Přiřazení priorit Cahn-Ingold-Prelog (CIP) (2) – metoda teček

Priority Cahn-Ingold Prelog (2):

Tento příspěvek byl napsán společně s Mattem Piercem z Organic Chemistry Solutions. Zeptejte se Matta na plánování online výuky zde.

V tomto příspěvku rozšíříme pravidla Cahn-Ingold-Prelog (CIP) a ukážeme si, jak přiřadit R/S v některých složitějších případech, které zahrnují prstence, více chirálních center, více vazeb a izotopy. Uvidíme, že „metoda teček“ je nesmírně cenná pro rozdělení vazeb při určování priorit CIP!

Tabulka obsahu

1. Shrnutí:
2. Jak přiřadit priority CIP ve složitějších případech zahrnujících kruhy, více chirálních center, více vazeb a izotopy?
3. Připomínka: Cahn-Ingold-Prelog priority se určují v prvním rozdílovém bodě
4. Přiřazení priorit CIP:
5. Jak určujeme konfiguraci R/S v kruzích?
6. Určení konfigurace R/S v kruzích:
7. Přiřazení R/S konfigurací molekulám s více chirálními centry
8. Přiřazení priorit Cahn-Ingold-Prelog (CIP) s více vazbami
9. Rozšíření více vazeb o „fantomové atomy“
10. Priority Cahn-Ingold-Prelog s izotopy
11. Závěr: Přiřazení R/S konfigurací „metodou teček
12. Poznámky

1. Recap: V našem prvním příspěvku o Cahn-Ingold-Prelogových pravidlech (CIP) jsme uvedli obecný přehled toho, jak přiřadit R nebo S chirálním centrům v molekule. Na to jsme navázali dalším příspěvkem o tom, jak použít pravidla CIP k určení priorit u alkenů, abychom zjistili, zda jsou E nebo Z.

Jako u většiny úvodních příspěvků byly zvolené příklady poměrně jednoduché. Je poměrně jednoduché přiřadit priority v molekulách, jako jsou níže uvedené molekuly, kde jsou na centrální uhlík navázány čtyři atomy s různými atomovými hmotnostmi. A jak jsme si řekli dříve, jakmile se naučíte pravidlo jediné výměny, je dost snadné určit R/S v případech, kdy substituent č. 4 s prioritou nesměřuje za rovinu stránky.

V případech stereocentrů, které jsou připojeny ke stejným atomům, jsme viděli, že je také dost jednoduché použít „metodu teček“ k přerušení vazeb a posunutí řetězce dolů. Více o tom za chvíli: zde je několik cvičení, na kterých si to můžete procvičit, pokud chcete.

2. Jak přiřadit priority CIP ve složitějších případech zahrnujících kruhy, více chirálních center, více vazeb a izotopy?

Tento příspěvek se zabývá některými dalšími komplikacemi, které vidíme při přiřazování priorit. Například jak přiřadit priority v následujících případech:

• Kroužky
• Vícenásobná chirální centra
• Řešení vícenásobných vazeb
• A co izotopy?

Tento příspěvek je věnován řešení těchto poněkud složitějších případů. Zaměříme se výhradně na určování R/S, ale stejná pravidla priority platí i pro určování (E/Z).

3. Připomínka: Cahn-Ingold-Prelog Priority se určují v prvním bodě rozdílu

Začněme běžnou záludnou otázkou. Jaká je nejvyšší priorita „skupiny“ připojené k chirálnímu centru v níže uvedené molekule? Přiřaďte R/S .

Váš první instinkt možná řekne: „uhlíkový řetězec obsahující brom“, protože brom má nejvyšší atomové číslo ze všech atomů v molekule.

Ve skutečnosti je uhlíkový řetězec obsahující brom třetí prioritní skupinou (nižší je pouze vodík!), což dává chirálnímu centru konfiguraci R.

Důvodem je způsob přidělování priorit: postupujeme od chirálního centra směrem ven, po jednom uhlíku, a priority určujeme v prvním rozdílovém bodě.

