Que signifient « ortho-« , « méta- » et « para- » en chimie organique ?

Les préfixes ortho-, méta- et para- représentent un ancien système de nomenclature qui représentait les trois modèles de substitution possibles dans les composés aromatiques monocycliques disubstitués dérivés du benzène. Quel que soit le carbone du cycle substitué qui est pris comme carbone parent, la disubstitution ne peut donner lieu qu’à trois isomères de position distincts avec des substituants aux positions 2, 3 ou 4 par rapport au premier carbone. Chacun de ces isomères est appelé isomère ortho, méta et para, respectivement.

modèle de substitution ortho

Le préfixe ortho- est utilisé pour représenter le modèle de disubstitution dans lequel les deux substituants sont adjacents l’un à l’autre. Autrement dit, ortho- représente le modèle de substitution 1,2 du cycle aromatique disubstitué, comme indiqué ci-dessous :

La substitution ortho peut également être représentée par le symbole o- qui remplace les nombres 1,2- utilisés comme préfixes pour indiquer les positions des substituants. Ces derniers correspondent à la numérotation systématique préconisée par l’Union Internationale de Chimie Pure et Appliquée (UICPA).

Exemples de composés ortho-substitués

L’image ci-dessous montre trois exemples de benzènes disubstitués qui présentent une substitution ortho ou 1,2. Comme on peut le voir dans tous les cas, les deux substituants sont sur des carbones adjacents. Les deux premiers exemples incluent les noms communs sous lesquels ces dérivés aromatiques sont connus et, dans tous les cas, les noms sont indiqués en utilisant à la fois le préfixe ortho (ou son symbole o-) et la numérotation recommandée par l’IUPAC.

modèle de méta- substitution

Le préfixe méta- indique une substitution 1,3 dans laquelle les groupes substituants sont séparés par un carbone, comme indiqué ci-dessous :

Comme dans le cas de la substitution ortho, la substitution méta peut également être représentée par la lettre m-, ainsi que par la numérotation 1,3 recommandée par l’IUPAC.

Exemples de composés méta-substitués

L’image ci-dessous montre les méta – isomères des mêmes composés indiqués ci-dessus. Dans ce cas, le modèle de substitution 1,3 peut être observé dans lequel les substituants du cycle sont séparés par un carbone. Encore une fois, les noms communs et systématiques sont affichés en utilisant à la fois le préfixe méta – (ou son symbole m-) et la numérotation recommandée par l’IUPAC.

Modèle de substitution pour –

Le préfixe para – indique un modèle de substitution 1,4 dans lequel les substituants sont dans des positions opposées sur le cycle, comme indiqué ci-dessous :

Comme précédemment, la substitution de peut également être représentée par la lettre p-, ainsi que par la numérotation 1,4 recommandée par l’IUPAC.

Exemples de composés para-substitués

L’image suivante montre les isomères para – des mêmes composés que ceux présentés dans les deux exemples précédents. Dans ce cas, le modèle de substitution 1,4 peut être observé avec les substituants à des positions opposées sur le cycle. Encore une fois, les noms communs et systématiques sont affichés en utilisant à la fois le préfixe pour – (ou son symbole p-) et la numérotation 1,4 recommandée par l’IUPAC.

Utilisations supplémentaires des préfixes ortho- , méta- et para-

Comme mentionné au début de l’article, ce système de préfixes est principalement utilisé dans la nomenclature des composés aromatiques disubstitués. Cependant, étant un système de positionnement relatif, il est également souvent utilisé pour indiquer la position d’un ou deux carbones du cycle benzénique par rapport à un substituant d’intérêt.

Dans ces cas, les préfixes ortho- , meta- et para- n’indiquent pas nécessairement les positions absolues 1,2, 1,3 et 1,4 de l’anneau, mais plutôt les deux positions 2, 3 et l’unique 4 position par rapport à un substituant ou carbone particulier sur le cycle, comme si ce carbone était le carbone 1 (bien que ce ne soit pas le cas).

Dans cette situation, peu importe que le composé ait deux substituants ou non, puisque les positions ortho, méta et para ne sont utilisées que pour identifier les positions relatives sur le cycle et pas nécessairement la position réelle des substituants.

