In der organischen Chemie bezeichnet man als Substituenten ein oder mehrere Atome , die ein oder mehrere andere Atome ersetzen und dadurch zu einem Bestandteil des resultierenden (neuen) Moleküls werden . [ 1 ] [ Anmerkung 1 ]
Die Endung -yl wird bei organischen Verbindungen verwendet , die eine Einfachbindung anstelle eines Wasserstoffatoms enthalten; -yliden und -ylidin werden für Doppel- bzw. Dreifachbindungen verwendet . Bei der Benennung von Kohlenwasserstoffen mit einem Substituenten werden außerdem Positionsnummern verwendet, um anzugeben, an welches Kohlenstoffatom der Substituent gebunden ist, sofern diese Information zur Unterscheidung von Isomeren erforderlich ist . Substituenten können sowohl induktive als auch mesomere Effekte hervorrufen . Diese Effekte werden auch als elektronenreich und elektronenziehend beschrieben . Zusätzliche sterische Effekte ergeben sich aus dem vom Substituenten eingenommenen Volumen.
Die Begriffe „höchstsubstituiert“ und „niedrigstsubstituiert“ werden häufig verwendet, um Moleküle zu beschreiben oder zu vergleichen, die Produkte einer chemischen Reaktion sind . In dieser Terminologie dient ein Kohlenwasserstoff als Vergleichsreferenz. Mit einem Kohlenwasserstoff als Referenz kann man sagen, dass das Molekül umso höher substituiert ist, je mehr Wasserstoffatom durch ein anderes ersetzt wird. Zum Beispiel:
- Die Markovnikov-Regel sagt voraus, dass das Wasserstoffatom an das Kohlenstoffatom der Alken -Funktionsgruppe addiert wird, das die größere Anzahl an Wasserstoffatomen aufweist (weniger Alkylsubstituenten ).
- Die Zaitsev-Regel sagt voraus, dass das Hauptreaktionsprodukt das Alken mit der höher substituierten (stabileren) Doppelbindung ist.
Nomenklatur
Die Endung -yl wird in der organischen Chemie zur Benennung von Radikalen verwendet , entweder von einzelnen Spezies (sogenannten freien Radikalen ) oder von chemisch gebundenen Molekülteilen (sogenannten Molekülfragmenten ). Sie lässt sich auf den alten Namen von Methanol , „Methylen“ (aus dem Altgriechischen : μέθυ méthu , „Wein“ und ὕλη húlē , „ Holz “ , „Wald“), zurückführen, der in zusammengesetzten Namen zu „ Methyl “ verkürzt wurde , woraus sich die Endung -yl ableitete. Mehrere Reformen der chemischen Nomenklatur führten schließlich zur allgemeinen Verwendung der Endung für andere organische Substituenten.
Die Verwendung des Suffixes richtet sich nach der Anzahl der Wasserstoffatome, die der Substituent in der Stammverbindung (und üblicherweise auch am Substituenten selbst) ersetzt. Gemäß den IUPAC- Empfehlungen von 1993: [ 5 ]
- -yl bedeutet, dass ein Wasserstoffatom ersetzt wird.
- -yliden bedeutet, dass zwei Wasserstoffatome durch eine Doppelbindung zwischen Stamm- und Substituentenmolekül ersetzt werden .
- - Ylidin bedeutet, dass drei Wasserstoffatome durch eine Dreifachbindung zwischen Stamm- und Substituenten ersetzt werden .
Das Suffix -yliden kommt nur sporadisch vor und scheint eine alternative Schreibweise von "-yliden" zu sein; [ 6 ] es wird in den IUPAC-Richtlinien nicht erwähnt.
Für Mehrfachbindungen vom gleichen Typ, die den Substituenten mit der Stammgruppe verbinden, werden die Infixe -di- , -tri- , -tetra- usw. verwendet: -diyl (zwei Einfachbindungen), -triyl (drei Einfachbindungen), -tetrayl (vier Einfachbindungen), -diyliden (zwei Doppelbindungen).
Bei Mehrfachbindungen unterschiedlicher Art werden mehrere Suffixe aneinandergereiht : -ylyliden (eine Einfach- und eine Doppelbindung), -ylylidin (eine Einfach- und eine Dreifachbindung), -diylyliden (zwei Einfach- und eine Doppelbindung) .