4. Přiřazení priorit CIP: Aplikace „metody teček“

Tento postup přiřazování priorit je zde v podstatě totožný s tím, co jsme si ukázali dříve:

1. Nejprve porovnejte čtyři atomy přímo vázané na chirální uhlík a seřaďte je podle atomového čísla. V našem příkladu má H jednoznačně prioritu č. 4.
2. Pokud existuje rovnost, uveďte všechny tři atomy přímo vázané na vázané atomy v sestupném pořadí podle atomového čísla. Považuji za užitečné umístit tečky ke každému porovnávanému atomu, proto tuto metodu nazývám Metoda teček).
3. Porovnejte každý seznam atom po atomu. Nejvyšší prioritu má t-butylová skupina (C(CH3)3) . ale stále nemůžeme rozlišit izobutylovou skupinu nebo bromopropylovou skupinu.
4. Protože je stále remíza, posuneme tečky o krok dále v řetězci, konkrétně na další uhlík, protože ten má nejvyšší atomové číslo (tečky nám pomáhají sledovat, kde jsme). To nám nyní umožňuje přiřadit priority č. 2 a č. 3 .
5. Přiřazením všech priorit jsme připraveni přiřadit R a S sledováním cesty 1 → 3 . Protože #4 je na klínu, otáčení proti směru hodinových ručiček znamená konfiguraci R („opačné pravidlo“).

Pokud je to stále nejasné, najetím sem zobrazíte vyskakovací okno nebo kliknutím sem vyvoláte obrázek s kompletním zpracováním krok za krokem.

5. Jak určíme konfiguraci R/S v kruzích?“

Vlastně nejsou potřeba žádná nová pravidla pro určování priorit v kruzích, ale mnoho studentů mi říká, že mají problém určit R/S, pokud je chirální centrum na kruhu. Z tohoto důvodu si projdeme příklad a pokusíme se to co nejvíce objasnit.

Určení R/S na kruhu je prostě metoda teček nanovo. Prostě se pohybujeme podél řetězce směrem od chirálního centra, dokud nenajdeme rozdílový bod. Níže se musíme posunout o dva uhlíky od chirálního centra, abychom upřednostnili (C,C,C) před (C,H,H):

6. V případě, že se jedná o chirální centrum, musíme se posunout o dva uhlíky. Určení konfigurace R/S v kruzích:

Níže uvedená molekula má klíny a čárky označující stereochemii dvou uhlíků.

Vskutku existuje jeden případ, kdy se nezasvěceným může zdát určování R/S v kruhu podivné. Co kdybyste byli požádáni o určení R/S pro uhlík s hvězdičkou?“

Snad chápete, že jde vlastně o „záludnou otázku“. Když se snažíme určit bod rozdílu, nakonec konvergujeme zpět ke spodnímu uhlíku, aniž bychom našli jediný rozdíl. To znamená, že tyto dvě „skupiny“ jsou ve skutečnosti stejné a „hvězdičkový“ uhlík není chirálním centrem.

Přiřazení R/S konfigurací molekulám s více chirálními centry

Molekuly s více chirálními centry vlastně také nevyžadují žádné nové koncepty. Musíme pouze identifikovat každé chirální centrum a určit R nebo S pro každé z nich. Při sestavování konečného názvu pak musíme na začátku názvu určit konfiguraci každého uhlíku.

Takže výše uvedená molekula je (1R, 3R, 4S)-3-bromo-4-ethyl-1-methyl-1-propylcyklopentan.

Pokud se chcete podívat, jak přesně bylo provedeno přiřazení konfigurace (S), najeďte sem pro vyskakovací zobrazení nebo následujte tento odkaz na obrázek.

Přiřazení priorit Cahn-Ingold-Prelog (CIP) s více vazbami

Dosavadní příklady vlastně nevyžadovaly žádné nové pojmy. Pravidla, která jsme dosud viděli, se však začnou hroutit, jakmile do hry vstoupí více vazeb.

