato da un sostituente.

Le frasi più sostituite e meno sostituite sono spesso usate per descrivere o confrontare molecole che sono il prodotto di una reazione chimica . In questa terminologia, il metano viene utilizzato come riferimento di confronto. Usando il metano come riferimento, per ogni atomo di idrogeno che viene sostituito o "sostituito" da qualcos'altro, si può dire che la molecola è più altamente sostituita. Per esempio:

  • La regola di Markovnikov prevede che l'atomo di idrogeno venga aggiunto al carbonio del gruppo funzionale alchenico che ha il maggior numero di atomi di idrogeno (meno sostituenti alchilici ).
  • La regola di Zaitsev prevede che il principale prodotto di reazione sia l'alchene con il doppio legame più altamente sostituito (più stabile).

Nomenclatura

Il suffisso -yl è usato in chimica organica per formare nomi di radicali , specie separate (chiamate radicali liberi ) o parti di molecole legate chimicamente (chiamate frazioni ). Si può far risalire al vecchio nome del metanolo , "metilene" (dal greco antico : μέθυ méthu , 'vino' e ὕλη húlē , 'legno', 'foresta'), che fu abbreviato in " metile " nei nomi composti, da cui è stato estratto -yl . Diverse riforme della nomenclatura chimica alla fine generalizzarono l'uso del suffisso ad altri sostituenti organici.

L'uso del suffisso è determinato dal numero di atomi di idrogeno che il sostituente sostituisce su un composto genitore (e anche, di solito, sul sostituente). Secondo le raccomandazioni IUPAC del 1993 :

  • -yl significa che viene sostituito un idrogeno.
  • -ylidene significa che due idrogeni sono sostituiti da un doppio legame tra genitore e sostituente.
  • - ilidina significa che tre idrogeni sono sostituiti da un triplo legame tra genitore e sostituente.

Il suffisso -ylid ine si incontra sporadicamente, e sembra essere una variante ortografica di "-ylidene"; non è menzionato nelle linee guida IUPAC.

Per più legami dello stesso tipo, che legano il sostituente al gruppo capostipite, si utilizzano i prefissi di- , tri- , tetra- , ecc.: -diyl (due legami singoli), -triyl (tre legami singoli), -tetrayl (quattro legami singoli), -diylidene (due doppi legami).

Per legami multipli di diverso tipo, vengono aggiunti più suffissi: - ylylidene (una singola e una doppia), -ylylidyne (una singola e una tripla), -diylylidene (due singole e una doppia).

Il nome del composto padre può essere modificato in due modi:

  • Per molti composti comuni il sostituente è legato a un'estremità (la posizione 1) e storicamente non è numerato nel nome. Le regole IUPAC 2013 però lo fanno richiedono un esplicito locant per la maggior parte sostituenti in un nome preferito IUPAC . Il nome del sostituente viene modificato rimuovendo -ano (vedi alcano ) e aggiungendo il suffisso appropriato. Questo è "consigliato solo per i gruppi sostituenti idrocarburici saturi aciclici e monociclici e per gli idruri mononucleari di silicio, germanio, stagno, piombo e boro". Quindi, se c'è un acido carbossilico chiamato " acido X -ico", una desinenza alcolica " X -anolo" (o " alcool X -ilico"), o un alcano chiamato " X -ano", allora " X -il" tipicamente denota la stessa catena di carbonio priva di questi gruppi ma modificata dall'attaccamento a qualche altra molecola madre.
  • Il metodo più generale omette solo il terminale "e" del nome del sostituente, ma richiede la numerazione esplicita di ciascun prefisso yl , anche in posizione 1 (eccetto per -ylidyne, che come triplo legame deve terminare la catena di carbonio sostituente). Pentan-1-yl è un esempio di un nome con questo metodo ed è sinonimo di pentile dalla precedente linea guida.

Nota che alcuni termini popolari come " vinile " (quando usato per indicare "polivinile") rappresentano solo una parte del nome chimico completo.

Sostituenti del metano

Secondo le regole di cui sopra, un atomo di carbonio in una molecola, considerato come un sostituente, ha i seguenti nomi a seconda del numero di idrogeni ad esso legati e del tipo di legami formati con il resto della molecola:

CH
4
metano nessun legame
CH
3
gruppo metilico o metanilico un singolo legame a un atomo non di idrogeno
= CH
2
gruppo metilene o metanilidene o metilidene un doppio legame
CH
2
ponte di metilene o methandiile o metdiil due singoli legami
CH gruppo metanilidina o metilidina un triplo legame
=CH− gruppo metinico o metanililidene o metililiden un singolo legame e un doppio legame
>CH− gruppo metantriile o mettriile tre singoli legami
C− gruppo metililidina o metililidina un triplo legame e un singolo legame
=C= gruppo metandiilidene o metdiiliden due doppi legami
>C= gruppo metandililidene o metdiililidene due legami singoli e un doppio legame
>C< gruppo methantetrayl o methtetrayl quattro singoli legami

Strutture

In una formula di struttura chimica , un sostituente organico come metile , etile o arile può essere scritto come R (o R 1 , R 2 , ecc.) È un segnaposto generico, la R derivata da radicale o resto , che può sostituire qualsiasi parte della formula come l'autore trova conveniente. Il primo ad utilizzare questo simbolo fu Charles Frédéric Gerhardt nel 1844.

Il simbolo X è spesso usato per denotare sostituenti elettronegativi come gli alogenuri .

Distribuzione statistica

Uno studio di chemininformatica ha identificato 849.574 sostituenti unici fino a 12 atomi non di idrogeno grandi e contenenti solo carbonio , idrogeno , azoto , ossigeno , zolfo , fosforo , selenio e alogeni in un insieme di 3.043.941 molecole. Cinquanta sostituenti possono essere considerati comuni poiché si trovano in più dell'1% di questo insieme e 438 si trovano in più dello 0,1%. Il 64% dei sostituenti si trova in una sola molecola. I primi 5 più comuni sono i sostituenti metile , fenile , cloro , metossi e idrossile . Il numero totale di sostituenti organici nella chimica organica è stimato a 3,1 milioni, creando un totale di 6,7 × 10 23 molecole. Un numero infinito di sostituenti può essere ottenuto semplicemente aumentando la lunghezza della catena di carbonio. Ad esempio, i sostituenti metile (-CH 3 ) e pentile (-C 5 H 11 ).

Guarda anche

Riferimenti