Atribuição de Prioridades Cahn-Ingold-Prelog (CIP) (2) – O Método dos Pontos

Prioridades Cahn-Ingold-Prelog (2): Determinando R/S em anéis, correntes e mais

Este post foi co-autor com Matt Pierce of Organic Chemistry Solutions. Pergunte ao Matt sobre agendar uma sessão de tutoria online aqui.

Neste post vamos expandir as regras de Cahn-Ingold-Prelog (CIP) e mostrar como atribuir R/S em alguns casos mais complicados que envolvem anéis, múltiplos centros quirais, múltiplos laços e isótopos. Veremos que o “método dos pontos” é extremamente valioso para quebrar laços na determinação das prioridades CIP!

Table Of Contents

1. Recapitulando: Determinando Prioridades CIP em Casos Simples
2. Como Atribuímos Prioridades CIP em Casos Mais Trickier Envolvendo Anéis, Centros Circulares Múltiplos, Ligações Múltiplas, E Isótopos?
3. Reminder: As Prioridades Cahn-Ingold-Prelog são determinadas no primeiro ponto de diferença
4. Atribuir Prioridades CIP: Uma Aplicação do “Método dos Pontos”
5. Como Determinamos a Configuração R/S Em Anéis?
6. Determinando a Configuração R/S Em Anéis: Uma “Pergunta Truque” Comum”
7. Atribuindo Configurações R/S a Múltiplos Anéis com Múltiplos Centros Quirais
8. Atribuindo Prioridades de Cahn-Ingold-Prelog (CIP) com Múltiplas Ligações
9. Expandindo Múltiplas Ligações com “Átomos Fantasmas”
10. Prioridades de Cahn-Ingold-Prelog com Isótopos
11. Conclusão: Atribuição de configurações R/S com “The Method Of Dots
12. Notes

1. Recap: Determinando Prioridades CIP Em Casos Simples

No nosso primeiro post nas Regras de Cahn-Ingold-Prelog (CIP), demos uma visão geral de como atribuir R ou S a centros quirais em uma molécula. Seguimos com um post posterior sobre como usar as regras CIP para determinar prioridades em alcenos a fim de determinar se são E ou Z.

Como na maioria dos posts introdutórios, os exemplos escolhidos foram bastante simples. É bastante simples atribuir prioridades em uma molécula como as moléculas abaixo onde o carbono central está ligado a quatro átomos com diferentes pesos atômicos. E como discutimos anteriormente, uma vez que você aprende a regra de troca única, é suficientemente fácil determinar R/S em casos em que o substituto de prioridade #4 não está apontando atrás do plano da página.

Em casos de estereocentros que estão ligados a átomos idênticos, vimos que também é bastante simples usar o “método dos pontos” para quebrar laços e mover-se para baixo da cadeia. Mais sobre isso em um minuto: aqui estão alguns exercícios que você pode praticar se quiser.

2. Como Atribuímos Prioridades CIP em Casos mais Trickier Envolvendo Anéis, Centros Circulares Múltiplos, Ligações Múltiplas, E Isótopos?

Este post é sobre algumas das complicações adicionais que vemos na atribuição de prioridades. Por exemplo, como atribuir prioridades nos seguintes casos:

• Anéis
• Centros quirais múltiplos
• Lidando com ligações múltiplas
• E que tal isótopos?

Este post é dedicado a classificar estes casos ligeiramente mais complicados. Vamos focar exclusivamente na determinação do R/S, mas as mesmas regras de prioridade também se aplicam à determinação (E/Z).

3. Lembrete: As prioridades Cahn-Ingold-Prelog são determinadas no primeiro ponto de diferença

Comecemos com uma questão de truque comum. Qual é o “grupo” de maior prioridade ligado ao centro quiral na molécula abaixo? Atribua R/S .

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Seu primeiro instinto pode ser dizer, “a cadeia de carbono contendo o bromo”, já que o bromo tem o maior número atômico de todos os átomos na molécula.

