序列法则
序列法则(Cahn–Ingold–Prelog (CIP) sequence rules、CIP priority rules)是一套用于有机化学的规则,用来命名有机分子的立体异构现象。一个有机分子可能含有多个立体中心和双键,而每一个都给了这个分子两种可能的组态。这个规则的目的是给予立体中心R/S标记,双键E/Z标记,而使每个组态都可以用系统性的语言来描述。
序列法则和其他的命名原则,如IUPAC命名法有显著的不同,原因是此规则是被制定来命名有立体异构物的分子,而不是来一般的分类与描述化合物。
使用序列法则的步骤通常是:
- 标记立体中心和双键;
- 标记连著立体中心的四个基团的优先顺序,和双键两端原子各自所接的两个基团的优先顺序(两端分开标记);
- 标记立体中心的R/S,和双键的E/Z。
标记优先顺序
编辑R/S和E/Z标记是建于与立体中心(或双键)相连的基团的优先顺序上的。所以标示这些优先顺序的步骤,是整个序列法则的核心。
首先比较的是直接接到该立体中心的原子的原子序(原子序数),原子序愈大的即可拿到较大的优先顺序。假如是原子序相同的情形,则分别表列直接连接该原子的原子,即与立体中心距离为二的那些原子,并以原子序降序排列。然后逐原子比较,当一有差别出现,拥有较大原子序的一方即有较大的优先顺序。如果还是相同,在表上的原子将被他们所们所接的原子,即与立体中心为三的原子所取代,并个别做降序排列,然后再度逐原子比较。整个步骤将重复不断进行,直到出现差异为止。
重复上述步骤时,如果遇到构型不相同的立体中心或双键,则它们之间的顺序也不相同。含R构型立体中心的基团在先,含S构型立体中心的基团在后;含Z型双键的基团在先,含E型双键的基团在后。
举些例子以助于说明这个比较的过程:
- -OH > -CH3:-OH基团直接接到立体中心的原子(O)的原子序大于-CH3直接接到立体中心的原子(C)。
- -CH(OH)CH3 > -CH2OH:直接接立体中心的原子都是碳,但与原子中心距离为二的表不同,分别是(O,C,H)和(O,H,H)。最早的区别是第二行的碳与氢,而碳原子序比较大,故取得较大优先顺序。
- -CH(OCH3)CH3 > -CH(OH)CH2OH:与立体中心距离为二的表皆是(O,C,H),故我们制造距离三的表:((C),(H,H,H),());((H),(O,H,H),())。最早的差距是第1-1行的碳和氢。认为第2-1行的氧取得优先顺序是不正确的(因为要照顺序比)。
- -CH(CH2F)OCH3 > -CH(CH3)OCH2F:距离二表(O,C,H);(O,C,H)距离三表((C),(F,H,H),());((C),(H,H,H),()),认为后面距离为四的氟赢是不正确的,因为差别在距离三即出现。
当两基团只有同位素的差别,则以质量数来比较:
- -CDH2 > -CH3:与立体中心距离二的表是(D,H,H);(H,H,H),而D = 2 > H = 1。
- -CH(OD)CH3 > -CH(OH)CTH2:距离二的表相同(O,C,H),故制作距离三的表((D),(H,H,H),());((H),(T,H,H),())。在1-1行,D > H,取得较大优先顺序。
- -CH2CH2CH3 > -CDHCH3:由于基团有原子上的不同,故以原子序作为比较的基准,而前者在距离三取得较大的优先顺序。认为距离二的时候 D > H 是不正确的。
如果甲原子与乙原子之间为双键,则把甲原子视为用单键与两个原子连接:乙原子以及一个与乙原子有相同原子序且只与甲连接的虚拟原子。当进一步追溯到与乙原子相连的原子时,甲原子本身不算,以避免往回找的现象,但是会算上一个虚拟的甲原子,而虚拟的原子则不连接任何原子,这样,双键就被正确的诠释了。 例子:
- -CH=O > -CH2OH:距离二的表分别是(O,虚拟O,H);(O,H,H)。虚拟O取得了较高的优先顺序。
- -CH(OCH3)2 > -CH=O:距离二的表分别是(O,O,H);(O,虚拟O,H),是相同的。但在距离三的时候,虚拟O并没有和任何其他东西相接,故表为((C),(C),());((虚拟C),(),())。在第二行 C > 无东西。
- -CH=CH2 > -CH(CH3)2:距离二的表是(C,虚拟C,H);(C,C,H),故比较距离三:((虚拟C,H,H),(),());((H,H,H),(H,H,H),())。距离三表中的虚拟C是用来表达C=C双键的另一个方向。
当遇到含有碳环的化合物时,必须要把他展开为树状(被作者称为分层图)。方法是从立体中心开始,走所有可能的路径,当在某条路径上,遇到一个该条路径已经走过的原子时,把该原子变成个虚拟的原子,以确保这树是有限的。同一个原子可能在该树上出现多次,有时是原本的,有时是虚拟的。
标记双键与立体中心
编辑立体中心:R/S
编辑当一个立体中心的四个基团都被给予了优先顺序之后,使该分子在空间中,拥有最低优先顺序的取代基是指远离观察者的(即位于虚形键上)一个。假设四个基团分别被标示为1(最高优先)到4(最低优先),那么从1到3所转的方向标记了该个立体中心。当1到2到3的方向是顺时钟时,我们标记它为R,若是逆时钟则为S。这些记号分别是由拉丁文的右(rectus)和左(sinister)来的。
双键:E/Z
编辑对于烯类和那些具有双键的有机化合物,基团还是一样的被标记优先顺序,但在这里,重要的是双键两边的碳原子所接的基团中,优先顺序较高的那一个的相对位置。当两个优先顺序较高的基团在双键的同侧,即是顺的位置,即把这双键标记为Z。若在相对的位置,即标记为E。这些记号来分别自于德文的一起(zusammen)和相对(entgegen)。
多个标记
编辑很重要的一点是,一个化合物中,可能会有许多的地方需要标记。举例来说,麻黄碱可以在(1R,2S)和(1S,2R)的形式存在。但(1R,2R)和(1S,2S)的组成也是存在的。基本上,有n个立体中心和双键,就会有2n个异构物,但有时候,有些异构物是不可能存在的,从而降低了可能存在的异构物数目。
参见
编辑参考资料
编辑“Cahn-Ingold-Prelog顺序规则”的最初文献:
- Robert Sidney Cahn; Christopher Kelk Ingold; Vladimir Prelog. Specification of Molecular Chirality. Angewandte Chemie International Edition. 1966, 5 (4): 385–415. doi:10.1002/anie.196603851.
- Vladimir Prelog , Günter Helmchen. Basic Principles of the CIP-System and Proposals for a Revision. Angewandte Chemie International Edition. 1982, 21 (8): 567–583. doi:10.1002/anie.198205671.