Przypisywanie Priorytetów Cahn-Ingold-Prelog (CIP) (2) – Metoda Kropek

Priorytety Cahn Ingold Prelog (2): Determining R/S On Rings, Chains, And More

Ten post był współautorem Matt Pierce z Organic Chemistry Solutions. Zapytaj Matta o zaplanowanie sesji korepetycji online tutaj.

W tym poście rozszerzymy zasady Cahn-Ingold-Prelog (CIP) i pokażemy jak przypisać R/S w niektórych trudniejszych przypadkach, które dotyczą pierścieni, wielu centrów chiralnych, wielu wiązań i izotopów. Zobaczymy, że „metoda kropek” jest niezwykle cenna dla łamania remisów w określaniu priorytetów CIP!

Table Of Contents

1. Przypomnienie: Determining CIP Priorities In Straightforward Cases
2. How Do We Assign CIP Priorities In Trickier Cases Involving Rings, Multiple Chiral Centers, Multiple Bonds, And Isotopes?
3. Reminder: Cahn-Ingold-Prelog Priorities Are Determined At The First Point Of Difference
4. Przypisywanie priorytetów CIP: An Application Of The „Method Of Dots”
5. How Do We Determine R/S Configuration In Rings?
6. Określanie konfiguracji R/S w pierścieniach: A Common „Trick Question”
7. Assigning R/S Configurations To Molecules With Multiple Chiral Centers
8. Assigning Cahn-Ingold-Prelog (CIP) Priorities With Multiple Bonds
9. Expanding Out Multiple Bonds With „Phantom Atoms”
10. Cahn-Ingold-Prelog Priorities With Isotopes
11. Conclusion: Assigning R/S Configurations With „The Method Of Dots
12. Notes

1. Recap: Determining CIP Priorities In Straightforward Cases

W naszym pierwszym poście na temat reguł Cahn-Ingold-Prelog (CIP), daliśmy szeroki przegląd tego jak przypisać R lub S do centrów chiralnych w cząsteczce. Podążaliśmy za tym z kolejnym postem na temat tego, jak korzystać z reguł CIP do określenia priorytetów w alkenach w celu ustalenia, czy są one E lub Z.

Jak w przypadku większości postów wprowadzających, wybrane przykłady były dość proste. Jest to dość proste, aby przypisać priorytety w cząsteczce, jak cząsteczki poniżej, gdzie centralny węgiel jest dołączony do czterech atomów o różnych masach atomowych. I jak omówiliśmy wcześniej, po nauczeniu się reguły pojedynczej zamiany, jest dość łatwo określić R/S w przypadkach, gdy podstawnik o priorytecie #4 nie jest skierowany za płaszczyznę strony.

W przypadkach stereocentrów, które są dołączone do identycznych atomów, widzieliśmy, że jest to również dość proste, aby użyć „metody kropek”, aby przełamać więzy i przesunąć się w dół łańcucha. Więcej na ten temat za chwilę: tutaj jest kilka ćwiczeń, na których możesz poćwiczyć, jeśli chcesz.

2. Jak przypisać priorytety CIP w trudniejszych przypadkach dotyczących pierścieni, wielu centrów chiralnych, wielu wiązań i izotopów?

Ten post jest o niektórych dalszych komplikacjach, które widzimy w przypisywaniu priorytetów. Na przykład, jak przypisać priorytety w następujących przypadkach:

• Pierścienie
• Wielokrotne centra chiralne
• Radzenie sobie z wielokrotnymi wiązaniami
• A co z izotopami?

Ten post jest poświęcony uporządkowaniu tych nieco trudniejszych przypadków. Skupimy się wyłącznie na określaniu R/S, ale te same zasady pierwszeństwa obowiązują również przy określaniu (E/Z).

3. przypomnienie: Cahn-Ingold-Prelog Priorities Are Determined At The First Point Of Difference

Zacznijmy od często spotykanego podchwytliwego pytania. Jaka jest „grupa” o najwyższym priorytecie dołączona do centrum chiralnego w poniższej cząsteczce? Przyporządkuj R/S .

W pierwszym odruchu możesz powiedzieć: „łańcuch węglowy zawierający brom”, ponieważ brom ma najwyższą liczbę atomową ze wszystkich atomów w cząsteczce.

W rzeczywistości łańcuch węglowy zawierający brom jest trzecią grupą priorytetową (niżej jest tylko wodór!), dając centrum chiralne konfiguracji R.