Na verdade, a cadeia de carbono contendo o bromo é o terceiro grupo prioritário (apenas o hidrogênio é menor!), dando ao centro quiral uma configuração R.

Isto deve-se à forma como as prioridades são atribuídas: deslocamo-nos do centro quiral para fora, um carbono de cada vez, e determinamos as prioridades no primeiro ponto de diferença.

4. Atribuição de prioridades CIP: Uma Aplicação do “Método dos Pontos”

Este processo de atribuição de prioridades aqui é essencialmente idêntico ao que mostrámos anteriormente:

1. Primeiro, compare os quatro átomos ligados directamente ao carbono quiral e classifique-os com base no número atómico. No nosso exemplo, H é claramente a prioridade #4.
2. Se houver um empate, liste os três átomos directamente ligados aos átomos ligados em ordem decrescente de número atómico. Eu acho útil colocar pontos em cada átomo que estou comparando, e é por isso que eu chamo isso de O Método dos Pontos).
3. Comparar cada lista, átomo por átomo. O grupo t-butyl (C(CH3)3) tem a maior prioridade . mas ainda não conseguimos diferenciar o grupo isobutyl ou grupo bromopropyl.
4. Porque ainda há um empate, nós movemos os pontos um passo mais abaixo na cadeia, especificamente para o próximo carbono, porque este tem o maior número atômico (os pontos nos ajudam a manter o controle de onde estamos). Isto agora permite-nos atribuir as prioridades #2 e #3 .
5. Com todas as prioridades atribuídas, estamos prontos para atribuir R e S, traçando o caminho de 1 → 3. Como #4 está em cunha, a rotação anti-horária significa uma configuração R (“regra oposta”).

Se isto ainda não estiver claro, passe aqui para uma vista pop-up ou clique aqui para trazer uma imagem de um tratamento passo-a-passo completo.

5. Como determinamos a configuração R/S em anéis?

Na verdade não há novas regras necessárias para determinar prioridades em anéis, mas muitos alunos me dizem que têm dificuldade em determinar R/S se um centro quiral está em um anel. Por esta razão, vamos passar por um exemplo e tentar deixar isto o mais claro possível.

Determinar R/S em um anel é apenas o método dos pontos novamente. Nós apenas nos afastamos ao longo da corrente do centro quiral até encontrarmos um ponto de diferença. Abaixo, temos que afastar dois carbonos do centro quiral para priorizar (C,C,C) sobre (C,H,H):

6. Determinação da Configuração R/S em Anéis: Uma “Pergunta Truque”

Há um caso em que determinar R/S num anel pode parecer estranho para os não iniciados.

A molécula abaixo tem cunhas e traços indicando a estereoquímica de dois carbonos. E se lhe pedissem para determinar R/S para o carbono estrelado?

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Eficazmente você vê que esta é realmente uma “pergunta com rasteira”. Quando tentamos determinar um ponto de diferença, acabamos convergindo de volta para o carbono inferior sem encontrar uma única diferença. O que isto significa é que estes dois “grupos” são na verdade os mesmos e o carbono “estrelado” não é um centro quiral.

Configurações R/S atribuídas a moléculas com múltiplos centros quirais

Moléculas com múltiplos centros quirais também não requerem nenhum novo conceito. Temos apenas que identificar cada centro quiral e determinar R ou S para cada um. Quando juntamos o nome final, temos então que especificar a configuração de cada carbono no início do nome.

Hence a molécula acima é (1R, 3R, 4S)-3-bromo-4-etil-1-metil-1-propilciclopentano.

Se você quiser ver exatamente como a atribuição para a configuração (S) foi feita, passe aqui para uma visualização pop-up ou siga este link para uma imagem.

Atribuição de prioridades de Cahn-Ingold-Prelog (CIP) Com múltiplas ligações

Os exemplos até agora não exigiram nenhum conceito novo. Contudo, as regras que vimos até agora começam a quebrar assim que múltiplas ligações entram na imagem.

