En química orgánica , las reglas de secuencia de Cahn–Ingold–Prelog ( CIP ) (también la convención de prioridad CIP ; llamada así por Robert Sidney Cahn , Christopher Kelk Ingold y Vladimir Prelog ) son un proceso estándar para nombrar de manera completa e inequívoca un estereoisómero de una molécula. [1] [2] : 26 El propósito del sistema CIP es asignar un descriptor R o S a cada estereocentro y un descriptor E o Z a cada doble enlace para que la configuración de toda la molécula pueda especificarse de manera única incluyendo los descriptores en su nombre sistemático. Una molécula puede contener cualquier número de estereocentros y cualquier número de dobles enlaces, y cada uno generalmente da lugar a dos posibles isómeros. Una molécula con un entero n que describe el número de estereocentros generalmente tendrá 2 n estereoisómeros y 2 n −1 diastereómeros, cada uno con un par asociado de enantiómeros . [3] [4] Las reglas de secuencia CIP contribuyen a la denominación precisa de cada estereoisómero de cada molécula orgánica con todos los átomos de ligancia de menos de 4 (pero incluyendo también ligancia de 6, término que se refiere al "número de átomos vecinos" unidos a un centro). [2] : 26f [4]
El artículo clave que establece las reglas de secuencia CIP se publicó en 1966, [5] y fue seguido por refinamientos adicionales, [6] antes de ser incorporado a las reglas de la Unión Internacional de Química Pura y Aplicada (IUPAC), el organismo oficial que define la nomenclatura orgánica , en 1974. [2] : 26ff Las reglas han sido revisadas desde entonces, más recientemente en 2013, [7] como parte del libro de la IUPAC Nomenclatura de la química orgánica . La presentación de la IUPAC de las reglas constituye el estándar oficial y formal para su uso, y señala que "el método ha sido desarrollado para cubrir todos los compuestos con ligancia hasta 4... y... [extendido al caso de] ligancia 6... [así como] para todas las configuraciones y conformaciones de tales compuestos". [2] : 26ff Sin embargo, aunque la documentación de la IUPAC presenta una introducción exhaustiva, incluye la advertencia de que "es esencial estudiar los artículos originales, especialmente el artículo de 1966, antes de utilizar la regla de secuencia para casos que no sean bastante simples". [2] : 26f
Un artículo reciente aboga por cambios en algunas de las reglas (reglas de secuencia 1b y 2) para abordar ciertas moléculas para las cuales los descriptores correctos no estaban claros. [8] Sin embargo, sigue existiendo un problema diferente: en casos raros, dos estereoisómeros diferentes de la misma molécula pueden tener los mismos descriptores CIP, por lo que el sistema CIP puede no ser capaz de nombrar de manera inequívoca un estereoisómero y otros sistemas pueden ser preferibles. [9] : 27
Los pasos para nombrar moléculas utilizando el sistema CIP a menudo se presentan como:
Los descriptores R / S y E / Z se asignan mediante un sistema de clasificación de prioridades de los grupos asociados a cada estereocentro. Este procedimiento, a menudo conocido como reglas de secuencia , es el núcleo del sistema CIP. La descripción general de esta sección omite algunas reglas que solo se necesitan en casos excepcionales.
