Бутил

Бути́л — одновалентный радикал бутана, или заместитель с формулой −С₄Н₉, производное одного из изомеров бутана (н-бутана или изобутана) С₄Н₁₀. Часто встречается в качестве заместителя в органических веществах.

Изомер н-бутан может быть замещён как по любому из двух терминальных атомов углерода, так и по любому из двух внутренних. В результате соответственно получаем заместители:

• нормальный, или н-бутил: CH₃−CH₂−CH₂−CH₂− (систематическое название: бутил);
• вторичный бутил, или втор-бутил: CH₃−CH₂−CH(CH₃)− (систематическое название: 1-метилпропил, или бутан-2-ил).

Другой разветвлённый изомер бутана — изобутан, может быть замещён по любому из трёх терминальных атомов углерода или по внутреннему. В результате получаются группы:

• изобутил: (CH₃)₂CH−CH₂− (систематическое название: 2-метилпропил);
• третичный бутил, трет-бутил: (CH₃)₃C− (систематическое название: 1,1-диметилэтил).

Номенклатура

Согласно номенклатуре ИЮПАК, обозначения «изобутил», «втор-бутил», и «трет-бутил» могут использоваться в качестве тривиальных.

Структурная формула	Устоявшееся название	Номенклатура ИЮПАК	Систематическое имя	Альтернативные названия
	н-Бутил	Бутил	Бутил	Бутан-1-ил
	Изобутил	Изобутил	2-Метилпропил	2-Метилпропан-1-ил
	втор-Бутил	втор-Бутил	1-Метилпропил	Бутан-2-ил
	трет-Бутил	трет-Бутил	1,1-Диметилэтил	2-Метилпропан-2-ил

Бутил — самый большой алкильный заместитель, имеющий тривиальное название. Префиксы изо-, втор- и трет- обозначают количество разветвлений цепи (также известен как R^I). Изо- означает одно, втор- — два и трет- — три.

втор-Бутилгруппа является хиральной. Атом углерода в положении 2 представляет собой стереоцентр. К нему присоединены четыре различные группы: −H, −CH₃, −CH₂−CH₃ и −R (группа R не равна этим трём группам). Названия двух хиральных групп: (2S)-бутан-2-ил и (2R)-бутан-2-ил.

Примеры

Ниже представлены варианты бутиловых заместителей на примере изомеров бутилацетата.

н-Бутилацетат	Изобутилацетат	втор-Бутилацетат	трет-Бутилацетат

Этимология

Бутил является наибольшим по количеству атомов углерода алкильным радикалом, получившим историческое название, а не производное от греческого числительного. Название «бутил» происходит от английского названия масляной кислоты (англ. butyric acid), которая так названа оттого, что она содержится в прогорклом масле (от лат. butyrum — масло).

Стерические свойства

С увеличивающейся разветвлённостью растёт стерический объём бутиловой группы. трет-Бутиловые группы представляют собой стерически объёмные остатки. Они могут стабилизировать химические соединения, поскольку их объём значительно затрудняет атаку. Это препятствие также влияет на кинетику реакции, которая может как ускоряться, так и замедляться. Если реакции требуют атаки реагента вблизи трет-бутиловой группы, эти реакции обычно протекают значительно медленнее, поскольку объёмный остаток препятствует атаке. И наоборот, трет-бутиловый остаток может также фиксировать конформацию молекулы в положении, благоприятном для кинетики реакции, тем самым ускоряя реакцию. В этом случае трет-бутиловая группа действует как якорь.

Якорная группа

Изобутиловая группа, так же как и трет-бутилгруппа, может применяться как якорная группа. Это означает, что их стерический эффект препятствует конформационным изменениям в соединении. Например, они ограничивают свободное вращение алкильных групп или предотвращают взаимопревращение двух «кресло»-конформаций циклогексановых колец. Объёмная трет-бутиловая группа предпочтительно остаётся в экваториальном положении, поскольку это приводит к наименьшему количеству взаимодействий с другими заместителями. Во второй возможной конформации кресла группа находится в аксиальном положении, что приводит к взаимодействиям с другими аксиальными заместителями (трансаннулярное напряжение). Поскольку эти взаимодействия энергетически невыгодны, равновесие сильно смещено в сторону, где трет-бутиловая группа занимает экваториальное положение.

трет-Бутил как якорная группа в экваториальном и аксиальном положениях

трет-Бутиловый эффект

трет-Бутиловый заместитель стерически очень требователен и используется в кинетической стабилизации, как и другие объёмные группы, такие как триметилсилильная группа. Эффект, который проявляет трет-бутиловая группа, воздействуя на ход химической реакции, называют трет-бутиловый эффект.

Этот эффект иллюстрируется в реакции Дильса — Альдера ниже, где трет-бутиловый заместитель изменяет скорость реакции более чем в 240 раз по сравнению с водородом как заместителем.

трет-Бутиловый эффект

Электронно-акцепторные свойства

Различные положения бутиловой группы в молекуле приводят к различным электроакцепторным свойствам, обусловленным индуктивным эффектом алкильных групп. Среди изомерных бутиловых групп электронная плотность наиболее высока у третичного атома углерода трет-бутиловой группы и наименьшая у н-бутиловой группы. Это также отражается в возрастающей основности литий-алкильных соединений от н-бутиллития к втор-бутиллитию и трет-бутиллитию. Тот же эффект также обуславливает снижение кислотности спиртовых протонов бутиловых спиртов 1-бутанола, 2-бутанола и трет-бутанола.

Применение

Структура н-бутиллития

Литиевые алкилы — сильные металлоорганические основания. Их можно использовать для депротонирования слабокислых протонов и для литирования. В качестве стандартных реагентов в продаже имеются три бутиллитиевых основания: н-бутиллитий, втор-бутиллитий и трет-бутиллитий (в порядке роста реакционной способности). трет-Бутиловая группа является компонентом важной защитной группы — трет-бутоксикарбонила (БОК-группа).

В качестве агента гидрирования используется диизобутилалюминийгидрид (DIBAL), содержащий два изобутиловых остатка.