Inom organisk kemi och biokemi är substituent en beteckning för en enskild atom eller en grupp atomer som tar en annan atoms plats i en molekyl. De ersätter denna atom. Denna reaktion kallas för en substitutionsreaktion. Den atom eller grupp av atomer som ersätts kallas för avgångsgrupp.

Termerna substituent, sidokedja, grupp, gren eller hängande grupp används på samma sätt för att beskriva grenar från en huvudstruktur. Dessa termer har olika betydelser inom polymerkemin. I polymerer sträcker sig sidokedjor från en ryggradstruktur, medan de är knutna till alfakolatomerna i aminosyrans ryggrad i proteiner.

Den organiska kemin har regler för hur föreningar med substituentgrupper ska benämnas. Substituentgruppen anges först med ett suffix som beskriver hur den är knuten till huvudkolkedjan. Suffixet -yl används vid namngivning av organiska föreningar som innehåller en enkelbindning som ersätter ett väte. -yliden och -ylidyn används för dubbelbindningar respektive trippelbindningar. Vid namngivning av kolväten som innehåller en substituent kan positionsnummer användas. Dessa nummer anger vilken kolatom substituenten är fäst vid. Ett fall där denna information behövs är isomerer.

Vad skiljer substituent från funktionell grupp?

En substituent är i grunden en atom eller atomgrupp som ersätter ett väte i en större molekyl. En funktionell grupp är ofta en substituent men kan också utgöra huvudgruppens identitet och då bestämma suffixet i namnet (t.ex. -ol för alkoholer, -al för aldehyder). I praktiken kan samma atomgrupp betraktas som substituent i ett fall och som funktionell grupp i ett annat beroende på vilken del av molekylen som betraktas som huvudkedjan.

Regler vid namngivning (kort översikt)

  • Välj den längsta kontinuerliga kolkedjan som huvudkedja.
  • Numrera kedjan så att substituenterna får lägsta möjliga uppsättning positionsnummer.
  • Ange substituenternas namn och positionsnummer före huvudkedjans namn. Använd multiplicativa prefix (di-, tri-, tetra-) när samma substituent förekommer flera gånger.
  • Vid alfabetisk ordning för flera olika substituenter räknas inte multiplicativa prefix (di-, tri- etc.).
  • Välj suffix (t.ex. -ol, -on) utifrån prioriteringsreglerna för funktionella grupper när huvudgruppen bestäms.
  • Om stereokemi är relevant, ange R/S eller E/Z före huvudnamnet.

Vanliga typer av substituenter

  • Alkylgrupper: metyl (–CH3), etyl (–C2H5), propyl, isopropyl (i-Pr), sek-butyl, tert-butyl (t-Bu).
  • Aryl- och benzylgrupper: fenyl (–C6H5), benzyl (–CH2–C6H5).
  • Vinyl/allyl: vinyl (–CH=CH2), allyl (–CH2–CH=CH2).
  • Heteroatom-substituenter: hydroxi (–OH), amino (–NH2), nitro (–NO2), karbonylrelaterade grupper (t.ex. –CO– som acylsubstituent).
  • Halogener (ange som prefix): fluoro, kloro, bromo, jodo.

Elektroniska effekter och reaktivitet

Substituenters elektroniska egenskaper påverkar molekylers reaktivitet. Elektrondonerande grupper (EDG) kan stabilisera positiva laddningar via +R- eller +I-effekt och är ofta orto/para-dirigerande i aromatiska elektrofil substitutioner. Elektronwithdrivande grupper (EWG) via −I eller −R gör ofta kolatomer mer elektrofiliska och är oftare meta-dirigerande i aromatiska system. Dessa effekter används för att förutsäga reaktionsprodukter och mekanismer.

Mest substituerade vs minst substituerade

Uttrycken mest substituerade och minst substituerade används ofta för att beskriva kolatomer eller dubbelbindningar i samband med reaktioner:

  • En mest substituerad alkene är den där dubbelbindningens kolatomer binder till fler kolgrupper (t.ex. tetrasubstituerad > trisubstituerad > disubstituerad > monosubstituerad). Mer substituerade alkener är vanligtvis stabilare.
  • I eliminationer (t.ex. E2) ger ofta Zaitsevs regel att den mest substituerade alkenen blir huvudprodukten.
  • I karbokatjonbildande reaktioner (SN1, vissa additionsreaktioner) ger substituenter som stabiliserar karbokatjonen (via hyperkonjugation eller induktion) snabbare eller föredragen reaktion.

Exempel på namn

  • CH3–CH(CH3)–CH2–CH3 → 2-metylbutan (substituent: metyl på kol 2).
  • (CH3)3C–CH3 → 2-metylpropan är det systematiska namnet för tert-butan (vanligt trivialnamn: isobutan osv.).
  • C6H5–CH2– → benzylsubstituent (benzyl-).
  • –Cl → kloro- som prefix, t.ex. 1-klorpropan.

Sammanfattningsvis är substituenter centrala för att beskriva strukturen och reaktiviteten i organiska molekyler. Kännedom om deras namn, placering, elektroniska egenskaper och hur de påverkar huvudstrukturen är grundläggande för att förstå och förutsäga organiska reaktioner.