Tabla de Contenidos
Τα προθέματα ορθο-, μετα- και παρα- αντιπροσωπεύουν ένα αρχαίο σύστημα ονοματολογίας που αντιπροσώπευε τα τρία πιθανά μοτίβα υποκατάστασης σε διυποκατεστημένες μονοκυκλικές αρωματικές ενώσεις που προέρχονται από το βενζόλιο. Ανεξάρτητα από το ποιος από τους άνθρακες υποκατεστημένου δακτυλίου λαμβάνεται ως μητρικός άνθρακας, η διυποκατάσταση μπορεί να προκαλέσει μόνο τρία διαφορετικά ισομερή θέσης με υποκαταστάτες στις θέσεις 2, 3 ή 4 σε σχέση με τον πρώτο άνθρακα. Κάθε ένα από αυτά τα ισομερή ονομάζεται ορθο, μετα και παρα ισομερές, αντίστοιχα.
μοτίβο αντικατάστασης ορθο
Το πρόθεμα ortho- χρησιμοποιείται για να αναπαραστήσει το πρότυπο της διυποκατάστασης στο οποίο και οι δύο υποκαταστάτες είναι γειτονικοί ο ένας στον άλλο. Δηλαδή, το ορθο- αντιπροσωπεύει το μοτίβο υποκατάστασης 1,2 του διυποκατεστημένου αρωματικού δακτυλίου, όπως φαίνεται παρακάτω:
Η αντικατάσταση ορθο μπορεί επίσης να αναπαρασταθεί με το σύμβολο o- το οποίο αντικαθιστά τους αριθμούς 1,2- που χρησιμοποιούνται ως προθέματα για να υποδείξουν τις θέσεις των υποκαταστατών. Οι τελευταίες αντιστοιχούν στη συστηματική αρίθμηση που προτείνει η Διεθνής Ένωση Καθαρής και Εφαρμοσμένης Χημείας (IUPAC).
Παραδείγματα ορθο-υποκατεστημένων ενώσεων
Η παρακάτω εικόνα δείχνει τρία παραδείγματα διυποκατεστημένα βενζολίων που παρουσιάζουν είτε ορθο είτε 1,2 υποκατάσταση. Όπως μπορεί να φανεί σε όλες τις περιπτώσεις, και οι δύο υποκαταστάτες βρίσκονται σε γειτονικούς άνθρακες. Τα δύο πρώτα παραδείγματα περιλαμβάνουν τις κοινές ονομασίες με τις οποίες είναι γνωστά αυτά τα αρωματικά παράγωγα και σε όλες τις περιπτώσεις τα ονόματα εμφανίζονται χρησιμοποιώντας τόσο το ορθό πρόθεμα (ή το σύμβολό του ο-) όσο και την αρίθμηση που προτείνει η IUPAC.
μοτίβο μετα- υποκατάστασης
Το πρόθεμα meta- υποδεικνύει μια υποκατάσταση 1,3 στην οποία οι ομάδες υποκαταστατών διαχωρίζονται από έναν άνθρακα, όπως φαίνεται παρακάτω:
Όπως και στην περίπτωση της ορθο-υποκατάστασης, η μετα-υποκατάσταση μπορεί επίσης να αναπαρασταθεί με το γράμμα m-, καθώς και με την αρίθμηση 1,3 που προτείνει η IUPAC.
Παραδείγματα μετα-υποκατεστημένων ενώσεων
Η παρακάτω εικόνα δείχνει τα μετα – ισομερή των ίδιων ενώσεων που φαίνονται παραπάνω. Σε αυτή την περίπτωση, μπορεί να παρατηρηθεί το σχέδιο υποκατάστασης 1,3 στο οποίο οι υποκαταστάτες δακτυλίου διαχωρίζονται από έναν άνθρακα. Και πάλι, τα κοινά και συστηματικά ονόματα εμφανίζονται χρησιμοποιώντας τόσο το πρόθεμα meta – (ή το σύμβολό του m-) όσο και τη συνιστώμενη αρίθμηση της IUPAC.
Πρότυπο αντικατάστασης για –
Το πρόθεμα para – υποδεικνύει ένα μοτίβο αντικατάστασης 1,4 στο οποίο οι υποκαταστάτες βρίσκονται σε αντίθετες θέσεις στον δακτύλιο, όπως φαίνεται παρακάτω:
Όπως και πριν, η αντικατάσταση για μπορεί επίσης να αντιπροσωπεύεται από το γράμμα p-, καθώς και με την αρίθμηση 1,4 που προτείνει η IUPAC.
