Sivuketju (orgaaninen kemia) — määritelmä, tyypit ja merkinnät
Sivuketju orgaanisessa kemiassa — selkeä määritelmä, keskeiset tyypit (alkyylit, heteroryhmät) ja merkintätavat (R, X, Y, Z). Opas opiskelijoille ja tutkijoille.
Sivuketju on orgaanisessa kemiassa kemiallinen ryhmä, joka on kiinnittynyt molekyylin pääketjuun tai selkärankaan. Sivuketju tunnetaan myös nimillä riippuketju tai substituentti. Se voi olla yksinkertainen hiilivetyryhmä, aromaattinen rengas, heteroatomia sisältävä funktionaalinen ryhmä tai jopa suurempi rakenneyksikkö, joka vaikuttaa molekyylin fysikaalisiin ja kemiallisiin ominaisuuksiin.
Tyypit ja esimerkit
- Alkyyliryhmät (tyydyttyneet hiilivedyt): yleinen merkintä on R. Esimerkkejä: metyyli (CH3–), etyyli (C2H5–). Eräitä tavallisia muunnelmia: isopropyyli (i‑Pr, (CH3)2CH–), n‑butyyli (CH3CH2CH2CH2–), isobutyyli ((CH3)2CHCH2–) ja tert‑butyyli (t‑Bu, (CH3)3C–).
- Aryyliryhmät: aromaattiset substituentit, yleisin on fenyyliryhmä (C6H5–).
- Heteroatom- ja funktionaaliset substituentit: halogeenit (F, Cl, Br, I), hydroksyyli (–OH, nimetään usein hydroksyyliksi tai hydroksi-), alkoksy (–OR), nitro (–NO2) jne. Näitä edustetaan usein yleismerkeillä X, Y tai Z kun halutaan korostaa, että ryhmä ei ole pelkkä hiilivety.
- Syklisten substituentit: esimerkiksi sykloheksyyli (C6H11–) tai muut rengasrakenteet, jotka voivat kiinnittyä pääketjuun.
- Polymeerien sivuketjut: polymeereissä puhutaan usein pendantti- eli sivuketjuista (esim. styreeni‑yksikön fenyylisivuketju polystyreenissä). Sivuketjun pituus, jäykkyys ja funktionaalisuus vaikuttavat polymeerin ominaisuuksiin.
- Biokemialliset sivuketjut: aminohapoissa peptidisidoksessa oleva sivuketju ilmaistaan usein yleisellä R‑ryhmänä (esim. glysiinin R = H, alaniinin R = CH3 jne.), ja nämä määräävät proteiinin kemialliset ominaisuudet.
Nimeäminen ja merkinnät
IUPAC‑nimistössä sivuketjut nimetään substituenteiksi ja ne sijoitetaan pääketjun nimen eteen. Tärkeitä periaatteita:
- Valitaan pisin jatkuva hiiliketju pääketjuksi, ja sivuketjut numeroidaan siten, että lokanttien summa on mahdollisimman pieni.
- Useista substituenteista käytetään etu- ja taivutusprefiksejä kuten di, tri jne. (esim. 2,3‑dimetyyliheksaani).
- Substituentit luetellaan aakkosjärjestyksessä niiden perusnimellä (yläetuliitteitä kuten di‑, tri‑ ei oteta huomioon aakkosjärjestyksessä).
- Monimutkaiset substituentit merkitään usein sulkujen avulla, ja niiden sisäinen numerointi voi alkaa uudelleen, jos substituentti sisältää oman pääketjunsa.
- Yleismerkintöjä käytetään tilanteissa, joissa substituentin tarkka koostumus jätetään avoimeksi: R, R′, R1, R2 kuvaavat yleensä hiilivetyryhmiä tai muuta valinnaista orgaanista ryhmää; X, Y, Z käytetään usein heteroatomipohjaisille ryhmille (esim. halogeeni tai muu funktionaalinen ryhmä).
Rakenteellinen vaikutus ja isomeria
Sivuketjun sijainti ja rakenne voivat johtaa isomeriaan: sama molekyylikaava mutta eri järjestys antaa erilaisia isomeereja (esim. 2‑metyyli‑propaani vs. butaani). Sivuketjujen haarautuminen vaikuttaa myös fysikaalisiin ominaisuuksiin kuten sulamis‑ ja kiehumispisteisiin sekä liukoisuuteen. Haarautuneet substituentit yleensä alentavat kiehumispistettä verrattuna lineaarisiin isomeereihin samaan molekyylipainoon.
Käyttö ja merkitys
- Sivuketjut määräävät usein molekyylin reaktiivisuuden, sterisen tilan ja elektroniset vaikutukset (esim. elektroninluovuttava vs. elektronivetävä substituentti).
- Teollisuudessa sivuketjujen muokkaus voi muuttaa polymeerien mekaanisia ja lämpöominaisuuksia tai lääkkeiden farmakokinetiikkaa.
- Biokemiallisesti aminohappojen sivuketjut määrittävät proteiinien kolmiulotteisen muodon ja toiminnan.
Etsiä