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.
Arene substitution patterns are part of organic chemistry IUPAC nomenclature and pinpoint the position of substituents other than hydrogen in relation to each other on an aromatic hydrocarbon.
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.
Column chromatography will often separate these isomers, as the ortho is more polar than the para in general. Fractional crystallisation can be used to obtain pure para product, relying on the principle that it is less soluble than the ortho and thus will crystallise first. Care must be taken to avoid cocrystallisation of the ortho isomer. Many nitro compounds' ortho and para isomers have quite different boiling points. These isomers can often be separated by distillation. These separated isomers can be converted to diazonium salts and used to prepare other pure ortho or para compounds.
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.