Παραδείγματα παρα-υποκατεστημένων ενώσεων
Η παρακάτω εικόνα δείχνει τα παρα -ισομερή των ίδιων ενώσεων που φαίνονται στα δύο προηγούμενα παραδείγματα. Σε αυτή την περίπτωση, το σχέδιο αντικατάστασης 1,4 μπορεί να παρατηρηθεί με τους υποκαταστάτες σε αντίθετες θέσεις στον δακτύλιο. Και πάλι, τα κοινά και συστηματικά ονόματα εμφανίζονται χρησιμοποιώντας τόσο το πρόθεμα για – (ή το σύμβολό του p-) όσο και τη συνιστώμενη αρίθμηση 1,4 της IUPAC.
Πρόσθετες χρήσεις των προθεμάτων ορθο- , μετα- και παρα-
Όπως αναφέρθηκε στην αρχή του άρθρου, αυτό το σύστημα προθέματος χρησιμοποιείται κυρίως στην ονοματολογία των διυποκατεστημένων αρωματικών ενώσεων. Ωστόσο, επειδή είναι ένα σχετικό σύστημα τοποθέτησης, χρησιμοποιείται επίσης συχνά για να υποδείξει τη θέση ενός ή δύο ανθράκων του δακτυλίου βενζολίου σε σχέση με έναν υποκαταστάτη που μας ενδιαφέρει.
Σε αυτές τις περιπτώσεις, τα προθέματα ορθο- , μετα- και παρα- δεν υποδεικνύουν απαραίτητα τις απόλυτες θέσεις 1,2, 1,3 και 1,4 του δακτυλίου, αλλά μάλλον και τις 2, 3 θέσεις και το μοναδικό 4 θέση σε σχέση με έναν συγκεκριμένο υποκαταστάτη ή άνθρακα στον δακτύλιο, σαν αυτός ο άνθρακας να ήταν άνθρακας 1 (αν και μπορεί να μην είναι).
Σε αυτήν την περίπτωση, δεν έχει σημασία εάν η ένωση έχει δύο υποκαταστάτες ή όχι, καθώς οι θέσεις ορθο, μετα και παρά χρησιμοποιούνται μόνο για τον προσδιορισμό των σχετικών θέσεων στον δακτύλιο και όχι απαραίτητα την πραγματική θέση των υποκαταστατών.
Παραδείγματα πρόσθετων εφαρμογών ορθο- , μετα- και παρα-
Ενεργοποιώντας ομάδες και ορθο-παρακατευθυντές: σε έναν δακτύλιο βενζολίου, η παρουσία ορισμένων λειτουργικών ομάδων όπως η ομάδα υδροξυλίου και η αμινομάδα, προκαλεί τους άνθρακες που είναι γειτονικοί και στην αντίθετη θέση του δακτυλίου σε σχέση με τις εν λόγω ομάδες. Περισσότερα αντιδραστήρια για ηλεκτρόφιλες αντιδράσεις αρωματικής υποκατάστασης.
Αυτό σημαίνει ότι εάν μια αρωματική ένωση που έχει μια ομάδα –ΟΗ υφίσταται ηλεκτροφιλική υποκατάσταση, είναι πιο πιθανό να εμφανιστεί στους άνθρακες που βρίσκονται στην ορθοθέση (οι δύο γειτονικοί άνθρακες) και στον άνθρακα που βρίσκεται στην ορθοθέση. σε σχέση με την ομάδα –ΟΗ παρά στους δύο μετα-άνθρακες. Έτσι, αυτοί οι τύποι υποκαταστατών ονομάζονται ενεργοποιητές (επειδή κάνουν την αντίδραση ταχύτερη) και ορθο-παρακατευθυντές, επειδή η αντίδραση κατευθύνεται κυρίως σε αυτούς τους άνθρακες.
Σε ενώσεις με περισσότερους από δύο υποκαταστάτες: Εάν έχουμε έναν δακτύλιο με τρεις ή περισσότερους υποκαταστάτες, μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε τα προθέματα ορθο- , μετα- και παρά- για να υποδείξουμε τις σχετικές θέσεις ορισμένων σε σχέση με άλλους, ανεξάρτητα από το γεγονός ότι το Η ένωση δεν μπορεί να ονομαστεί ως ορθο, μετα ή παραϊσομερές (καθώς, στην ονοματολογία, αυτά τα προθέματα ισχύουν μόνο για διυποκατεστημένους δακτυλίους). Για παράδειγμα, στο 2,4,6-τρινιτροτολουόλιο, του οποίου η δομή φαίνεται παρακάτω, μπορούμε να πούμε ότι όλες οι νιτροομάδες (–NO 2) βρίσκονται σε μετα-θέση μεταξύ τους. Μπορούμε επίσης να πούμε ότι δύο από αυτά (αυτά που βρίσκονται στις θέσεις 2 και 6) βρίσκονται στην ορθό θέση ως προς τη μεθυλική ομάδα, ενώ η άλλη είναι στη θέση παρά (αυτή στον άνθρακα 4).
