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Die Präfixe ortho-, meta- und para- stellen ein altes Nomenklatursystem dar, das die drei möglichen Substitutionsmuster in disubstituierten monocyclischen aromatischen Verbindungen darstellt, die von Benzol abgeleitet sind. Unabhängig davon, welches der substituierten Ringkohlenstoffe als Stammkohlenstoff genommen wird, kann die Disubstitution nur zu drei unterschiedlichen Positionsisomeren mit Substituenten an den Positionen 2, 3 oder 4 relativ zum ersten Kohlenstoff führen. Jedes dieser Isomere wird als ortho-, meta- bzw. para-Isomer bezeichnet.
Ortho-Substitutionsmuster
Das Präfix ortho- wird verwendet, um das Disubstitutionsmuster darzustellen, bei dem beide Substituenten benachbart zueinander sind. Das heißt, ortho- stellt das 1,2-Substitutionsmuster des disubstituierten aromatischen Rings dar, wie unten gezeigt:
Ortho-Substitution kann auch durch das Symbol o- dargestellt werden, das die Zahlen 1,2- ersetzt, die als Präfixe verwendet werden, um die Positionen der Substituenten anzugeben. Letztere entsprechen der von der International Union of Pure and Applied Chemistry (IUPAC) empfohlenen systematischen Nummerierung.
Beispiele für ortho-substituierte Verbindungen
Das Bild unten zeigt drei Beispiele für disubstituierte Benzole, die entweder eine ortho- oder eine 1,2-Substitution aufweisen. Wie in allen Fällen zu sehen ist, befinden sich beide Substituenten an benachbarten Kohlenstoffen. Die ersten beiden Beispiele enthalten die gebräuchlichen Namen, unter denen diese aromatischen Derivate bekannt sind, und in allen Fällen werden die Namen sowohl mit dem Ortho-Präfix (oder seinem Symbol o-) als auch mit der von IUPAC empfohlenen Nummerierung angezeigt.
Meta- Substitutionsmuster
Das Präfix meta- zeigt eine 1,3-Substitution an, bei der die Substituentengruppen durch ein Kohlenstoffatom getrennt sind, wie unten gezeigt:
Wie bei der Ortho-Substitution kann auch die Meta-Substitution durch den Buchstaben m- sowie durch die von der IUPAC empfohlene Nummerierung 1,3 dargestellt werden.
Beispiele für meta-substituierte Verbindungen
Das Bild unten zeigt die Meta – Isomere der gleichen oben gezeigten Verbindungen. In diesem Fall kann das 1,3-Substitutionsmuster beobachtet werden, bei dem die Ringsubstituenten durch ein Kohlenstoffatom getrennt sind. Auch hier werden gebräuchliche und systematische Namen sowohl mit dem Präfix meta – (oder seinem Symbol m-) als auch mit der von der IUPAC empfohlenen Nummerierung angezeigt.
Substitutionsmuster für –
Das Präfix para – zeigt ein 1,4-Substitutionsmuster an, bei dem sich die Substituenten in entgegengesetzten Positionen am Ring befinden, wie unten gezeigt:
Die Substitution für kann wie bisher auch durch den Buchstaben p- sowie durch die von der IUPAC empfohlene Nummerierung 1,4 dargestellt werden.
Beispiele für para-substituierte Verbindungen
Das folgende Bild zeigt die para – Isomere der gleichen Verbindungen, die in den beiden vorherigen Beispielen gezeigt wurden. In diesem Fall kann das 1,4-Substitutionsmuster mit den Substituenten an entgegengesetzten Positionen am Ring beobachtet werden. Auch hier werden gebräuchliche und systematische Namen sowohl mit dem Präfix für – (oder seinem Symbol p-) als auch mit der von der IUPAC empfohlenen Nummerierung 1,4 angezeigt.
Zusätzliche Verwendungen der Präfixe ortho- , meta- und para-
Wie am Anfang des Artikels erwähnt, wird dieses Präfixsystem hauptsächlich in der Nomenklatur von disubstituierten aromatischen Verbindungen verwendet. Da es sich jedoch um ein relatives Positionierungssystem handelt, wird es auch häufig verwendet, um die Position von einem oder zwei Kohlenstoffatomen des Benzolrings in Bezug auf einen interessierenden Substituenten anzuzeigen.
In diesen Fällen geben die Präfixe ortho- , meta- und para- nicht unbedingt die absoluten Positionen 1,2, 1,3 und 1,4 des Rings an, sondern beide Positionen 2, 3 und die eindeutige 4 Position in Bezug auf einen bestimmten Substituenten oder Kohlenstoff am Ring, als ob dieser Kohlenstoff Kohlenstoff 1 wäre (obwohl dies möglicherweise nicht der Fall ist).
In dieser Situation ist es unerheblich, ob die Verbindung zwei Substituenten hat oder nicht, da die ortho-, meta- und para-Positionen nur verwendet werden, um relative Positionen am Ring und nicht notwendigerweise die tatsächliche Position von Substituenten zu identifizieren.
