تخصیص اولویت های Cahn-Ingold-Prelog (CIP) (2)

اولویت های Cahn Ingold Prelog (2): تعیین R/S در حلقه ها، زنجیرها و موارد دیگر

این پست با مت پیرس از محلول های شیمی آلی نوشته شده است. از مت در مورد برنامه ریزی یک جلسه تدریس خصوصی در اینجا بپرسید.

در این پست قوانین Cahn-Ingold-Prelog (CIP) را گسترش خواهیم داد و نحوه تخصیص را نشان خواهیم داد. آر/اس در برخی موارد پیچیده‌تر که شامل حلقه‌ها، مراکز کایرال متعدد، پیوندهای متعدد و ایزوتوپ‌ها می‌شود. خواهیم دید که «روش نقطه‌ها» برای گسستن پیوندها در تعیین اولویت‌های CIP بسیار ارزشمند است!

فهرست مطالب

خلاصه: تعیین اولویت های CIP در موارد ساده
چگونه اولویت‌های CIP را در موارد پیچیده‌تر شامل حلقه‌ها، مراکز کایرال متعدد، پیوندهای چندگانه و ایزوتوپ‌ها اختصاص دهیم؟
یادآوری: اولویت های Cahn-Ingold-Prelog در اولین نقطه تفاوت تعیین می شوند
تخصیص اولویت های CIP: کاربرد “روش نقطه ها”
چگونه پیکربندی R/S را در حلقه ها تعیین کنیم؟
تعیین پیکربندی R/S در حلقه ها: یک “سوال ترفند” رایج
تخصیص پیکربندی های R/S به مولکول های دارای مراکز کایرال متعدد
تخصیص اولویت های Cahn-Ingold-Prelog (CIP) با اوراق قرضه چندگانه
گسترش پیوندهای چندگانه با “اتم های فانتوم”
اولویت های Cahn-Ingold-Prelog با ایزوتوپ ها
نتیجه‌گیری: اختصاص پیکربندی‌های R/S با «روش نقطه‌ها».
یادداشت

1. خلاصه: تعیین اولویت های CIP در موارد ساده

در اولین پست خود در مورد قوانین Cahn-Ingold-Prelog (CIP)، یک نمای کلی از نحوه تخصیص ارائه دادیم. آر یا اس به مراکز کایرال در یک مولکول. ما این موضوع را با یک پست بعدی در مورد نحوه استفاده از قوانین CIP برای تعیین اولویت ها در آلکن ها دنبال کردیم تا مشخص کنیم آیا آنها هستند یا خیر. E یا ز.

مانند اکثر پست های مقدماتی، نمونه های انتخاب شده بسیار ساده بودند. تعیین اولویت‌ها در مولکولی مانند مولکول‌های زیر که کربن مرکزی به چهار اتم با وزن‌های اتمی متفاوت متصل است، نسبتاً ساده است. و همانطور که قبلاً بحث کردیم، هنگامی که قانون مبادله واحد را یاد گرفتید، تعیین R/S در مواردی که جایگزین اولویت شماره 4 در پشت صفحه صفحه قرار نمی گیرد، به اندازه کافی آسان است.

در مواردی از stereocentres که به اتم های یکسان متصل هستند، دیدیم که استفاده از “روش نقطه” برای شکستن پیوندها و حرکت به سمت پایین زنجیره نیز بسیار ساده است. در یک دقیقه بیشتر در مورد آن: در اینجا چند تمرین وجود دارد که در صورت تمایل می توانید آنها را تمرین کنید.

2. چگونه اولویت های CIP را در موارد پیچیده تر شامل حلقه ها، مراکز کایرال متعدد، پیوندهای چندگانه و ایزوتوپ ها اختصاص دهیم؟

این پست درباره برخی از عوارض بعدی است که در تعیین اولویت ها می بینیم. به عنوان مثال، چگونه اولویت ها را در موارد زیر تعیین می کنید:

حلقه
مراکز کایرال متعدد
برخورد با اوراق قرضه متعدد
در مورد ایزوتوپ ها چطور؟

این پست به مرتب کردن این موارد کمی پیچیده‌تر اختصاص دارد. ما منحصراً بر روی تعیین R/S تمرکز خواهیم کرد اما همان قوانین اولویت برای تعیین (E/Z) نیز وجود دارد.