Například nedává intuitivní smysl, že by methylová skupina měla mít vyšší prioritu než alkyn.

Je zřejmé, že pro řešení více vazeb je zapotřebí nové pravidlo.

9. Jak se vypořádat s více vazbami? Rozšíření vícenásobných vazeb pomocí „fantomových atomů“

Řešením je „rozšířit“ každou vícenásobnou vazbu jako jedinou vazbu připojenou k „fantomovému atomu“ (modře).

Tyto „fantomové atomy“ se používají pouze pro účely určení priority CIP – nemají žádný chemický význam.

Všimněte si, že v procesu přiřazení fantomových atomů oběma atomům v násobné vazbě zahrnuje vzdálenější atom „pohled zpět“ směrem k chirálnímu centru. To je jediný případ, kdy to smíme udělat!“

Použijeme-li metodu „fantomových atomů“ na násobné vazby v této molekule, pak vidíme, že skutečně alkyn má vyšší prioritu než alken, který má vyšší prioritu než ethyl.

Pokud se vám proces přiřazování priorit této molekule zdál nejasný, najeďte sem pro vyskakovací zobrazení nebo klikněte sem pro zobrazení obrázku procházejícího přiřazováním.

Pro dobrou zábavu zkuste použít naši novou metodu pro určení priority vinylové, isopropylové a s-butylové skupiny (níže).

Postup je poměrně zhusta popsán zde.

Cahn-Ingold-Prelog Priorities With Isotopes

Existuje bod, kdy se přestaneme starat o rozdíly? Řekněme například, že připravíme molekulu s deuteriem místo vodíku, jako je tomu v molekule níže. Počítá se to stále jako chirální centrum?“

Ano, rozhodně se to počítá jako chirální centrum. (Zda by mělo významnou optickou rotaci, to je jiná věc).

Přidělení priority je zde vlastně docela jednoduché. V případech, kdy jsou atomová čísla stejná, přerušíme remízu tak, že vyšší atomové hmotnosti přiřadíme nejvyšší prioritu.

Pro vodík to znamená, že tritium (3H) má přednost před deuteriem (2H), které má přednost před protiem (1H).

Přiznávám, že s takovou situací se v úvodní organice pravděpodobně nesetkáte. Ale vyskytuje se! A mimochodem, příprava chirálních molekul obsahujících deuterium není jen teoretickým cvičením – byla nesmírně přínosná pro určení mechanismu účinku enzymů. Viz například zde.

Závěr:

Ve většině případů vás „metoda teček“ dostane tam, kam potřebujete, abyste určili priority pro chirální centrum. Jediná klíčová věc z tohoto příspěvku, kterou je třeba si zapamatovat, je koncept „fantomových atomů“ pro určování priorit u alkenů a jiných vícenásobných vazeb.

Chybí něco, o čem chcete mluvit? Zanechte komentář!

Znovu děkujeme Mattovi za pomoc s tímto příspěvkem. Najměte si Matta jako svého učitele!

Poznámky

1. Tady je opravdu zajímavý příklad fantomových atomů v akci. Změna skupiny na dusíku z H na CH3 vede k přepnutí konfigurace z (S) na (R). Big Hat Tip to r/dennisdcao
   http://imgur.com/WLmmDNM
2. Tento příspěvek se také nezabýval chiralitou přítomnou u alenů a dalších druhů s osou chirality. V těchto případech nepoužíváme R/S, ale P/M. Pravidla priority CIP však stále fungují.
3. Nezabýval jsem se tím, ale… je zde prostřední uhlík chirálním centrem?

Ne tak docela. Ten prostřední uhlík je takzvané pseudoasymetrické centrum. Má však 4 různé substituenty – (R) chirální centrum se liší od (S). Podle pravidla IUPAC má (R) přednost před (S). V tomto případě se používají malá písmena (r) a (s). Více o tomto tématu zde.

4. Strýček Al má (teoretický) příklad molekuly, kde pravidla CIP selhávají. Strýček Al má také dost silný názor na chiralitu.