Asignación de prioridades Cahn-Ingold-Prelog (CIP) (2) – El método de los puntos

Prioridades Cahn Ingold Prelog (2): Determinación de R/S en anillos, cadenas y más

Este post ha sido redactado conjuntamente con Matt Pierce de Organic Chemistry Solutions. Pregunte a Matt sobre la programación de una sesión de tutoría en línea aquí.

En este post ampliaremos las reglas de Cahn-Ingold-Prelog (CIP) y mostraremos cómo asignar R/S en algunos casos más complicados que involucran anillos, múltiples centros quirales, múltiples enlaces e isótopos. Veremos que el «método de los puntos» es extremadamente valioso para romper los empates en la determinación de las prioridades CIP!

Table Of Contents

1. Recapitulación: Determinación de las prioridades CIP en casos sencillos
2. ¿Cómo asignamos las prioridades CIP en casos más complicados que implican anillos, centros quirales múltiples, enlaces múltiples e isótopos?
3. Recordatorio: Las prioridades Cahn-Ingold-Prelog se determinan en el primer punto de diferencia
4. Asignación de prioridades CIP: Una aplicación del «método de los puntos»
5. ¿Cómo se determina la configuración R/S en los anillos?
6. Determinación de la configuración R/S en los anillos: Una «pregunta trampa» común
7. Asignación de configuraciones R/S a moléculas con centros quirales múltiples
8. Asignación de prioridades Cahn-Ingold-Prelog (CIP) con enlaces múltiples
9. Expansión de enlaces múltiples con «átomos fantasma»
10. Prioridades Cahn-Ingold-Prelog con isótopos
11. Conclusión: Asignación de configuraciones R/S con «el método de los puntos
12. Notas

1. Recap: Determinación de las prioridades CIP en casos sencillos

En nuestro primer post sobre las reglas Cahn-Ingold-Prelog (CIP), dimos una amplia visión de cómo asignar R o S a los centros quirales de una molécula. Seguimos con un post posterior sobre cómo utilizar las reglas CIP para determinar las prioridades en los alquenos con el fin de determinar si son E o Z.

Como en la mayoría de los posts introductorios, los ejemplos elegidos eran bastante simples. Es bastante sencillo asignar prioridades en una molécula como las que aparecen a continuación, donde el carbono central está unido a cuatro átomos con diferentes pesos atómicos. Y como hemos comentado anteriormente, una vez que se aprende la regla de intercambio simple, es bastante fácil determinar R/S en los casos en que el sustituyente de prioridad #4 no está apuntando detrás del plano de la página.

En los casos de estereocentros que están unidos a átomos idénticos, vimos que también es bastante sencillo utilizar el «método de los puntos» para romper los empates y moverse hacia abajo en la cadena. Más sobre esto en un minuto: aquí hay algunos ejercicios que puede practicar si lo desea.

2. ¿Cómo asignamos prioridades CIP en casos más complicados que implican anillos, múltiples centros quirales, múltiples enlaces, y los isótopos?

Este post es sobre algunas de las complicaciones adicionales que vemos en la asignación de prioridades. Por ejemplo, ¿cómo se asignan las prioridades en los siguientes casos:

• Anillos
• Centros quirales múltiples
• Tratar con enlaces múltiples
• ¿Y qué pasa con los isótopos?

Este post está dedicado a resolver estos casos un poco más complicados. Nos centraremos exclusivamente en la determinación de R/S, pero las mismas reglas de prioridad son válidas también para determinar (E/Z).

3. Recordatorio: Las prioridades de Cahn-Ingold-Prelog se determinan en el primer punto de diferencia

Empecemos con una pregunta trampa común. Cuál es el «grupo» de mayor prioridad unido al centro quiral en la molécula de abajo? Asigne R/S.

Su primer instinto podría ser decir, «la cadena de carbono que contiene el bromo», ya que el bromo tiene el mayor número atómico de todos los átomos de la molécula.

De hecho, la cadena de carbono que contiene el bromo es el tercer grupo prioritario (¡sólo el hidrógeno es inferior!), dando al centro quiral una configuración R.

