Attribution des priorités de Cahn-Ingold-Prelog (CIP) (2) – La méthode des points

Priorités de Cahn Ingold Prelog (2) : Déterminer le R/S sur les anneaux, les chaînes et plus encore

Ce billet a été coécrit avec Matt Pierce de Organic Chemistry Solutions. Demandez à Matt de programmer une session de tutorat en ligne ici.

Dans ce billet, nous allons développer les règles Cahn-Ingold-Prelog (CIP) et montrer comment attribuer R/S dans certains cas plus délicats qui impliquent des anneaux, des centres chiraux multiples, des liaisons multiples et des isotopes. Nous verrons que la  » méthode des points  » est extrêmement précieuse pour briser les égalités dans la détermination des priorités CIP !

Table des matières

1. Recap : Déterminer les priorités CIP dans les cas simples
2. Comment attribuer les priorités CIP dans les cas plus délicats impliquant des anneaux, des centres chiraux multiples, des liaisons multiples et des isotopes ?
3. Rappel : Les priorités Cahn-Ingold-Prelog sont déterminées au premier point de différence
4. Assignation des priorités CIP : Une application de la « méthode des points »
5. Comment déterminer la configuration R/S dans les anneaux ?
6. Déterminer la configuration R/S dans les anneaux : Une « question piège » commune
7. Assignation des configurations R/S aux molécules à centres chiraux multiples
8. Assignation des priorités Cahn-Ingold-Prelog (CIP) avec des liaisons multiples
9. Extension des liaisons multiples avec des « atomes fantômes »
10. Priorités Cahn-Ingold-Prelog avec des isotopes
11. Conclusion : Assignation des configurations R/S avec « la méthode des points
12. Notes

1. Récapitulation : Détermination des priorités CIP dans les cas simples

Dans notre premier post sur les règles Cahn-Ingold-Prelog (CIP), nous avons donné un large aperçu de la façon d’attribuer R ou S aux centres chiraux dans une molécule. Nous avons poursuivi avec un post ultérieur sur la façon d’utiliser les règles CIP pour déterminer les priorités dans les alcènes afin de déterminer s’ils sont E ou Z.

Comme pour la plupart des posts d’introduction, les exemples choisis étaient assez simples. Il est assez simple d’attribuer des priorités dans une molécule comme les molécules ci-dessous où le carbone central est attaché à quatre atomes de poids atomique différent. Et comme nous l’avons discuté précédemment, une fois que vous avez appris la règle de l’échange unique, il est assez facile de déterminer R/S dans les cas où le substituant de priorité n°4 ne pointe pas derrière le plan de la page.

Dans les cas de stéréocentres qui sont attachés à des atomes identiques, nous avons vu qu’il est également assez simple d’utiliser la « méthode des points » pour briser les liens et descendre dans la chaîne. Nous en reparlerons dans une minute : voici quelques exercices sur lesquels vous pouvez vous entraîner si vous le souhaitez.

2. Comment attribuer des priorités CIP dans des cas plus délicats impliquant des anneaux, des centres chiraux multiples, des liaisons multiples et des isotopes ?

Ce post concerne certaines des complications supplémentaires que nous voyons dans l’attribution des priorités. Par exemple, comment attribuer des priorités dans les cas suivants :

• Rings
• Centres chiraux multiples
• Gestion des liaisons multiples
• Qu’en est-il des isotopes ?

Ce post est consacré au tri de ces cas un peu plus délicats. Nous nous concentrerons exclusivement sur la détermination de R/S, mais les mêmes règles de priorité s’appliquent également à la détermination de (E/Z).

3. Rappel : Les priorités de Cahn-Ingold-Prelog sont déterminées au premier point de différence

Débutons par une question piège courante. Quel est le « groupe » le plus prioritaire attaché au centre chiral dans la molécule ci-dessous ? Attribuez R/S .

Votre premier réflexe pourrait être de dire « la chaîne carbonée contenant le brome », puisque le brome a le numéro atomique le plus élevé de tous les atomes de la molécule.

En fait, la chaîne carbonée contenant le brome est le troisième groupe prioritaire (seul l’hydrogène est plus bas !), ce qui donne au centre chiral une configuration R.