Por exemplo, não faz sentido intuitivo que um grupo metilo deva ter maior prioridade do que um alkyne.

Claramente, uma nova regra é necessária para lidar com múltiplas ligações.

9. Expandindo Ligações Múltiplas Com “Átomos Fantasmas”

A solução é “expandir” cada ligação múltipla como uma ligação única ligada a um “átomo fantasma” (em azul).

Estes “átomos fantasmas” são usados apenas para determinar a prioridade CIP – eles não têm nenhum significado químico.

Nota que no processo de atribuição de átomos fantasmas a ambos os átomos numa ligação múltipla envolve o átomo mais distante “olhando para trás” em direcção ao centro quiral. Esta é a única vez que nos é permitido fazer isto!

Se aplicarmos o método “átomo fantasma” às ligações múltiplas nesta molécula, vemos então que de facto o alqueno é mais prioritário do que o alqueno, que é mais prioritário do que o etílico.

Se o processo de atribuição de prioridades a esta molécula não pareceu claro, passe aqui para uma vista pop-up ou clique aqui para ver uma imagem a passar pela atribuição.

Para um bom tempo, tente usar nosso novo método para determinar a prioridade dos grupos vinil, isopropil e s-butyl (abaixo).

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O processo é descrito bastante densamente aqui.

Prioridades de Cahn-Ingold-Prelog Com Isótopos

Há algum ponto em que deixamos de nos importar com as diferenças? Por exemplo, digamos que preparamos uma molécula com deutério ao invés de hidrogênio, como na molécula abaixo. Isso ainda conta como um centro quiral?

Sim, isso conta absolutamente como um centro quiral. (Se teria uma rotação óptica significativa é outra história).

Atribuir prioridade aqui é na verdade bastante simples. Nos casos em que os números atómicos são os mesmos, quebramos laços atribuindo a maior prioridade a pesos atómicos mais elevados.

Para o hidrogénio, isso significa que o trítio (3H) tem prioridade sobre o deutério (2H) que tem prioridade sobre o protium (1H).

Granted, este não é o tipo de situação que você provavelmente encontrará no orgânico introdutório. Mas surge! E a propósito, preparar moléculas quirais contendo deutério não é apenas um exercício teórico – tem sido extremamente benéfico para determinar o mecanismo de ação das enzimas. Veja aqui por exemplo.

Conclusão: Atribuindo configurações R/S com “O Método dos Pontos”

Na maioria dos casos, o “método dos pontos” irá levá-lo onde você precisa ir para determinar prioridades para um centro quiral. A única coisa chave deste post para lembrar é o conceito de “átomos fantasmas” para determinar prioridades em alcenos e outros laços múltiplos.

Qual é a coisa que você quer falar? Deixe um comentário!

Obrigado novamente ao Matt por ajudar com este post. Contrate o Matt como seu tutor!

Notas

1. Aqui está um exemplo realmente interessante de átomos fantasmas em ação. Mudar um grupo em nitrogênio de H para CH3 resulta em uma mudança na configuração de (S) para (R). Big Hat Tip para r/dennisdcao
   http://imgur.com/WLmmDNM
2. Este post também não abordou a quiralidade presente em alenes e outras espécies com um eixo de quiralidade. Nesses casos, não usamos R/S, usamos P/M. As regras de prioridade CIP ainda funcionam, no entanto.
3. Não entrei nisto, mas… o carbono médio aqui é um centro quiral?

Não é bem assim. Esse carbono médio é o que é conhecido como um centro pseudo-assimétrico. Ele tem 4 substitutos diferentes – o centro quiral (R) é diferente de (S). A regra da IUPAC é que (R) tem prioridade sobre (S). As letras minúsculas (r) e (s) são usadas neste caso. Mais sobre este tópico aqui.

4. O tio Al tem um exemplo (teórico) de uma molécula onde as regras CIP falham. O tio Al também tem algumas opiniões bastante fortes sobre a quiralidade.

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