Esto se debe a la forma en que se asignan las prioridades: nos movemos hacia fuera del centro quiral, un carbono a la vez, y determinamos las prioridades en el primer punto de diferencia.

4. Asignación de prioridades en el PIC: Una aplicación del «método de los puntos»

Este proceso para asignar prioridades aquí es esencialmente idéntico al que mostramos anteriormente:

1. Primero, compare los cuatro átomos directamente enlazados al carbono quiral y clasifíquelos en base al número atómico. En nuestro ejemplo, el H es claramente la prioridad #4.
2. Si hay un empate, enumere los tres átomos directamente unidos a los átomos empatados en orden decreciente de número atómico. Me resulta útil poner puntos en cada átomo que estoy comparando, por eso lo llamo El método de los puntos).
3. Compare cada lista, átomo por átomo. El grupo t-butilo (C(CH3)3) tiene la mayor prioridad . pero todavía no podemos diferenciar el grupo isobutilo o el grupo bromopropilo.
4. Como todavía hay un empate, movemos los puntos un paso más abajo en la cadena, concretamente al siguiente carbono porque es el que tiene el mayor número atómico (los puntos nos ayudan a no perder de vista dónde estamos). Esto nos permite ahora asignar las prioridades #2 y #3.
5. Con todas las prioridades asignadas, estamos listos para asignar R y S trazando el camino de 1 → 3. Dado que #4 está en una cuña, la rotación en sentido contrario a las agujas del reloj significa una configuración R («regla opuesta»).

Si esto todavía no está claro, pase el ratón por aquí para una vista emergente o haga clic aquí para que aparezca una imagen de un tratamiento completo paso a paso.

5. ¿Cómo determinamos la configuración R/S en los anillos?

En realidad no se requieren nuevas reglas para determinar las prioridades en los anillos, pero muchos estudiantes me dicen que tienen dificultades para determinar R/S si un centro quiral está en un anillo. Por esta razón vamos a repasar un ejemplo y tratar de hacer esto lo más claro posible.

Determinar R/S en un anillo es simplemente el método de los puntos de nuevo. Simplemente nos movemos a lo largo de la cadena alejándonos del centro quiral hasta encontrar un punto de diferencia. A continuación, tenemos que alejar dos carbonos del centro quiral para priorizar (C,C,C) sobre (C,H,H):

6. Determinación de la configuración R/S en anillos Determinación de la configuración R/S en los anillos: Una «pregunta trampa»

Hay un caso en el que la determinación de R/S en un anillo puede parecer extraña para los no iniciados.

La molécula de abajo tiene cuñas y guiones que indican la estereoquímica de dos carbonos. ¿Qué pasaría si te pidieran que determinaras la R/S del carbono estrellado?

Esperemos que veas que esto es en realidad una «pregunta trampa». Cuando intentamos determinar un punto de diferencia, acabamos convergiendo de nuevo al carbono inferior sin encontrar una sola diferencia. Lo que esto significa es que estos dos «grupos» son en realidad el mismo y el carbono «estrellado» no es un centro quiral.

Asignación de configuraciones R/S a moléculas con múltiples centros quirales

Las moléculas con múltiples centros quirales tampoco requieren en realidad ningún concepto nuevo. Simplemente tenemos que identificar cada centro quiral y determinar R o S para cada uno. Cuando armamos el nombre final, entonces tenemos que especificar la configuración de cada carbono al principio del nombre.

Por lo tanto, la molécula de arriba es (1R, 3R, 4S)-3-bromo-4-etil-1-metil-1-propilciclopentano.

Si quiere ver exactamente cómo se ha hecho la asignación de la configuración (S), pase el ratón por aquí para obtener una vista emergente o siga este enlace a una imagen.

Asignación de prioridades Cahn-Ingold-Prelog (CIP) con múltiples enlaces

Los ejemplos hasta ahora no han requerido realmente ningún concepto nuevo. Sin embargo, las reglas que hemos visto hasta ahora empiezan a romperse una vez que entran en escena los enlaces múltiples.

