Mitä ”orto-”, ”meta-” ja ”para-” tarkoittavat orgaanisessa kemiassa?

Etuliitteet orto-, meta- ja para- edustavat muinaista nimistöjärjestelmää, joka edusti kolmea mahdollista substituutiomallia bentseenistä johdetuissa disubstituoiduissa monosyklisissä aromaattisissa yhdisteissä. Riippumatta siitä, mikä substituoiduista renkaan hiileistä otetaan kantahiileksi, disubstituutio voi saada aikaan vain kolme erillistä paikkaisomeeriä, joissa substituentit ovat asemissa 2, 3 tai 4 suhteessa ensimmäiseen hiileen. Kutakin näistä isomeereistä kutsutaan orto-, meta- ja para-isomeereiksi, vastaavasti.

ortokorvauskuvio

Etuliitettä orto- käytetään edustamaan disubstituutiomallia, jossa molemmat substituentit ovat vierekkäin. Eli orto- edustaa disubstituoidun aromaattisen renkaan 1,2-substituutiokuviota, kuten alla on esitetty:

Orto-substituutiota voidaan esittää myös symbolilla o-, joka korvaa substituenttien paikkoja osoittavina etuliitteinä käytetyt numerot 1,2-. Jälkimmäiset vastaavat Kansainvälisen puhtaan ja sovelletun kemian liiton (IUPAC) suosittelemaa systemaattista numerointia.

Esimerkkejä orto-substituoiduista yhdisteistä

Alla olevassa kuvassa on kolme esimerkkiä disubstituoiduista bentseeneistä, joissa on joko orto- tai 1,2-substituutio. Kuten kaikissa tapauksissa voidaan nähdä, molemmat substituentit ovat vierekkäisissä hiileissä. Kaksi ensimmäistä esimerkkiä sisältävät yleiset nimet, joilla nämä aromaattiset johdannaiset tunnetaan, ja kaikissa tapauksissa nimet on esitetty käyttäen sekä orto-etuliitettä (tai sen symbolia o-) että IUPACin suosittelemaa numerointia.

meta- korvauskuvio

Etuliite meta- tarkoittaa 1,3-substituutiota, jossa substituenttiryhmät on erotettu yhdellä hiilellä, kuten alla on esitetty:

Kuten ortosubstituution tapauksessa, meta-substituutio voidaan esittää myös kirjaimella m- sekä IUPAC:n suosittelemalla numerolla 1,3.

Esimerkkejä meta-substituoiduista yhdisteistä

Alla olevassa kuvassa näkyy edellä esitettyjen samojen yhdisteiden meta – isomeerit . Tässä tapauksessa voidaan havaita 1,3-substituutiokuvio, jossa rengassubstituentit on erotettu toisistaan ​​yhdellä hiilellä. Jälleen yleiset ja systemaattiset nimet esitetään käyttäen sekä etuliitettä meta – (tai sen symbolia m-) että IUPACin suosittelemaa numerointia.

Korvauskuvio – _

Etuliite para – osoittaa 1,4-substituutiokuvion, jossa substituentit ovat vastakkaisissa asemissa renkaassa, kuten alla on esitetty:

Kuten aiemminkin, korvaus voidaan esittää myös kirjaimella p- sekä IUPAC:n suosittelemalla numerolla 1,4.

Esimerkkejä para-substituoiduista yhdisteistä

Seuraava kuva näyttää samojen yhdisteiden para -isomeerit, jotka on esitetty kahdessa edellisessä esimerkissä. Tässä tapauksessa 1,4-substituutiokuvio voidaan havaita, kun substituentit ovat renkaan vastakkaisissa kohdissa. Jälleen yleiset ja systemaattiset nimet esitetään käyttäen sekä etuliitettä – ( tai sen symbolia p-) että IUPACin suosittelemaa 1,4-numerointia.

Etuliitteiden orto- , meta- ja para- lisäkäytöt

Kuten artikkelin alussa mainittiin, tätä etuliitejärjestelmää käytetään pääasiassa disubstituoitujen aromaattisten yhdisteiden nimikkeistössä. Kuitenkin, koska se on suhteellinen paikannusjärjestelmä, sitä käytetään usein myös osoittamaan bentseenirenkaan yhden tai kahden hiilen asema suhteessa kiinnostavaan substituenttiin.

Näissä tapauksissa etuliitteet orto- , meta- ja para- eivät välttämättä osoita renkaan absoluuttisia 1,2, 1,3 ja 1,4 paikkoja, vaan pikemminkin molempia 2, 3 asentoja ja ainutlaatuista 4:ää. asema suhteessa tiettyyn substituenttiin tai hiileen renkaassa, ikään kuin tuo hiili olisi hiili 1 (vaikka se ei ehkä ole).

Tässä tilanteessa ei ole merkitystä, onko yhdisteessä kaksi substituenttia vai ei, koska orto-, meta- ja para-asemia käytetään vain tunnistamaan suhteellisia asentoja renkaassa, ei välttämättä substituenttien todellista asemaa.