Der Name der Stammverbindung kann auf zwei Arten geändert werden:
- Bei vielen gebräuchlichen Verbindungen ist der Substituent an einem Ende (Position 1) gebunden und wurde traditionell nicht im Namen nummeriert. Die IUPAC-Regeln von 2013 [ 7 ] fordern jedoch für die meisten Substituenten in einem bevorzugten IUPAC-Namen eine explizite Lokantenangabe . Der Substituentenname wird durch Abtrennen der Endung -an (siehe Alkan ) und Anhängen des entsprechenden Suffixes modifiziert. Dies wird „nur für gesättigte acyclische und monocyclische Kohlenwasserstoff-Substituentengruppen sowie für die einkernigen Stammhydride von Silicium, Germanium, Zinn, Blei und Bor empfohlen “ . Wenn es also eine Carbonsäure mit der Bezeichnung „ X -Säure“, einen Alkohol mit der Endung „ X -Anol“ (oder „ X -ylalkohol“) oder ein Alkan mit der Bezeichnung „ X -an“ gibt, dann bezeichnet „ X -yl“ typischerweise dieselbe Kohlenstoffkette ohne diese Gruppen, die jedoch durch Anbindung an ein anderes Stammmolekül modifiziert ist.
- Die allgemeinere Methode lässt lediglich das endständige „e“ des Substituentennamens weg, erfordert aber die explizite Nummerierung jedes yl- Präfixes, auch an Position 1 (außer bei -ylidin, das als Dreifachbindung die Kohlenstoffkette des Substituenten abschließen muss). Pentan-1-yl ist ein Beispiel für einen nach dieser Methode benannten Stoff und synonym mit Pentyl gemäß der vorherigen Richtlinie.
Beachten Sie, dass einige gebräuchliche Begriffe wie „ Vinyl “ (wenn sie „Polyvinyl“ bedeuten) nur einen Teil des vollständigen chemischen Namens darstellen.
Methansubstituenten
Gemäß den oben genannten Regeln hat ein Kohlenstoffatom in einem Molekül, das als Substituent betrachtet wird, je nach Anzahl der daran gebundenen Wasserstoffatome und der Art der Bindungen, die es mit dem Rest des Moleküls eingeht, folgende Bezeichnungen:
| CH 4 | Methan | keine Bürgschaften |
| −CH 3 | Methylgruppe oder Methanyl | eine Einfachbindung zu einem Nicht-Wasserstoffatom |
| =CH 2 | Methylengruppe oder Methanyliden oder Methyliden | eine Doppelbindung |
| −CH 2 − | Methylenbrücke oder Methandiyl oder Methdiyl | zwei Einfachbindungen |
| ≡CH | Methanylidin-Gruppe oder Methylidin | eine Dreifachbindung |
| =CH− | Methin-Gruppe oder Methanylyliden oder Methylyliden | eine Einfachbindung und eine Doppelbindung |
| >CH− | Methantriylgruppe oder Methtriyl | drei Einfachbindungen |
| ≡C− | Methanylylidin-Gruppe oder Methylylidin | eine Dreifachbindung und eine Einfachbindung |
| =C= | Methandiylidengruppe oder Methdiyliden | zwei Doppelbindungen |
| >C= | Methandilyliden-Gruppe oder Methandilyliden | zwei Einfachbindungen und eine Doppelbindung |
| >C< | Methantetraylgruppe oder Methtetrayl | vier Einfachanleihen |
Notation
In einer chemischen Strukturformel kann ein organischer Substituent wie Methyl , Ethyl oder Aryl als R (oder R<sup> 1</sup> , R<sup> 2 </sup> usw.) geschrieben werden. Es handelt sich dabei um einen generischen Platzhalter, wobei R von „Radikal“ oder „Rest“ abgeleitet ist und nach Belieben jeden beliebigen Teil der Formel ersetzen kann. Charles Frédéric Gerhardt verwendete dieses Symbol erstmals im Jahr 1844. [ 8 ]
Das Symbol X wird häufig verwendet, um elektronegative Substituenten wie die Halogenide zu bezeichnen . [ 9 ] [ 10 ]
Statistische Verteilung
Eine chemoinformatische Studie identifizierte 849.574 einzigartige Substituenten mit bis zu 12 Nicht-Wasserstoffatomen, die ausschließlich Kohlenstoff , Wasserstoff , Stickstoff , Sauerstoff , Schwefel , Phosphor , Selen und Halogene enthalten , in 3.043.941 Molekülen. Fünfzig Substituenten gelten als häufig, da sie in mehr als 1 % der Moleküle vorkommen, und 438 Substituenten finden sich in mehr als 0,1 %. 64 % der Substituenten kommen nur in einem einzigen Molekül vor. Die fünf häufigsten Substituenten sind Methyl , Phenyl , Chlor , Methoxy und Hydroxyl . Die Gesamtzahl der organischen Substituenten in der organischen Chemie wird auf 3,1 Millionen geschätzt, was insgesamt 6,7 × 10²³ Molekülen entspricht. [ 11 ] Durch einfaches Verlängern der Kohlenstoffkette lässt sich eine unendliche Anzahl von Substituenten erzeugen. Zum Beispiel die Substituenten Methyl ( −CH 3 ) und Pentyl ( −C 5 H 11 ).
