Sustituyente

Conjunto de átomos que han 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 una fracción en la molécula resultante (nueva) . ^[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 la 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 del aminoácido ).

El sufijo -ilo se utiliza para nombrar compuestos orgánicos que contienen un enlace simple que reemplaza a un hidrógeno; -ilideno e -ilidino se utilizan con enlaces dobles y triples , 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 dicha información es necesaria para distinguir entre isómeros . Los sustituyentes pueden ser una combinación del efecto inductivo y el efecto mesomérico . Dichos efectos también se describen como ricos en electrones y atractores de electrones . Los efectos estéricos adicionales resultan del volumen ocupado por un sustituyente.

Las frases más sustituida y menos sustituida 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. Si se utiliza el metano como referencia, por cada átomo de hidrógeno que se reemplaza o "sustituye" 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 agrega 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 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 (llamados radicales libres ) o partes de moléculas unidas químicamente (llamadas fracciones ). Se remonta al antiguo nombre del metanol , "metileno" (del griego antiguo : μέθυ méthu , 'vino' y ὕλη húlē , ^[4] 'madera', 'bosque'), que se acortó a " metilo " en los nombres de los compuestos, de donde se extrajo -ilo . 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 el sustituyente reemplaza en un compuesto original (y también, por lo general, en el sustituyente). Según las recomendaciones de la IUPAC de 1993 : ^[5]

• -ilo significa que se reemplaza un hidrógeno.
• -ilideno significa que dos hidrógenos son reemplazados por un doble enlace entre el compuesto original y el sustituyente.
• -ilidino significa que tres hidrógenos son reemplazados por un triple enlace entre el padre y el sustituyente.

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

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

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

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

• En muchos compuestos comunes, el sustituyente está unido en un extremo (la posición 1) y, históricamente, no se numera en el nombre. Sin embargo, las Reglas IUPAC 2013 ^[7] sí 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 solo para grupos sustituyentes de hidrocarburos acíclicos y monocíclicos saturados y para los hidruros progenitores mononucleares de silicio, germanio, estaño, plomo y boro". Por lo tanto, 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 que se modifica mediante la unión a alguna otra molécula progenitora.
• El método más general omite únicamente la "e" terminal del nombre del sustituyente, pero requiere la numeración explícita de cada prefijo yl , incluso en la posición 1 (excepto para -ilidino, que como enlace triple debe terminar la cadena de carbono del sustituyente). Pentan-1-yl es un ejemplo de un nombre por este método, y es sinónimo de pentyl de la directriz anterior.

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

Sustituyentes del metano

Según 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 porción de la fórmula según lo considere conveniente el autor. El primero en utilizar este símbolo fue Charles Frédéric Gerhardt en 1844. ^[8]

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

Distribución estadística

Un estudio de quimioinformática identificó 849.574 sustituyentes únicos de hasta 12 átomos distintos del 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 5 más comunes son los sustituyentes metilo , fenilo , cloro , metoxi e hidroxilo . El número total de sustituyentes orgánicos en química orgánica se estima en 3,1 millones, lo que crea 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 ).

Véase 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). La química orgánica desmitificada. ISBN 978-0-07-145920-4.
3. Jenkins, AD; Kratochvíl, P.; Stepto, RFT; Suter, UW (1996). "PAC, 1996, 68, 2287. Glosario de términos básicos en la ciencia de polímeros (Recomendaciones de la IUPAC 1996)". Química pura y aplicada . 68 (12): 2287–2311. doi : 10.1351/pac199668122287 . Esto distingue a un grupo colgante como ni oligomérico ni polimérico, mientras que una cadena colgante debe ser oligomérica o polimérica.
4. Este nombre proviene de un error del 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 parentales". Una guía para la nomenclatura de compuestos orgánicos de la IUPAC (Recomendaciones 1993) . Blackwell Scientific Publications; Advanced Chemistry Development, Inc.
6. La base de datos PubChem enumera 740.110 resultados para -ylidene , de los cuales 14 tienen sinónimos en los que el sufijo se reemplaza por -ylidine . Otros 4 resultados contienen -ylidine sin incluir -ylidene como sinónimo.
7. Nomenclatura de la 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: Royal Society of Chemistry. 2013. ISBN 9781849733069.OCLC 865143943  .{{cite book}}: Mantenimiento de 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, al designar los componentes combustibles por R , sin considerar las proporciones atómicas del carbono y del hidrógeno, se puede expresar de manera general: Por R — hidrocarburos.)
   • William B. Jensen (2010) "Pregúntele al historiador: ¿Por qué se utiliza R para los sustituyentes de hidrocarburos?", Journal of Chemical Education , 87 : 360–361. Disponible en: University of Cincinnati.
9. Jensen, WB (2010). "¿Por qué se utiliza "R" para simbolizar sustituyentes de hidrocarburos?". Journal of Chemical Education . 87 (4): 360–361. Bibcode :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 propiedades de los sustituyentes e identificación automática de grupos bioisostéricos similares a fármacos". Journal of Chemical Information and Modeling . 43 (2): 374–380. doi :10.1021/ci0255782. PMID  12653499.