3. یادآوری: اولویت های Cahn-Ingold-Prelog در اولین نقطه تفاوت تعیین می شوند

بیایید با یک سوال ترفند رایج شروع کنیم. بالاترین اولویت “گروه” متصل به مرکز کایرال در مولکول زیر چیست؟ R/S را اختصاص دهید.

اولین غریزه شما ممکن است این باشد که بگویید، “زنجیره کربن حاوی برم”، زیرا برم دارای بالاترین عدد اتمی در بین تمام اتم های موجود در مولکول است.

در واقع زنجیره کربنی حاوی برم است سوم گروه اولویت (فقط هیدروژن کمتر است!)، به مرکز کایرال یک نشان می دهد آر پیکربندی

این به دلیل نحوه تخصیص اولویت ها است: ما از مرکز کایرال به سمت بیرون حرکت می کنیم، هر بار یک کربن، و اولویت ها را در اولین نقطه تفاوت تعیین کنید.

4. تعیین اولویت های CIP: کاربرد “روش نقاط”

این فرآیند برای تخصیص اولویت ها در اینجا اساساً با آنچه قبلاً نشان دادیم یکسان است:

ابتدا چهار اتم را که مستقیماً با کربن کایرال پیوند دارند مقایسه کنید و آنها را بر اساس عدد اتمی رتبه بندی کنید. در مثال ما، H به وضوح اولویت شماره 4 است.
اگر تساوی وجود دارد، هر سه اتم را فهرست کنید به طور مستقیم پیوند خورده است به اتم های متصل به ترتیب کاهش عدد اتمی. من آن را مفید بدانند روی هر اتمی که مقایسه می کنم نقطه بگذارید، به همین دلیل است که این را می نامم روش نقطه).
هر لیست را اتم به اتم مقایسه کنید. در t-بوتیل (C(CH₃)₃) گروه دارای بالاترین اولویت است [C,C,C beats C,H,H]. اما هنوز نمی توانیم گروه ایزوبوتیل یا گروه بروموپروپیل را متمایز کنیم.
از آنجایی که هنوز یک تساوی وجود دارد، ما نقاط را یک قدم جلوتر از زنجیره حرکت می‌دهیم، به‌ویژه به کربن بعدی، زیرا بالاترین عدد اتمی را دارد (نقاط به ما کمک می‌کنند تا جایی که هستیم را پیگیری کنیم). این اکنون به ما امکان می دهد اولویت های شماره 2 و 3 را تعیین کنیم [C,C,H > C,H,H].
با تعیین تمام اولویت‌ها، آماده واگذاری هستیم آر و اس با ردیابی مسیر 1 → 3. از آنجایی که شماره 4 روی یک گوه است، چرخش در جهت خلاف جهت عقربه های ساعت نشان دهنده یک آر پیکربندی (“قاعده مخالف”).

اگر هنوز مشخص نیست، برای نمایش پاپ آپ اینجا را نگه دارید یا اینجا را کلیک کنید تا تصویری از یک درمان کامل گام به گام نمایش داده شود.

5. چگونه پیکربندی R/S را در حلقه ها تعیین کنیم؟

در واقع هیچ قانون جدیدی برای تعیین اولویت‌ها در حلقه‌ها لازم نیست، اما بسیاری از دانش‌آموزان به من می‌گویند اگر مرکز کایرال روی حلقه باشد، برای تعیین R/S مشکل دارند. به همین دلیل اجازه دهید یک مثال را مرور کنیم و سعی کنیم تا آنجا که ممکن است این موضوع را روشن کنیم.