Cela s’explique par la façon dont les priorités sont attribuées : nous nous déplaçons vers l’extérieur du centre chiral, un carbone à la fois, et nous déterminons les priorités au premier point de différence.

4. Attribution des priorités de la PIC : Une application de la « méthode des points »

Le processus d’attribution des priorités ici est essentiellement identique à ce que nous avons montré précédemment :

1. Premièrement, comparer les quatre atomes directement liés au carbone chiral et les classer en fonction du numéro atomique. Dans notre exemple, H est clairement la priorité n°4.
2. S’il y a une égalité, énumérez les trois atomes directement liés aux atomes à égalité par ordre décroissant de numéro atomique. Je trouve utile de mettre des points sur chaque atome que je compare, c’est pourquoi j’appelle cela La méthode des points).
3. Comparer chaque liste, atome par atome. Le groupe t-butyle (C(CH3)3) a la priorité la plus élevée . mais nous ne pouvons toujours pas différencier le groupe isobutyle ou le groupe bromopropyle.
4. Parce qu’il y a toujours une égalité, nous déplaçons les points un pas plus loin dans la chaîne, plus précisément sur le carbone suivant parce qu’il a le numéro atomique le plus élevé (les points nous aident à garder la trace de l’endroit où nous sommes). Cela nous permet maintenant d’attribuer les priorités #2 et #3 .
5. Avec toutes les priorités attribuées, nous sommes prêts à attribuer R et S en traçant le chemin de 1 → 3. Puisque #4 est sur un coin, la rotation dans le sens inverse des aiguilles d’une montre signifie une configuration R (« règle opposée »).

Si cela n’est toujours pas clair, survolez ici pour une vue pop-up ou cliquez ici pour faire apparaître une image d’un traitement complet étape par étape.

5. Comment déterminer la configuration R/S dans les anneaux?

En fait, il n’y a pas de nouvelles règles requises pour déterminer les priorités dans les anneaux, mais de nombreux étudiants me disent qu’ils ont du mal à déterminer R/S si un centre chiral est sur un anneau. Pour cette raison, passons par un exemple et essayons de rendre cela aussi clair que possible.

Déterminer R/S sur un anneau est juste la méthode des points encore une fois. Nous nous déplaçons simplement le long de la chaîne en nous éloignant du centre chiral jusqu’à ce que nous trouvions un point de différence. Ci-dessous, nous devons nous éloigner de deux carbones du centre chiral pour donner la priorité à (C,C,C) sur (C,H,H):

6. Détermination de la configuration R/S dans les anneaux : Une « question piège » courante »

Il existe en fait un cas où la détermination de R/S sur un anneau peut sembler bizarre aux non-initiés.

La molécule ci-dessous comporte des coins et des tirets indiquant la stéréochimie de deux carbones. Et si on vous demandait de déterminer le R/S du carbone étoilé ?

J’espère que vous voyez qu’il s’agit en fait d’une « question piège ». Lorsque nous essayons de déterminer un point de différence, nous finissons par converger à nouveau vers le carbone inférieur sans trouver une seule différence. Ce que cela signifie, c’est que ces deux « groupes » sont en fait les mêmes et que le carbone « étoilé » n’est pas un centre chiral.

Assigner des configurations R/S aux molécules à centres chiraux multiples

Les molécules à centres chiraux multiples ne nécessitent en fait aucun nouveau concept non plus. Nous devons simplement identifier chaque centre chiral et déterminer R ou S pour chacun. Lorsque nous assemblons le nom final, nous devons alors préciser la configuration de chaque carbone au début du nom.

Hence la molécule ci-dessus est le (1R, 3R, 4S)-3-bromo-4-éthyl-1-méthyl-1-propylcyclopentane.

Si vous voulez voir exactement comment l’assignation pour la configuration (S) a été faite, survolez ici pour une vue pop-up ou suivez ce lien vers une image.

Assignation des priorités de Cahn-Ingold-Prelog (CIP) avec des liaisons multiples

Les exemples jusqu’à présent n’ont pas réellement exigé de nouveaux concepts. Cependant, les règles que nous avons vues jusqu’à présent commencent à s’effondrer dès que des liaisons multiples entrent en jeu.