Beispiele für zusätzliche Anwendungen von Ortho- , Meta- und Para-
Aktivierende Gruppen und ortho-para-Direktoren: In einem Benzolring bewirkt das Vorhandensein bestimmter funktioneller Gruppen wie der Hydroxylgruppe und der Aminogruppe, dass sich die Kohlenstoffe benachbart und in der entgegengesetzten Position des Rings in Bezug auf diese Gruppen befinden Weitere Reagenzien für elektrophile aromatische Substitutionsreaktionen.
Dies bedeutet, dass, wenn eine aromatische Verbindung mit einer -OH-Gruppe einer elektrophilen Substitution unterzogen wird, diese eher an den Kohlenstoffen auftritt, die sich in ortho-Position befinden (die beiden benachbarten Kohlenstoffe), und an dem Kohlenstoff, der sich in ortho-Position befindet bezüglich der -OH-Gruppe als an den beiden meta-Kohlenstoffen. Diese Arten von Substituenten werden also Aktivatoren genannt (weil sie die Reaktion beschleunigen) und ortho-para-Direktoren, weil die Reaktion hauptsächlich auf diese Kohlenstoffe gerichtet ist.
In Verbindungen mit mehr als zwei Substituenten: Wenn wir einen Ring mit drei oder mehr Substituenten haben, können wir die Präfixe ortho- , meta- und para- verwenden , um die relativen Positionen einiger in Bezug auf andere anzugeben, ungeachtet der Tatsache, dass die Verbindung kann nicht als ortho-, meta- oder para-Isomer bezeichnet werden (da diese Präfixe in der Nomenklatur nur für disubstituierte Ringe gelten). Zum Beispiel können wir in 2,4,6-Trinitrotoluol, dessen Struktur unten gezeigt ist, sagen, dass alle Nitrogruppen (–NO 2) stehen in Metastellung zueinander. Wir können auch sagen, dass zwei von ihnen (die in den Positionen 2 und 6) in Bezug auf die Methylgruppe in ortho-Position sind, während der andere in der para-Position ist (der in Kohlenstoff 4).
Herkunft der Präfixe ortho- , meta- und para-
Die Präfixe ortho- , meta- und para- stammen von griechischen Präfixen. Ortho- kommt vom griechischen orthos -, was richtig oder richtig bedeutet. Das Präfix meta- bedeutet nächstes, was sinnvoll ist, da es die Position ist, die auf die Ortho-Position folgt. Schließlich bedeutet para im Griechischen neben, außerhalb von oder gegen. Im vorliegenden Fall wird die letzte Bedeutung (gegen) verwendet, da es sich, wie wir gesehen haben, um das entgegengesetzte Kohlenstoffatom im Benzolring handelt.
Diese Präfixe wurden ursprünglich 1867 von Wilhelm Körner in die organische Chemie eingeführt, allerdings mit einer anderen Bedeutung als heute. Erst 1879 nahm die Royal Society of Chemistry (die Royal Society of British Chemistry) im Konsens ortho, meta und para an, um die oben beschriebene Substitution anzuzeigen.
Obwohl es sich um ein ziemlich altes Nomenklatursystem handelt, erlaubt die IUPAC immer noch ihre Verwendung. Es wird jedoch nicht empfohlen, insbesondere wegen der Mehrdeutigkeit, die bei heterocyclischen aromatischen Verbindungen auftreten kann.
Einschränkungen der Präfixe ortho- , meta- und para-
Dies ist ein relatives Positionierungssystem, das nur auf Verbindungen angewendet werden kann, die sich von Benzol durch Substitution ihrer Wasserstoffatome ableiten. Als solches kann es nicht auf polycyclische aromatische Verbindungen angewendet werden, wie solche, die von Naphthalin, Anthracen und Phenanthren abgeleitet sind, um nur einige zu nennen.
Auch die Nomenklaturen ortho, meta und para können bei heterocyclischen aromatischen Verbindungen nicht verwendet werden, selbst wenn sie sechsgliedrige aromatische Ringe wie im Fall von Pyridin aufweisen. Der Grund für diese Einschränkung liegt darin, dass in diesen Fällen die unterschiedlichen Positionen, an denen Substituenten verbunden werden können, aufgrund des Vorhandenseins des Heteroatoms nicht gleich sind.
Schließlich können ortho-, meta- und para- nicht in der Nomenklatur von disubstituierten aromatischen Ringen verwendet werden, die keine 6-Kohlenstoff-Ringe aufweisen.
Verweise
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Carey, F. (2021). Organische Chemie (9. Aufl .). MCGRAW HILL BILDUNG.
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Herkunft von «ortho», «meta», «para» . (2016, 17. Oktober). Chemie-Stack-Austausch. https://chemistry.stackexchange.com/questions/61153/origin-of-ortho-meta-para