Wynika to ze sposobu, w jaki priorytety są przypisane: poruszamy się na zewnątrz od centrum chiralnego, jeden węgiel na raz, i określić priorytety w pierwszym punkcie różnicy.

4. Assigning CIP Priorities: An Application Of The „Method Of Dots”

Ten proces przypisywania priorytetów tutaj jest zasadniczo identyczny z tym, co pokazaliśmy poprzednio:

1. Po pierwsze, porównaj cztery atomy bezpośrednio związane z chiralnym węglem i uszereguj je na podstawie liczby atomowej. W naszym przykładzie, H jest wyraźnie priorytet #4.
2. Jeśli jest remis, lista wszystkich trzech atomów bezpośrednio związanych z atomami związanymi w kolejności malejącej liczby atomowej. Uważam, że pomocne jest postawienie kropek na każdym atomie, który porównuję, dlatego nazywam to Metodą Kropek).
3. Porównaj każdą listę, atom po atomie. Grupa t-butylowa (C(CH3)3) ma najwyższy priorytet, ale nadal nie możemy odróżnić grupy izobutylowej od bromopropylowej.
4. Ponieważ nadal jest remis, przesuwamy kropki o jeden krok dalej w dół łańcucha, a konkretnie do następnego węgla, ponieważ ma on najwyższą liczbę atomową (kropki pomagają nam śledzić, gdzie jesteśmy). To pozwala nam teraz przypisać priorytety #2 i #3 .
5. Po przypisaniu wszystkich priorytetów, jesteśmy gotowi przypisać R i S poprzez prześledzenie ścieżki 1 → 3. Ponieważ #4 jest na klinie, obrót przeciwny do ruchu wskazówek zegara oznacza konfigurację R („przeciwna reguła”).

Jeśli to nadal jest niejasne, najedź tutaj, aby uzyskać wyskakujący widok lub kliknij tutaj, aby wyświetlić obraz pełnego leczenia krok po kroku.

5. How Do We Determine R/S Configuration In Rings?

There actually no new rules required for determining priorities in rings, but many students tell me they have a hard time determining R/S if a chiral centre is on a ring. Z tego powodu przejdźmy przez przykład i spróbujmy to wyjaśnić tak jasno, jak to możliwe.

Określanie R/S na pierścieniu to po prostu metoda kropek od nowa. Po prostu przesuwamy się wzdłuż łańcucha z dala od centrum chiralnego, aż znajdziemy punkt różnicy. Poniżej, musimy przesunąć się o dwa karbony od centrum chiralnego, aby nadać priorytet (C,C,C) nad (C,H,H):

6. Determining R/S Configuration In Rings: A Common „Trick Question”

Właściwie jest jeden przypadek, w którym określenie R/S na pierścieniu może wydawać się dziwne dla niewtajemniczonych.

Cząsteczka poniżej ma kliny i kreski wskazujące na stereochemię dwóch węgli. Co by było, gdybyś został poproszony o wyznaczenie R/S dla gwiaździstego węgla?

Mam nadzieję, że widzisz, że jest to właściwie „podchwytliwe pytanie”. Kiedy próbujemy określić punkt różnicy, kończymy zbiegając z powrotem do dolnego węgla bez znalezienia żadnej różnicy. Oznacza to, że te dwie „grupy” są w rzeczywistości takie same, a „gwiaździsty” węgiel nie jest centrum chiralnym.

Assigning R/S Configurations To Molecules With Multiple Chiral Centers

Cząsteczki z wieloma centrami chiralnymi nie wymagają właściwie żadnych nowych pojęć. Musimy jedynie zidentyfikować każde centrum chiralne i określić R lub S dla każdego z nich. Kiedy układamy ostateczną nazwę, musimy następnie określić konfigurację każdego węgla na początku nazwy.

Więc powyższa cząsteczka to (1R, 3R, 4S)-3-bromo-4-etylo-1-metylo-1-propylcyklopentan.

Jeśli chcesz zobaczyć dokładnie, jak zostało wykonane przypisanie dla konfiguracji (S), najedź tutaj, aby uzyskać wyskakujący widok lub skorzystaj z tego linku do obrazka.

Przypisywanie priorytetów Cahn-Ingold-Prelog (CIP) z wieloma wiązaniami

Przykłady do tej pory nie wymagały właściwie żadnych nowych pojęć. Jednak reguły, które widzieliśmy do tej pory, zaczynają się psuć, gdy w grę wchodzą wiązania wielokrotne.

Na przykład nie ma intuicyjnego sensu, że grupa metylowa powinna mieć wyższy priorytet niż alkinowa.