Por ejemplo, no tiene sentido intuitivo que un grupo metilo tenga mayor prioridad que un alquino.

Claramente, se necesita una nueva regla para tratar con los enlaces múltiples.

9. Expandir enlaces múltiples con «átomos fantasma»

La solución es «expandir» cada enlace múltiple como un único enlace unido a un «átomo fantasma» (en azul).

Estos «átomos fantasma» se utilizan únicamente para determinar la prioridad del PIC – no tienen ningún significado químico.

Nótese que en el proceso de asignar átomos fantasma a ambos átomos en un enlace múltiple implica que el átomo más distante «mira hacia atrás» hacia el centro quiral. Si aplicamos el método del «átomo fantasma» a los enlaces múltiples de esta molécula, vemos que, efectivamente, el alquino es más prioritario que el alqueno, que es más prioritario que el etilo.

Si el proceso de asignación de prioridades a esta molécula te parece poco claro, pasa el ratón por aquí para obtener una vista emergente o haz clic aquí para ver una imagen que repasa la asignación.

Para pasar un buen rato, intente utilizar nuestro nuevo método para determinar la prioridad de los grupos vinilo, isopropilo y s-butilo (abajo).

El proceso se describe de forma bastante densa aquí.

Prioridades de Cahn-Ingold-Prelog con isótopos

¿Hay un punto en el que dejamos de preocuparnos por las diferencias? Por ejemplo, digamos que preparamos una molécula con deuterio en lugar de hidrógeno como en la molécula de abajo. ¿Sigue contando como un centro quiral?

Sí, esto cuenta absolutamente como un centro quiral. (Si tendría una rotación óptica significativa es otra historia).

Asignar la prioridad aquí es realmente bastante sencillo. En los casos en los que los números atómicos son iguales, rompemos los empates asignando la mayor prioridad a los pesos atómicos más altos.

Para el hidrógeno, eso significa que el tritio (3H) tiene prioridad sobre el deuterio (2H) que tiene prioridad sobre el protio (1H).

Concedido, esto no es el tipo de situación que usted sería probable encontrar en la introducción orgánica. Pero sí que se da. Y por cierto, la preparación de moléculas quirales que contienen deuterio no es un mero ejercicio teórico – ha sido enormemente beneficioso para determinar el mecanismo de acción de las enzimas. Véase aquí, por ejemplo.

Conclusión: Asignación de configuraciones R/S con el «método de los puntos»

Para la mayoría de los casos, el «método de los puntos» le llevará a donde necesita para determinar las prioridades de un centro quiral. La única cosa clave de este post que hay que recordar es el concepto de «átomos fantasma» para determinar las prioridades en los alquenos y otros enlaces múltiples.

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Gracias de nuevo a Matt por ayudar con este post. ¡Contrata a Matt como tu tutor!

Notas

1. Aquí hay un ejemplo realmente interesante de átomos fantasma en acción. El cambio de un grupo en el nitrógeno de H a CH3 resulta en un cambio de configuración de (S) a (R). Big Hat Tip to r/dennisdcao
   http://imgur.com/WLmmDNM
2. Este post tampoco abordó la quiralidad presente en los alenos y otras especies con eje de quiralidad. En esos casos no usamos R/S, sino P/M. Sin embargo, las reglas de prioridad del CIP siguen funcionando.
3. No he entrado en esto, pero… ¿es el carbono del medio aquí un centro quiral?

No del todo. Ese carbono medio es lo que se conoce como un centro pseudo asimétrico. Tiene 4 sustituyentes diferentes – el centro quiral (R) es diferente del (S). La regla de la IUPAC es que el (R) tiene prioridad sobre el (S). En este caso se utilizan las letras minúsculas (r) y (s). Más sobre este tema aquí.

4. El tío Al tiene un ejemplo (teórico) de una molécula en la que fallan las reglas CIP. El tío Al también tiene algunas opiniones bastante fuertes sobre la quiralidad.