Siehe auch
- Funktionelle Gruppen sind eine Untergruppe der Substituenten.
Anmerkungen
- In der organischen Chemie und Biochemie werden die Begriffe Substituent und funktionelle Gruppe sowie Seitenkette und Seitengruppe nahezu synonym verwendet, um die vom Grundgerüst abgezweigten Molekülteile zu beschreiben [ 2 ] , obwohl in der Polymerchemie gewisse Unterscheidungen getroffen werden [ 3 ] . BeiPolymeren ragen die Seitenketten vom Rückgrat der Aminosäurekette hervor. Bei Proteinen sind die Seitenketten an die α-Kohlenstoffatome des Aminosäurerückgrats gebunden .
Referenzen
- ^ „Definition von SUBSTITUENT“ . www.merriam-webster.com . Abgerufen am 4. Juni 2022 .
- ^ DR Bloch (2006). Organische Chemie entmystifiziert . McGraw-Hill. ISBN 978-0-07-145920-4Die
- ^ Jenkins, AD; Kratochvíl, P.; Stepto, RFT; Suter, UW (1996). „PAC, 1996, 68, 2287. Glossar der grundlegenden Begriffe der Polymerwissenschaft (IUPAC-Empfehlungen 1996)“ . Pure and Applied Chemistry . 68 (12): 2287–2311 . doi : 10.1351 /pac199668122287 . Dies unterscheidet eine Seitengruppe davon, dass sie weder oligomer noch polymer ist, wohingegen eine Seitenkette entweder oligomer oder polymer sein muss.
- ^ Dieser Name entstand durch einen Fehler in der griechischen Sprache: ὕλη ( hȳlē ) bedeutet "Holz" ("Wald"), ξυλο- ( xylo -) bedeutet "Holz" (die Substanz)
- ^ IUPAC (1997) [1993]. „R-2.5 Substituentenpräfixnamen, abgeleitet von Stammhydriden“ . Ein Leitfaden zur IUPAC-Nomenklatur organischer Verbindungen (Empfehlungen 1993) . Blackwell Scientific Publications; Advanced Chemistry Development, Inc.
- Die PubChem- Datenbank listet 740.110 Ergebnisse für -yliden auf, von denen 14 Synonyme haben , bei denen die Endung durch -ylidin ersetzt ist. Weitere 4 Ergebnisse enthalten -ylidin, ohne -yliden als Synonym anzugeben.
- ^ Nomenklatur der Organischen Chemie. IUPAC-Empfehlungen und bevorzugte Namen 2013. Favre, Henri A., Powell, Warren H., 1934–, Internationale Union für Reine und Angewandte Chemie. Cambridge, Vereinigtes Königreich: Royal Society of Chemistry. 2013. ISBN 9781849733069OCLC 865143943 .
{{cite book}}: CS1 Wartung: andere ( Link ) - ^ Siehe:
- 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.
- ^Jensen, W. B. (2010). "Why Is "R" Used To Symbolize Hydrocarbon Substituents?". Journal of Chemical Education. 87 (4): 360–361. Bibcode:2010JChEd..87..360J. doi:10.1021/ed800139p.
- ^The first use of the letter X to denote univalent electronegative groups appeared in:
- Stanislao Cannizzaro (1858) "Sunto di un corso di filosofia chimica, fatto nella R. Universita di Genova" (Sketch of a course of chemical philosophy, offered at the Royal University of Genoa), Il Nouvo Cimento (The New Experiment), 7 : 321–366. From page 355: " ... X indica tutto ciò che vi è nella molecola, oltre l'idrogeno metallico ... " ( ... X stands for all that is in the molecule, apart from metallic hydrogen ... ).
- ^Ertl, P. (2003). "Cheminformatics Analysis of Organic Substituents: Identification of the Most Common Substituents, Calculation of Substituent Properties, and Automatic Identification of Drug-like Bioisosteric Groups". Journal of Chemical Information and Modeling. 43 (2): 374–380. doi:10.1021/ci0255782. PMID 12653499.