تعیین R/S در یک حلقه فقط روش نقاط دوباره است. ما فقط در امتداد زنجیره از مرکز کایرال دور می شویم تا زمانی که یک نقطه تفاوت پیدا کنیم. در زیر، باید دو کربن را از مرکز کایرال دور کنیم تا (C، C، C) را بر (C، H، H) اولویت دهیم:

6. تعیین پیکربندی R/S در حلقه ها: یک “سوال ترفند” رایج

در واقع وجود دارد است یکی از مواردی که در آن تعیین R/S در یک حلقه ممکن است برای افراد ناآشنا عجیب به نظر برسد.

مولکول زیر دارای گوه‌ها و خط تیره‌هایی است که نمایانگر شیمی دو کربن است. اگر از شما خواسته شود که R/S را برای کربن ستاره دار تعیین کنید چه؟

امیدوارم ببینید که این در واقع یک “سوال ترفند” است. وقتی می‌خواهیم نقطه‌ای از اختلاف را تعیین کنیم، در نهایت به کربن پایین همگرا می‌شویم بدون اینکه یک تفاوت پیدا کنیم. این بدان معناست که این دو “گروه” در واقع یکسان هستند و کربن “ستاره‌دار” یک مرکز کایرال نیست.

[One important point: although it may not be a chiral centre, it is a stereocenter. This disubstituted cyclohexane is capable of “cis-trans isomerism”, (aka “geometric isomerism”). If we invert the substituents on the carbon, we will end up with its stereoisomer. ]

7. اختصاص تنظیمات R/S به مولکول هایی با چندین مرکز کایرال

مولکول‌های دارای مراکز کایرال متعدد نیز در واقع به هیچ مفهوم جدیدی نیاز ندارند. ما فقط باید هر مرکز کایرال را شناسایی کنیم و R یا S را برای هر کدام تعیین کنیم. وقتی نام نهایی را کنار هم گذاشتیم، سپس باید پیکربندی هر کربن را در ابتدای نام مشخص کنیم.

از این رو مولکول بالا (1R, 3R, 4S)-3-bromo-4-ethyl-1-methyl-1-propylcyclopentane است.

اگر می‌خواهید ببینید دقیقاً چگونه تخصیص پیکربندی (S) انجام شده است، برای یک نمای بازشو اینجا را نگه دارید یا این پیوند را به یک تصویر دنبال کنید.

8. تعیین اولویت های Cahn-Ingold-Prelog (CIP) با اوراق قرضه چندگانه

نمونه‌هایی که تاکنون ارائه شده‌اند در واقع به هیچ مفهوم جدیدی نیاز نداشته‌اند. با این حال، قوانینی که تاکنون دیده‌ایم، زمانی که چند پیوند وارد تصویر می‌شوند، شروع به شکستن می‌کنند.

به عنوان مثال، منطقی نیست که یک گروه متیل باید اولویت بیشتری نسبت به یک آلکین داشته باشد.

واضح است که یک قانون جدید برای مقابله با اوراق قرضه چندگانه مورد نیاز است.

9. گسترش پیوندهای چندگانه با “اتم های فانتوم”

راه حل این است که هر پیوند چندگانه را به عنوان یک پیوند واحد متصل به یک “اتم فانتوم” (به رنگ آبی) “بسط” کنیم.

این “اتم های فانتوم” صرفاً به منظور تعیین اولویت CIP استفاده می شود – معنی شیمیایی ندارند

توجه داشته باشید که در فرآیند تخصیص اتم‌های فانتوم به هر دو اتم در یک پیوند چندگانه، اتم دورتر به سمت مرکز کایرال «به عقب نگاه می‌کند». این تنها زمانی است که ما تا به حال اجازه انجام این کار را داریم!

اگر روش “اتم فانتوم” را برای پیوندهای چندگانه در این مولکول اعمال کنیم، می بینیم که در واقع آلکین اولویت بیشتری نسبت به آلکن دارد، که از اتیل اولویت بیشتری دارد.