Si dos grupos difieren sólo en los isótopos , entonces se utiliza la masa atómica mayor para establecer la prioridad. [10]
Si un átomo, A, está unido por un doble enlace a otro átomo, entonces el átomo A debe ser tratado como si estuviera "conectado al mismo átomo dos veces". [11] Un átomo que está unido por un doble enlace tiene una prioridad más alta que un átomo que está unido por un simple enlace. [11] Cuando se trata de grupos de prioridad con doble enlace, se permite visitar el mismo átomo dos veces mientras se crea un arco. [12]
Cuando se reemplaza B con una lista de átomos unidos, se excluye a A en sí, pero no a su "fantasma", de acuerdo con el principio general de no volver a repetir el enlace que se acaba de seguir. Un triple enlace se maneja de la misma manera, excepto que A y B están conectados cada uno a dos átomos fantasma del otro. [2] : 28
Si dos sustituyentes en un átomo son isómeros geométricos entre sí, el isómero Z tiene mayor prioridad que el isómero E. Un estereoisómero que contiene dos grupos de mayor prioridad en la misma cara del doble enlace ( cis ) se clasifica como "Z". El estereoisómero con dos grupos de mayor prioridad en lados opuestos de un doble enlace carbono-carbono ( trans ) se clasifica como "E". [13]
Para manejar una molécula que contiene uno o más ciclos , primero se debe expandir en un árbol (llamado dígrafo jerárquico ) recorriendo enlaces en todos los caminos posibles comenzando en el estereocentro. Cuando el recorrido encuentra un átomo a través del cual ya ha pasado el camino actual, se genera un átomo fantasma para mantener el árbol finito. Un solo átomo de la molécula original puede aparecer en muchos lugares (algunos como fantasmas, otros no) en el árbol. [14] : 572
Un isómero hibridado sp 3 quiral contiene cuatro sustituyentes diferentes. A los cuatro sustituyentes se les asignan prioridades según sus números atómicos. Después de que se han asignado sus prioridades a los sustituyentes de un estereocentro , la molécula se orienta en el espacio de modo que el grupo con la prioridad más baja apunte lejos del observador. Si los sustituyentes están numerados del 1 (prioridad más alta) al 4 (prioridad más baja), entonces el sentido de rotación de una curva que pasa por 1, 2 y 3 distingue los estereoisómeros . En un isómero configuracional , el grupo de menor prioridad (la mayoría de las veces hidrógeno) se coloca detrás del plano o el enlace rayado que se aleja del lector. El grupo de mayor prioridad tendrá un arco dibujado que se conecta con el resto de los grupos, terminando en el grupo de tercera prioridad. Un arco dibujado en el sentido de las agujas del reloj, tiene la asignación de recto ( R ). Un arco dibujado en el sentido contrario a las agujas del reloj, tiene la asignación siniestra ( S ). Los nombres se derivan del latín para 'derecha' e 'izquierda', respectivamente. [15] [16] Al nombrar un isómero orgánico, la abreviatura de la asignación recta o siniestra se coloca delante del nombre entre paréntesis. Por ejemplo, el 3-metil-1-penteno con una asignación recta se formatea como ( R )-3-metil-1-penteno. [12]
-1,2,3-trichlorocyclopentane.svg/1280px-(1R,2s,3S)-1,2,3-trichlorocyclopentane.svg.png)
Un método práctico para determinar si un enantiómero es R o S es mediante la regla de la mano derecha : se envuelve la molécula con los dedos en la dirección 1 → 2 → 3. Si el pulgar apunta en la dirección del cuarto sustituyente, el enantiómero es R ; de lo contrario, es S.
Es posible en casos raros que dos sustituyentes en un átomo difieran solo en su configuración absoluta ( R o S ). Si es necesario establecer las prioridades relativas de estos sustituyentes, R tiene prioridad sobre S. Cuando esto sucede, el descriptor del estereocentro es una letra minúscula ( r o s ) en lugar de la letra mayúscula que se utiliza normalmente. [17]
Para las moléculas con doble enlace, se siguen las reglas de prioridad de Cahn-Ingold-Prelog (reglas CIP) para determinar la prioridad de los sustituyentes del doble enlace. Si ambos grupos de alta prioridad están en el mismo lado del doble enlace ( configuración cis ), entonces al estereoisómero se le asigna la configuración Z ( zusammen, palabra alemana que significa "juntos"). Si los grupos de alta prioridad están en lados opuestos del doble enlace ( configuración trans ), entonces al estereoisómero se le asigna la configuración E ( entgegen , palabra alemana que significa "opuesto") [18]
En algunos casos en los que se forman centros estereogénicos , se debe especificar la configuración. Sin la presencia de una interacción no covalente , un compuesto es aquiral . Algunos profesionales han propuesto una nueva regla para tener esto en cuenta. Esta regla establece que "las interacciones no covalentes tienen un número ficticio entre 0 y 1" al asignar prioridad. [19] Los compuestos en los que esto ocurre se denominan compuestos de coordinación .
Algunos compuestos espiro, por ejemplo los ligandos SDP (( R )- y ( S )-7,7'-bis(difenilfosfaneil)-2,2',3,3'-tetrahidro-1,1'-espirobi[indeno]), representan moléculas quirales, C 2 -simétricas donde los anillos se encuentran aproximadamente en ángulos rectos entre sí y cada molécula no puede superponerse en su imagen especular. [12] El carbono espiro, C, es un centro estereogénico, y se puede asignar prioridad a>a′>b>b′, en el que un anillo (ambos dan la misma respuesta) contiene átomos a y b adyacentes al carbono espiro, y el otro contiene a′ y b′. La configuración en C puede entonces asignarse como para cualquier otro estereocentro.
