Введение

Положение молекул, присоединенных к бензольным кольцам. Схемы замещения в аренах – часть номенклатуры IUPAC органической химии, указывающая на взаимное расположение заместителей, отличных от водорода, в ароматическом углеводороде.

Орто, мета и пара замена

При орто-замещении два заместителя находятся в соседних положениях, которые могут быть пронумерованы как 1 и 2. На диаграмме эти положения обозначены как R и "орто". При мета-замещении заместители находятся в положениях 1 и 3 (соответствующих R и "мета" на диаграмме). При пара-замещении заместители находятся на противоположных концах (в положениях 1 и 4, соответствующих R и "пара" на диаграмме). Толуидины являются примером этих трех типов замещения.

Синтез

Группы, донорирующие электроны, например амино-, гидроксильные, алкильные и фенильные группы, обычно направляют замещение в орто- и пара-положения, а группы, оттягивающие электроны, такие как нитро-, нитрильные и кетоновые группы, обычно направляют замещение в мета-положение.

Свойства

Хотя конкретные значения зависят от соединения, в простых ди-замещенных аренах три изомера, как правило, имеют довольно близкие температуры кипения. Однако пара-изомер обычно обладает самой высокой температурой плавления и наименьшей растворимостью в заданном растворителе среди трех изомеров.

Разделение орто- и параизомеров

Поскольку группы, донорирующие электроны, являются орто- и пара-ориентирующими, разделение этих изомеров – распространенная проблема в синтетической химии. Существует несколько методов для разделения этих изомеров: колоночная хроматография часто позволяет разделить эти изомеры, поскольку ортоизомер, как правило, более полярен, чем параизомер. Фракционную кристаллизацию можно использовать для получения чистого пара-продукта, основываясь на том, что он менее растворим, чем ортоизомер, и, следовательно, кристаллизуется первым. Следует избегать совместной кристаллизации ортоизомера. Орто- и пара-изомеры многих нитросоединений имеют значительно отличающиеся температуры кипения. Эти изомеры часто можно разделить с помощью дистилляции. Эти разделенные изомеры можно превратить в соли диазония и использовать для получения других чистых орто- или пара-соединений.

Ипсо, мезо и перизамещение

Ипсо-замещение описывает ситуацию, когда два заместителя занимают одно и то же положение в кольце промежуточного соединения в реакции электрофильного ароматического замещения. Триметилсилильные, трет-бутильные и изопропильные группы способны образовывать стабильные карбокатионы и поэтому являются ипсо-ориентирующими группами. "Мезо-замещение" относится к заместителям, находящимся в бензильном положении. Оно наблюдается в соединениях, таких как каликсарены и акридины. "Пери"-замещение происходит в нафталинах для заместителей в 1-й и 8-й позициях.

Замена кино и телевидения

При цин-замещении входящая группа занимает позицию, соседнюю с той, которую занимает уходящая группа. Например, цин-замещение наблюдается в химии аринов. «Теле»-замещение происходит, когда новая позиция находится на расстоянии более одного атома от кольца.

Происхождение

Префиксы ortho, meta и para все происходят из греческого языка и означают соответственно «правильный», «после» и «рядом». Связь с современным значением, возможно, не сразу очевидна. Исторически обозначение «ortho» использовалось для исходного соединения, а изомер часто называли «meta»-соединением. Например, тривиальные названия ортофосфорная кислота и триметафосфорная кислота не имеют никакого отношения к ароматическим соединениям. Аналогично, обозначение «para» было зарезервировано для близкородственных соединений. Так, Йёнс Якоб Берцелиус в 1830 году первоначально назвал рацемическую форму винной кислоты «паратартарной кислотой» (другой устаревший термин: рацемическая кислота). Использование префиксов ortho, meta и para для различения изомеров ди-замещенных ароматических колец начинается с Вильгельма Кёрнера в 1867 году, хотя он применял префикс «ortho» к 1,4-изомеру, а префикс «meta» – к 1,2-изомеру. Немецкий химик Карл Грэбе впервые использовал в 1869 году префиксы ortho, meta и para для обозначения конкретных относительных положений заместителей в ди-замещенном ароматическом кольце (в частности, нафталине). В 1870 году немецкий химик Виктор Мейер впервые применил номенклатуру Грэбе к бензолу. Современная номенклатура была введена Химическим обществом в 1879 году.