sustituyente

Conjunto de átomos que ha reemplazado a los átomos de hidrógeno en la cadena principal de un hidrocarburo.

En química orgánica , un sustituyente es uno o un grupo de átomos que reemplaza (uno o más) átomos, convirtiéndose así en un resto en la (nueva) molécula resultante . ^[1] (En química orgánica y bioquímica , los términos sustituyente y grupo funcional , así como cadena lateral y grupo colgante , se usan casi indistintamente para describir aquellas ramas de la estructura original, ^[2] aunque se hacen ciertas distinciones en química de polímeros . ^[3] En los polímeros , las cadenas laterales se extienden desde la estructura principal . En las proteínas , las cadenas laterales están unidas a los átomos de carbono alfa de la estructura principal de los aminoácidos ) .

El sufijo -ilo se utiliza para nombrar compuestos orgánicos que contienen un enlace simple que reemplaza un hidrógeno; -ilideno y -ilidina se utilizan con dobles enlaces y triples enlaces , respectivamente. Además, al nombrar hidrocarburos que contienen un sustituyente, se utilizan números posicionales para indicar a qué átomo de carbono se une el sustituyente cuando se necesita dicha información para distinguir entre isómeros . Los sustituyentes pueden ser una combinación del efecto inductivo y el efecto mesomérico . Estos efectos también se describen como ricos en electrones y atractores de electrones . Efectos estéricos adicionales resultan del volumen ocupado por un sustituyente.

Las frases más sustituidas y menos sustituidas se utilizan con frecuencia para describir o comparar moléculas que son productos de una reacción química . En esta terminología, el metano se utiliza como referencia de comparación. Usando el metano como referencia, por cada átomo de hidrógeno que es reemplazado o "sustituido" por otra cosa, se puede decir que la molécula está más sustituida. Por ejemplo:

• La regla de Markovnikov predice que el átomo de hidrógeno se añade al carbono del grupo funcional alqueno que tiene el mayor número de átomos de hidrógeno (menos sustituyentes alquilo ).
• La regla de Zaitsev predice que el principal producto de la reacción es el alqueno con el doble enlace más sustituido (más estable).

Nomenclatura

El sufijo -ilo se utiliza en química orgánica para formar nombres de radicales , ya sean especies separadas (llamadas radicales libres ) o partes de moléculas unidas químicamente (llamadas restos ). Se remonta al antiguo nombre del metanol , "metileno" (del griego antiguo : μέθυ méthu , 'vino' y ὕλη húlē , ^[4] 'madera', 'bosque'), que se redujo a " metilo " en nombres compuestos, de los cuales se extrajo -yl . Varias reformas de la nomenclatura química finalmente generalizaron el uso del sufijo a otros sustituyentes orgánicos.

El uso del sufijo está determinado por el número de átomos de hidrógeno que reemplaza el sustituyente en un compuesto original (y también, normalmente, en el sustituyente). Según las recomendaciones de la IUPAC de 1993: ^[5]

• -ilo significa que se reemplaza un hidrógeno.
• -ilideno significa que dos hidrógenos se reemplazan por un doble enlace entre el padre y el sustituyente.
• - ylidino significa que tres hidrógenos se reemplazan por un triple enlace entre el padre y el sustituyente.

El sufijo -ylid ine se encuentra esporádicamente y parece ser una variante ortográfica de "-ylidene"; ^[6] no se menciona en las directrices de la IUPAC.

Para enlaces múltiples del mismo tipo, que unen el sustituyente al grupo original, se utilizan los infijos -di- , -tri- , -tetra- , etc.: -diilo (dos enlaces simples), -triilo (tres enlaces simples). enlaces), -tetrailo (cuatro enlaces simples), -diilideno (dos dobles enlaces).

Para enlaces múltiples de diferentes tipos, se concatenan múltiples sufijos : -ililideno (uno simple y uno doble), -ililidino (uno simple y uno triple), -diililideno ( dos simples y uno doble).

El nombre del compuesto principal se puede modificar de dos maneras:

• Para muchos compuestos comunes, el sustituyente está unido en un extremo (la posición 1) e históricamente no está numerado en el nombre. Sin embargo, las Reglas IUPAC de 2013 ^[7] requieren un localizador explícito para la mayoría de los sustituyentes en un nombre IUPAC preferido . El nombre del sustituyente se modifica eliminando -ano (ver alcano ) y agregando el sufijo apropiado. Esto "se recomienda sólo para grupos sustituyentes de hidrocarburos monocíclicos y acíclicos saturados y para los hidruros originales mononucleares de silicio, germanio, estaño, plomo y boro". Así, si hay un ácido carboxílico llamado " ácido X -ico", un alcohol que termina en " X -anol" (o " alcohol X -ílico"), o un alcano llamado " X -ano", entonces " X -ilo" normalmente denota la misma cadena de carbono que carece de estos grupos pero modificada por unión a alguna otra molécula original.
• El método más general omite sólo la terminal "e" del nombre del sustituyente, pero requiere la numeración explícita de cada prefijo yl , incluso en la posición 1 (excepto -ilidina, que como triple enlace debe terminar la cadena de carbonos del sustituyente). Pentan-1-ilo es un ejemplo de nombre para este método y es sinónimo de pentilo de la pauta anterior.

Tenga en cuenta que algunos términos populares como " vinilo " (cuando se usa para significar "polivinilo") representan sólo una parte del nombre químico completo.