Par exemple, il n’est pas intuitivement logique qu’un groupe méthyle soit plus prioritaire qu’un alcyne.

Il est clair qu’une nouvelle règle est nécessaire pour traiter les liaisons multiples.

9. Expansion des liaisons multiples avec des « atomes fantômes »

La solution consiste à « expanser » chaque liaison multiple comme une liaison unique attachée à un « atome fantôme » (en bleu).

Ces « atomes fantômes » sont utilisés uniquement pour déterminer la priorité CIP – ils n’ont aucune signification chimique.

Notez que dans le processus d’attribution des atomes fantômes aux deux atomes dans une liaison multiple implique que l’atome le plus éloigné « regarde en arrière » vers le centre chiral. C’est la seule fois où nous sommes autorisés à le faire !

Si nous appliquons la méthode de « l’atome fantôme » aux liaisons multiples de cette molécule, nous voyons alors qu’effectivement l’alcyne est plus prioritaire que l’alcène, qui est plus prioritaire que l’éthyle.

Si le processus d’attribution des priorités à cette molécule ne semblait pas clair, survolez ici pour une vue pop-up ou cliquez ici pour voir une image passant par l’attribution.

Pour vous amuser, essayez d’utiliser notre nouvelle méthode pour déterminer la priorité des groupes vinyle, isopropyle et s-butyle (ci-dessous).

Le processus est décrit de manière assez dense ici.

Priorités Cahn-Ingold-Prelog avec isotopes

Y a-t-il un point où nous cessons de nous soucier des différences ? Par exemple, disons que nous préparons une molécule avec du deutérium au lieu de l’hydrogène comme dans la molécule ci-dessous. Cela compte-t-il toujours comme un centre chiral ?

Oui, cela compte absolument comme un centre chiral. (Qu’il ait une rotation optique significative est une autre histoire).

Assigner la priorité ici est en fait assez simple. Dans les cas où les numéros atomiques sont les mêmes, nous brisons les égalités en attribuant la plus haute priorité aux poids atomiques plus élevés.

Pour l’hydrogène, cela signifie que le tritium (3H) a la priorité sur le deutérium (2H) qui a la priorité sur le protium (1H).

C’est vrai, ce n’est pas le genre de situation que l’on est susceptible de rencontrer en introduction à la bio. Mais cela arrive ! Et d’ailleurs, préparer des molécules chirales contenant du deutérium n’est pas seulement un exercice théorique – cela a été extrêmement bénéfique pour déterminer le mécanisme d’action des enzymes. Voir ici par exemple.

Conclusion : Assigner des configurations R/S avec « la méthode des points »

Pour la plupart des cas, la « méthode des points » vous mènera là où vous devez aller pour déterminer les priorités pour un centre chiral. La seule chose clé de ce post à retenir est le concept des « atomes fantômes » pour déterminer les priorités dans les alcènes et autres liaisons multiples.

Il manque quelque chose dont vous voulez parler ? Laissez un commentaire !

Merci encore à Matt pour son aide sur ce post. Engagez Matt comme votre tuteur !

Notes

1. Voici un exemple vraiment intéressant d’atomes fantômes en action. Le changement d’un groupe sur l’azote de H à CH3 entraîne un changement de configuration de (S) à (R). Big Hat Tip to r/dennisdcao
   http://imgur.com/WLmmDNM
2. Ce post n’a pas non plus abordé la chiralité présente dans les allènes et autres espèces avec un axe de chiralité. Dans ces cas, on n’utilise pas R/S, mais P/M. Les règles de priorité de la CIP fonctionnent toujours cependant.
3. Je n’ai pas abordé ce sujet, mais… le carbone du milieu est-il ici un centre chiral ?

Pas tout à fait. Ce carbone central est ce qu’on appelle un centre pseudo-asymétrique. Il a bien 4 substituants différents – le centre chiral (R) est différent du (S). La règle de l’UICPA est que le (R) a la priorité sur le (S). Les lettres minuscules (r) et (s) sont utilisées dans ce cas. Plus d’informations sur ce sujet ici.

4. L’oncle Al a un exemple (théorique) d’une molécule où les règles CIP échouent. Oncle Al a également des opinions assez fortes sur la chiralité.