Προέλευση των προθεμάτων ορθο- , μετα- και παρα-
Τα προθέματα ορθο- , μετα- και παρα- προέρχονται από ελληνικά προθέματα. Ορθό- προέρχεται από το ελληνικό ορθός -, που σημαίνει σωστό ή σωστό. Το πρόθεμα μετα- σημαίνει επόμενο, το οποίο είναι λογικό, αφού είναι η θέση που ακολουθεί την ορθοθέτη. Τέλος, παρα- στα ελληνικά σημαίνει παρακείμενος, έξω από ή κατά. Στην προκειμένη περίπτωση χρησιμοποιείται η τελευταία έννοια (κατά), αφού, όπως είδαμε, είναι ο αντίθετος άνθρακας στον δακτύλιο βενζολίου.
Αυτά τα προθέματα εισήχθησαν αρχικά στην οργανική χημεία από τον Wilhelm Körner το 1867, αν και με διαφορετικό νόημα από αυτό που δίνεται σήμερα. Μόλις το 1879 η Βασιλική Εταιρεία Χημείας (η Βασιλική Εταιρεία Βρετανικής Χημείας) υιοθέτησε με συναίνεση τα ορθό, μετα και παρά για να υποδείξει την αντικατάσταση που περιγράφηκε παραπάνω.
Παρά το γεγονός ότι είναι ένα αρκετά παλιό σύστημα ονοματολογίας, το IUPAC εξακολουθεί να επιτρέπει τη χρήση του. Ωστόσο, δεν συνιστάται, ιδιαίτερα λόγω της ασάφειας που μπορεί να προκύψει με τις ετεροκυκλικές αρωματικές ενώσεις.
Περιορισμοί των προθεμάτων ορθο- , μετα- και παρα-
Αυτό είναι ένα σχετικό σύστημα τοποθέτησης που μπορεί να εφαρμοστεί μόνο σε ενώσεις που προέρχονται από βενζόλιο με υποκατάσταση των ατόμων υδρογόνου τους. Ως εκ τούτου, δεν μπορεί να εφαρμοστεί σε πολυκυκλικές αρωματικές ενώσεις όπως αυτές που προέρχονται από το ναφθαλίνιο, το ανθρακένιο και το φαινανθρένιο, για να αναφέρουμε μερικές.
Ούτε η ονοματολογία ortho, meta και para μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε ετεροκυκλικές αρωματικές ενώσεις, ακόμη και αν έχουν εξαμελείς αρωματικούς δακτυλίους όπως στην περίπτωση της πυριδίνης. Ο λόγος για αυτόν τον περιορισμό είναι ότι, σε αυτές τις περιπτώσεις, οι διαφορετικές θέσεις στις οποίες μπορούν να συνδεθούν οι υποκαταστάτες δεν είναι ίσες μεταξύ τους λόγω της παρουσίας του ετεροατόμου.
Τέλος, τα ορθο-, μετα- και παρα- δεν μπορούν να χρησιμοποιηθούν στην ονοματολογία των διυποκατεστημένου αρωματικών δακτυλίων που δεν έχουν δακτυλίους 6 άνθρακα.
βιβλιογραφικές αναφορές
Εργαστήρια ACD (η). Κανόνας Α-12. Υποκατεστημένες Αρωματικές Ενώσεις (ΜΟΝΟΚΥΚΛΙΚΟΙ ΥΔΡΟΑΝΘΡΑΚΕΣ) . ADC Labs. https://www.acdlabs.com/iupac/nomenclature/79/r79_61.htm#a_12_3
Carey, F. (2021). Organic Chemistry (9η έκδ .). ΕΚΠΑΙΔΕΥΣΗ MCGRAW HILL.
Ονομάζοντας τους Benzenes. (2015, 18 Ιουλίου). https://chem.libretexts.org/@go/page/32469
Προέλευση των «ορθο», «μετα», «παρά» . (2016, 17 Οκτωβρίου). Chemistry Stack Exchange. https://chemistry.stackexchange.com/questions/61153/origin-of-ortho-meta-para