Sustituyentes de metano

De acuerdo con las reglas anteriores, un átomo de carbono en una molécula, considerado como sustituyente, tiene los siguientes nombres dependiendo del número de hidrógenos unidos a él y del tipo de enlaces formados con el resto de la molécula:

Notación

En una fórmula estructural química , un sustituyente orgánico como metilo , etilo o arilo se puede escribir como R (o R ¹ , R ² , etc.). Es un marcador de posición genérico, el R derivado de radical o resto , que puede reemplazar cualquier parte de la fórmula que el autor considere conveniente. El primero en utilizar este símbolo fue Charles Frédéric Gerhardt en 1844. ^[8]

El símbolo X se utiliza a menudo para indicar sustituyentes electronegativos como los haluros . ^{[9] [10]}

Distribución estadística

Un estudio de quimioinformática identificó 849.574 sustituyentes únicos de hasta 12 átomos distintos de hidrógeno y que contienen solo carbono , hidrógeno , nitrógeno , oxígeno , azufre , fósforo , selenio y halógenos en un conjunto de 3.043.941 moléculas. Cincuenta sustituyentes pueden considerarse comunes ya que se encuentran en más del 1% de este conjunto y 438 se encuentran en más del 0,1%. El 64% de los sustituyentes se encuentran en una sola molécula. Los cinco sustituyentes más comunes son metilo , fenilo , cloro , metoxi e hidroxilo . El número total de sustituyentes orgánicos en química orgánica se estima en 3,1 millones, creando un total de 6,7×10 ²³ moléculas. ^[11] Se puede obtener un número infinito de sustituyentes simplemente aumentando la longitud de la cadena de carbono. Por ejemplo, los sustituyentes metilo (-CH ₃ ) y pentilo (-C ₅ H ₁₁ ).

Ver también

• Los grupos funcionales son un subconjunto de sustituyentes.

Referencias

1. "Definición de SUSTITUYENTE". www.merriam-webster.com . Consultado el 4 de junio de 2022 .
2. DR Bloch (2006). Química Orgánica Desmitificada. ISBN 978-0-07-145920-4.
3. Jenkins, ANUNCIO; Kratochvíl, P.; Paso a paso, RFT; Suter, Universidad de Washington (1996). "PAC, 1996, 68, 2287. Glosario de términos básicos en ciencia de polímeros (Recomendaciones IUPAC 1996)". Química Pura y Aplicada . 68 (12): 2287–2311. doi : 10.1351/pac199668122287 . Esto distingue un grupo colgante como ni oligomérico ni polimérico, mientras que una cadena colgante debe ser oligomérica o polimérica.
4. Este nombre surgió a través de un error en el idioma griego: ὕλη ( hȳlē ) significa "madera" ("bosque"), ξυλο- ( xylo -) significa "madera" (la sustancia)
5. IUPAC (1997) [1993]. "Nombres de prefijos de sustituyentes R-2.5 derivados de hidruros originales". Una guía para la nomenclatura de compuestos orgánicos de la IUPAC (Recomendaciones de 1993) . Publicaciones científicas de Blackwell; Desarrollo de química avanzada, Inc.
6. La base de datos PubChem enumera 740.110 resultados para -ylidene , de los cuales 14 tienen sinónimos donde el sufijo se reemplaza por -ylidine . Otros 4 resultados contienen -ilidina sin incluir -ilideno como sinónimo.
7. Nomenclatura de Química Orgánica. Recomendaciones y nombres preferidos de la IUPAC 2013 . Favre, Henri A., Powell, Warren H., 1934–, Unión Internacional de Química Pura y Aplicada. Cambridge, Reino Unido: Real Sociedad de Química. 2013.ISBN _ 9781849733069. OCLC  865143943.{{cite book}}: Mantenimiento CS1: otros ( enlace )
8. Ver:
   • Charles Gerhardt, Précis de chimie organique (Resumen de química orgánica), vol. 1 (París, Francia: Fortin et Masson, 1844), página 29. De la página 29: " En désignant, par conséquent, les eléments combustibles par R, sans tenir comptes des proporcionales atomiques de carbone et d'hydrogène, on peut exprimer d 'une manière générale: Par R. — Les hydrogènes carbonés. " (En consecuencia, designando los componentes combustibles por R , sin considerar las proporciones atómicas de carbono e hidrógeno, se puede expresar de manera general: Por R — hidrocarburos.)
   • William B. Jensen (2010) "Pregúntele al historiador: ¿Por qué se utiliza R para sustituyentes de hidrocarburos?", Journal of Chemical Education , 87 : 360–361. Disponible en: Universidad de Cincinnati.
9. Jensen, WB (2010). "¿Por qué se utiliza la" R "para simbolizar los sustituyentes de los hidrocarburos?". Revista de Educación Química . 87 (4): 360–361. Código Bib : 2010JChEd..87..360J. doi :10.1021/ed800139p.
10. El primer uso de la letra X para denotar grupos electronegativos univalentes apareció en:
    • Stanislao Cannizzaro (1858) "Sunto di un corso di filosofia chimica, fatto nella R. Universita di Genova" (Bosquejo de un curso de filosofía química, ofrecido en la Universidad Real de Génova), Il Nouvo Cimento (El nuevo experimento), 7  : 321–366. De la página 355: "... X indica tutto ciò che vi è nella molecola, oltre l'idrogeno Metallico..." (... X representa todo lo que hay en la molécula, aparte del hidrógeno metálico...).
11. Ertl, P. (2003). "Análisis quimioinformático de sustituyentes orgánicos: identificación de los sustituyentes más comunes, cálculo de las propiedades de los sustituyentes e identificación automática de grupos bioisostéricos similares a fármacos". Revista de información y modelado químico . 43 (2): 374–380. doi :10.1021/ci0255782. PMID  12653499.