اگر روند تخصیص اولویت‌ها به این مولکول نامشخص به نظر می‌رسید، برای یک نمای بازشو اینجا را نگه دارید یا اینجا را کلیک کنید تا تصویری را که در حال انجام تکلیف است ببینید.

برای گذراندن اوقاتی خوش، سعی کنید و از روش جدید ما برای تعیین اولویت گروه های وینیل، ایزوپروپیل و اس بوتیل (در زیر) استفاده کنید.

این فرآیند در اینجا به طور فشرده توضیح داده شده است.

10. اولویت های Cahn-Ingold-Prelog با ایزوتوپ ها

آیا نقطه ای وجود دارد که ما به تفاوت ها اهمیت نمی دهیم؟ به عنوان مثال، فرض کنید یک مولکول را با دوتریوم به جای هیدروژن مانند مولکول زیر آماده می کنیم. آیا آن هنوز به عنوان یک مرکز کایرال به حساب می آید؟

بله، این کاملا به عنوان یک مرکز کایرال به حساب می آید. (اینکه آیا چرخش نوری قابل توجهی خواهد داشت یا نه داستان دیگری است).

تعیین اولویت در اینجا در واقع بسیار ساده است. در مواردی که اعداد اتمی یکسان هستند، پیوندها را قطع می کنیم اختصاص بالاترین اولویت به بالاتر اتمی وزنه ها.

برای هیدروژن، این بدان معناست که تریتیوم (³H) بر دوتریوم اولویت دارد (²H) که بر پروتیوم اولویت دارد (¹ح).

مسلماً، این وضعیتی نیست که احتمالاً در مقدماتی ارگانیک با آن مواجه شوید. اما مطرح می شود! و به هر حال، تهیه مولکول‌های کایرال حاوی دوتریوم صرفاً یک تمرین تئوری نیست – بلکه برای تعیین مکانیسم عمل آنزیم‌ها بسیار مفید بوده است. به عنوان مثال اینجا را ببینید.

11. نتیجه گیری: اختصاص تنظیمات R/S با “روش نقطه”

در بیشتر موارد، «روش نقطه‌ها» شما را به جایی می‌رساند که باید برای تعیین اولویت‌های یک مرکز کایرال بروید. یک نکته کلیدی از این پست که باید به خاطر بسپارید، مفهوم “اتم های فانتوم” برای تعیین اولویت ها در آلکن ها و سایر پیوندهای چندگانه است.

چیزی کم است که بخواهید در مورد آن صحبت کنید؟ پیام بگذارید!

باز هم از مت برای کمک به این پست تشکر می کنم. مت را به عنوان معلم خود استخدام کنید!

یادداشت

در اینجا یک نمونه واقعا جالب از اتم های فانتوم در حال عمل آورده شده است. تغییر یک گروه روی نیتروژن از H به CH₃ منجر به یک سوئیچ در پیکربندی از (S) به (R) می شود. نکته کلاه بزرگ به r/dennisdcao
http://imgur.com/WLmmDNM
این پست همچنین به کایرالیته موجود در آلن ها و گونه های دیگر با محور کایرالی توجهی نکرده است. در آن موارد ما از R/S استفاده نمی کنیم، از P/M استفاده می کنیم. قوانین اولویت CIP هنوز هم کار می کنند.
به این موضوع توجه نکردم، اما… آیا کربن میانی در اینجا یک مرکز کایرال است؟

نه کاملا. کربن میانی همان چیزی است که به عنوان a شناخته می شود شبه نامتقارن مرکز این دارای 4 جایگزین مختلف است – مرکز کایرال (R) با (S) متفاوت است. قانون IUPAC این است که (R) بر (S) اولویت دارد. در این مورد از حروف کوچک (r) و (s) استفاده می شود. اطلاعات بیشتر در مورد این موضوع در اینجا.

4. Uncle Al یک مثال (تئوری) از یک مولکول دارد که در آن قوانین CIP شکست می خورند. عمو آل نیز نظرات بسیار محکمی در مورد کایرالیته دارد.