Esimerkkejä lisäsovelluksista orto- , meta- ja para-

Aktivoivat ryhmät ja orto-para-ohjaajat: bentseenirenkaassa tiettyjen funktionaalisten ryhmien, kuten hydroksyyliryhmän ja aminoryhmän, läsnäolo aiheuttaa renkaan vierekkäin ja vastakkaisessa asemassa olevien hiilen muodostumisen mainittuihin ryhmiin nähden. Lisää reagensseja elektrofiilisiin aromaattisiin substituutioreaktioihin.

Tämä tarkoittaa, että jos aromaattinen yhdiste, jossa on -OH-ryhmä, käy läpi elektrofiilisen substituution, se tapahtuu todennäköisemmin hiilessä, joka on orto-asemassa (kaksi vierekkäistä hiiltä) ja hiilessä, joka on orto-asemassa. -OH-ryhmän suhteen kuin kahdessa meta-hiilessä. Joten tämän tyyppisiä substituentteja kutsutaan aktivaattoreiksi (koska ne nopeuttavat reaktiota) ja orto-para-ohjaajiksi, koska reaktio on suunnattu pääasiassa näihin hiileihin.

Yhdisteissä, joissa on enemmän kuin kaksi substituenttia: Jos meillä on rengas, jossa on kolme tai useampia substituentteja, voimme käyttää etuliitteitä orto- , meta- ja para- osoittamaan joidenkin suhteellisia paikkoja suhteessa muihin, riippumatta siitä, että yhdistettä ei voida nimetä orto-, meta- tai para-isomeeriksi (koska nimistössä nämä etuliitteet koskevat vain disubstituoituja renkaita). Esimerkiksi 2,4,6-trinitrotolueenissa, jonka rakenne on esitetty alla, voidaan sanoa, että kaikki nitroryhmät (-NO ₂) ovat meta-asennossa toisiinsa nähden. Voidaan myös sanoa, että kaksi niistä (asemissa 2 ja 6 olevat) ovat orto-asennossa metyyliryhmän suhteen, kun taas toinen on para-asemassa (toinen hiilessä 4).

Etuliitteiden orto- , meta- ja para- alkuperä

Prefiksit orto- , meta- ja para- tulevat kreikkalaisista etuliitteistä. Ortho- tulee kreikan sanasta orthos -, mikä tarkoittaa oikein tai oikein. Etuliite meta- tarkoittaa seuraavaa, mikä on järkevää, koska se on asema, joka seuraa orto-asentoa. Lopuksi para- tarkoittaa kreikaksi vieressä, ulkopuolella tai vastaan. Tässä tapauksessa käytetään viimeistä merkitystä (vastaan), koska, kuten olemme nähneet, se on vastakkainen hiili bentseenirenkaassa.

Wilhelm Körner lisäsi nämä etuliitteet alun perin orgaaniseen kemiaan vuonna 1867, vaikka niillä on eri merkitys kuin nykyään. Vasta vuonna 1879 Royal Society of Chemistry (Royal Society of British Chemistry) hyväksyi konsensuksella orto-, meta- ja para-periaatteen osoittamaan edellä kuvatun substituution.

Vaikka IUPAC on melko vanha nimikkeistöjärjestelmä, se sallii edelleen sen käytön. Sitä ei kuitenkaan suositella, varsinkin heterosyklisten aromaattisten yhdisteiden yhteydessä mahdollisesti syntyvän epäselvyyden vuoksi.

Orto- , meta- ja para- etuliitteiden rajoitukset

Tämä on suhteellinen paikannusjärjestelmä, jota voidaan soveltaa vain yhdisteisiin, jotka on johdettu bentseenistä substituoimalla niiden vetyatomit. Sellaisenaan sitä ei voida soveltaa polysyklisiin aromaattisiin yhdisteisiin, kuten niihin, jotka on johdettu naftaleenista, antraseenista ja fenantreenista muutamia mainitakseni.

Myöskään orto-, meta- ja para-nimikkeistöä ei voida käyttää heterosyklisissä aromaattisissa yhdisteissä, vaikka niissä olisi kuusijäseniset aromaattiset renkaat, kuten pyridiinin tapauksessa. Syy tähän rajoitukseen on se, että näissä tapauksissa eri asemat, joissa substituentit voivat liittyä, eivät ole keskenään samanarvoisia heteroatomin läsnäolon vuoksi.

Lopuksi, orto-, meta- ja para- ei voida käyttää nimikkeistössä disubstituoituja aromaattisia renkaita, joissa ei ole 6-hiilirenkaita.

Viitteet

ACD Labs. (nd). Sääntö A-12. Substituoidut aromaattiset yhdisteet (MONOSYKLISET HIILIVEDYT) . ADC Labs. https://www.acdlabs.com/iupac/nomenclature/79/r79_61.htm#a_12_3

Carey, F. (2021). Organic Chemistry (9. ^painos ). MCGRAW HILLIN KOULUTUS.

Bentseenien nimeäminen. (2015, 18. heinäkuuta). https://chem.libretexts.org/@go/page/32469

Sanojen «ortho», «meta», «para» alkuperä . (2016, 17. lokakuuta). Chemistry Stack Exchange. https://chemistry.stackexchange.com/questions/61153/origin-of-ortho-meta-para