Exemples d’applications supplémentaires d’ ortho- , méta- et para-

Groupements activateurs et directeurs ortho-para : dans un cycle benzénique, la présence de certains groupements fonctionnels tels que le groupement hydroxyle et le groupement amino, fait que les carbones adjacents et en position opposée du cycle par rapport auxdits groupements soient Plus de réactifs pour les réactions électrophiles de substitution aromatique.

Cela signifie que si un composé aromatique qui a un groupe -OH subit une substitution électrophile, il est plus susceptible de se produire sur les carbones qui sont en position ortho (les deux carbones adjacents) et sur le carbone qui est en position ortho. par rapport au groupe -OH que sur les deux méta-carbones. Ainsi, ces types de substituants sont appelés activateurs (car ils accélèrent la réaction) et directeurs ortho-para, car la réaction est principalement dirigée vers ces carbones.

Dans les composés avec plus de deux substituants : Si nous avons un cycle avec trois substituants ou plus, nous pouvons utiliser les préfixes ortho- , méta- et para- pour indiquer les positions relatives de certains par rapport aux autres, indépendamment du fait que le le composé ne peut pas être nommé isomère ortho, méta ou para (puisque, dans la nomenclature, ces préfixes ne s’appliquent qu’aux cycles disubstitués). Par exemple, dans le 2,4,6-trinitrotoluène, dont la structure est présentée ci-dessous, on peut dire que tous les groupes nitro (–NO ₂) sont en position méta l’un par rapport à l’autre. On peut aussi dire que deux d’entre eux (ceux en positions 2 et 6) sont en position ortho par rapport au groupe méthyle, tandis que l’autre est en position para (celui du carbone 4).

Origine des préfixes ortho- , méta- et para-

Les préfixes ortho- , méta- et para- viennent des préfixes grecs. Ortho- vient du grec orthos -, qui signifie juste ou correct. Le préfixe meta- signifie suivant, ce qui est logique, puisque c’est la position qui suit la position ortho. Enfin, para- en grec signifie adjacent à, en dehors de ou contre. Dans le cas présent, le dernier sens (contre) est utilisé, puisque, comme nous l’avons vu, il s’agit du carbone opposé dans le cycle benzénique.

Ces préfixes ont été introduits à l’origine dans la chimie organique par Wilhelm Körner en 1867, bien qu’avec une signification différente de celle qui est donnée aujourd’hui. Ce n’est qu’en 1879 que la Royal Society of Chemistry (la Royal Society of British Chemistry) adopta par consensus ortho, meta et para pour indiquer la substitution décrite ci-dessus.

Bien qu’il s’agisse d’un système de nomenclature considérablement ancien, l’IUPAC permet toujours son utilisation. Cependant, elle est déconseillée, notamment en raison de l’ambiguïté qui peut survenir avec les composés aromatiques hétérocycliques.

Limitations des préfixes ortho- , méta- et para-

Il s’agit d’un système de positionnement relatif qui ne peut s’appliquer qu’aux composés dérivés du benzène par substitution de leurs atomes d’hydrogène. En tant que tel, il ne peut pas être appliqué aux composés aromatiques polycycliques tels que ceux dérivés du naphtalène, de l’anthracène et du phénanthrène, pour n’en citer que quelques-uns.

La nomenclature ortho, meta et para ne peut pas non plus être utilisée dans les composés aromatiques hétérocycliques, même s’ils ont des cycles aromatiques à six chaînons comme dans le cas de la pyridine. La raison de cette limitation est que, dans ces cas, les différentes positions dans lesquelles les substituants peuvent être connectés ne sont pas égales les unes aux autres en raison de la présence de l’hétéroatome.

Enfin, ortho-, méta- et para- ne peuvent pas être utilisés dans la nomenclature des cycles aromatiques disubstitués qui n’ont pas de cycles à 6 carbones.

Les références

ACD Labs (nd). Règle A-12. Composés aromatiques substitués (HYDROCARBURES MONOCYCLIQUES) . ADC Labs. https://www.acdlabs.com/iupac/nomenclature/79/r79_61.htm#a_12_3

Carey, F. (2021). Chimie organique (9e ^éd .). ÉDUCATION DE MCGRAW HILL.

Nommer les benzènes. (2015, 18 juillet). https://chem.libretexts.org/@go/page/32469

Origine de «ortho», «meta», «para» . (2016, 17 octobre). Échange de pile de chimie. https://chemistry.stackexchange.com/questions/61153/origin-of-ortho-meta-para