Los siguientes son ejemplos de aplicación de la nomenclatura. [20]
Si un compuesto tiene más de un estereocentro quiral, cada centro se denota por R o S . Por ejemplo, la efedrina existe en los estereoisómeros (1 R ,2 S ) y (1 S ,2 R ), que son formas de imagen especular distintas entre sí, lo que los convierte en enantiómeros . Este compuesto también existe como los dos enantiómeros escritos (1 R ,2 R ) y (1 S ,2 S ), que se denominan pseudoefedrina en lugar de efedrina. Los cuatro isómeros se denominan 2-metilamino-1-fenil-1-propanol en la nomenclatura sistemática. Sin embargo, la efedrina y la pseudoefedrina son diastereómeros o estereoisómeros que no son enantiómeros porque no están relacionados como copias de imagen especular. La pseudoefedrina y la efedrina reciben nombres diferentes porque, como diastereómeros, tienen propiedades químicas diferentes, incluso para mezclas racémicas de cada uno.
En términos más generales, para cualquier par de enantiómeros, todos los descriptores son opuestos: ( R , R ) y ( S , S ) son enantiómeros, al igual que ( R , S ) y ( S , R ). Los diastereómeros tienen al menos un descriptor en común; por ejemplo, ( R , S ) y ( R , R ) son diastereómeros, al igual que ( S , R ) y ( S , S ). Esto también es válido para compuestos que tienen más de dos estereocentros: si dos estereoisómeros tienen al menos un descriptor en común, son diastereómeros. Si todos los descriptores son opuestos, son enantiómeros.
Un compuesto meso es una molécula aquiral, a pesar de tener dos o más centros estereogénicos . Un compuesto meso es superponible en su imagen especular, por lo tanto reduce el número de estereoisómeros predichos por la regla 2n . Esto ocurre porque la molécula obtiene un plano de simetría que hace que la molécula gire alrededor del enlace carbono-carbono central. [12] Un ejemplo es el ácido meso-tartárico , en el que ( R , S ) es lo mismo que la forma ( S , R ). En los compuestos meso, los estereocentros R y S se presentan en pares posicionados simétricamente. [21]
La configuración relativa de dos estereoisómeros puede denotarse mediante los descriptores R y S con un asterisco (*). ( R *, R *) significa dos centros que tienen configuraciones idénticas, ( R , R ) o ( S , S ); ( R *, S *) significa dos centros que tienen configuraciones opuestas, ( R , S ) o ( S , R ). Para comenzar, al centro estereogénico con el número más bajo (según la numeración sistemática de la IUPAC) se le asigna el descriptor R *.
Para designar dos anómeros se utilizan los estereodescriptores relativos alfa (α) y beta (β). En el anómero α el átomo de carbono anomérico y el átomo de referencia tienen configuraciones opuestas ( R , S ) o ( S , R ), mientras que en el anómero β son iguales ( R , R ) o ( S , S ). [22]
La estereoquímica también juega un papel en la asignación de caras a moléculas trigonales como las cetonas . Un nucleófilo en una adición nucleofílica puede aproximarse al grupo carbonilo desde dos lados o caras opuestas. Cuando un nucleófilo aquiral ataca a la acetona , ambas caras son idénticas y solo hay un producto de reacción. Cuando el nucleófilo ataca a la butanona , las caras no son idénticas ( enantiotópicas ) y resulta un producto racémico . Cuando el nucleófilo es una molécula quiral , se forman diastereoisómeros . Cuando una cara de una molécula está protegida por sustituyentes o restricciones geométricas en comparación con la otra cara, las caras se denominan diastereotópicas . Las mismas reglas que determinan la estereoquímica de un estereocentro ( R o S ) también se aplican cuando se asigna la cara de un grupo molecular. Las caras se denominan entonces cara Re y cara Si . [23] [24] En el ejemplo que se muestra a la derecha, el compuesto acetofenona se ve desde la cara Re . La adición de hidruro como en un proceso de reducción desde este lado formará el ( S )-enantiómero y el ataque desde la cara Si opuesta dará el ( R )-enantiómero. Sin embargo, se debe tener en cuenta que agregar un grupo químico al centro proquiral desde la cara Re no siempre conducirá a un ( S )-estereocentro, ya que se debe tener en cuenta la prioridad del grupo químico. Es decir, la estereoquímica absoluta del producto se determina por sí sola y no considerando desde qué cara fue atacado. En el ejemplo mencionado anteriormente, si se agregara cloruro ( Z = 17) al centro proquiral desde la cara Re , esto daría como resultado un ( R )-enantiómero.