Jasno widać, że potrzebna jest nowa reguła, aby poradzić sobie z wiązaniami wielokrotnymi.

9. Rozszerzanie wiązań wielokrotnych za pomocą „atomów fantomowych”

Rozwiązaniem jest „rozszerzenie” każdego wiązania wielokrotnego jako pojedynczego wiązania dołączonego do „atomu fantomowego” (na niebiesko).

Te „atomy fantomowe” są używane wyłącznie w celu określenia pierwszeństwa CIP – nie mają one żadnego znaczenia chemicznego.

Zauważ, że w procesie przypisywania atomów fantomowych do obu atomów w wiązaniu wielokrotnym polega na tym, że bardziej odległy atom „patrzy do tyłu” w kierunku centrum chiralnego. Jest to jedyny raz, kiedy wolno nam to zrobić!

Jeśli zastosujemy metodę „atomu fantomowego” do wiązań wielokrotnych w tej cząsteczce, zobaczymy, że rzeczywiście alkin ma wyższy priorytet niż alken, który ma wyższy priorytet niż etyl.

Jeśli proces przypisywania priorytetów do tej cząsteczki wydawał się niejasny, najedź tutaj, aby uzyskać wyskakujący widok lub kliknij tutaj, aby zobaczyć obraz przechodzący przez przypisanie.

Na dobry czas, spróbuj użyć naszej nowej metody do określenia priorytetów grup winylowych, izopropylowych i s-butylowych (poniżej).

Proces ten jest dość gęsto opisany tutaj.

Cahn-Ingold-Prelog Priorities With Isotopes

Czy istnieje punkt, w którym przestajemy się przejmować różnicami? Na przykład, powiedzmy, że przygotowujemy cząsteczkę z deuterem zamiast wodoru, tak jak w cząsteczce poniżej. Czy to nadal liczy się jako centrum chiralne?

Tak, to absolutnie liczy się jako centrum chiralne. (Czy będzie to miało znaczącą rotację optyczną to już inna historia).

Przypisanie pierwszeństwa jest tu właściwie dość proste. W przypadkach, gdy liczby atomowe są takie same, łamiemy remisy przez przypisanie najwyższego priorytetu wyższym wagom atomowym.

Dla wodoru oznacza to, że tryt (3H) ma pierwszeństwo przed deuterem (2H), który ma pierwszeństwo przed protem (1H).

Przyznaję, nie jest to sytuacja, z którą można się zetknąć we wprowadzeniu organicznym. Ale pojawia się! A przy okazji, przygotowywanie chiralnych cząsteczek zawierających deuter nie jest tylko ćwiczeniem teoretycznym – było to bardzo korzystne dla określenia mechanizmu działania enzymów. Zobacz na przykład tutaj.

Conclusion: Assigning R/S Configurations With „The Method Of Dots”

W większości przypadków, „metoda kropek” doprowadzi cię tam, gdzie musisz iść, aby określić priorytety dla centrum chiralnego. Jedną kluczową rzeczą z tego postu do zapamiętania jest koncepcja „atomów fantomowych” do określania priorytetów w alkenach i innych wiązaniach wielokrotnych.

Czegokolwiek brakuje, o czym chciałbyś porozmawiać? Zostaw komentarz!

Dzięki raz jeszcze Mattowi za pomoc przy tym poście. Zatrudnij Matta jako swojego korepetytora!

Notatki

1. Oto naprawdę interesujący przykład atomów fantomowych w akcji. Zmiana grupy na azocie z H na CH3 powoduje zmianę konfiguracji z (S) na (R). Big Hat Tip to r/dennisdcao
   http://imgur.com/WLmmDNM
2. Ten post nie odnosił się również do chiralności obecnej w allenach i innych gatunkach z osią chiralności. W tych przypadkach nie używamy R/S, używamy P/M. Zasady pierwszeństwa CIP nadal jednak działają.
3. Nie zagłębiałem się w to, ale… czy środkowy węgiel jest tutaj centrum chiralnym?

Nie całkiem. Ten środkowy węgiel jest tym, co jest znane jako pseudo asymetryczne centrum. Ma on 4 różne podstawniki – centrum chiralne (R) jest inne niż (S). Zasada IUPAC mówi, że (R) ma pierwszeństwo przed (S). W tym przypadku używane są małe litery (r) i (s). Więcej na ten temat tutaj.

4. Wujek Al ma (teoretyczny) przykład cząsteczki, w której zasady CIP zawodzą. Wujek Al ma też dość mocne zdanie na temat chiralności.

.