Кіріспе
Молекулалардың стереоизомерлерін атау тәртібі. Органикалық химияда Кан–Ингольд–Прелог (CIP) реттілік ережелері (сондай-ақ CIP басымдық тәртібі; Роберт Сидни Кан, Кристофер Келк Ингольд және Владимир Прелогтың есімдерімен аталған) – молекуланың стереоизомерін толық және бірмәнді атаудың стандартты тәсілі болып табылады. CIP жүйесінің мақсаты – әрбір стереоорталыққа R немесе S белгісін, ал әрбір екі байланысқа E немесе Z белгісін тағайындау, осылайша молекуланың конфигурациясын оның жүйелі атауына белгілерді қосу арқылы бірегей түрде анықтауға болады. Молекулада кез келген сандағы стереоорталықтар мен кез келген сандағы екі байланыстар болуы мүмкін, және олардың әрқайсысы әдетте екі мүмкін изомерге әкеледі. Стереоорталықтар санын сипаттайтын n бүтін саны бар молекулада әдетте стереоизомерлер болады, ал диастереомерлердің әрқайсысында байланысты энантиомерлер жұбы болады. CIP реттілік ережелерін белгілейтін мақала 1966 жылы жарияланды, одан кейін одан әрі жетілдірілді, содан соң 1974 жылы органикалық номенклатураны анықтайтын ресми орган – Халықаралық таза және қолданбалы химия одағының (IUPAC) ережелеріне енгізілді. Бұл IUPAC-тің «Органикалық химия номенклатурасы» кітабының бір бөлігі ретінде жасалды. IUPAC ережелерін ұсыну олардың қолданылуы үшін ресми, формалды стандартты құрайды және ол «әдіс 4-ке дейінгі лиганттылығы бар барлық қосылыстарды қамту үшін әзірленді және [лиганттылығы 6 [сондай-ақ] осындай қосылыстардың барлық конфигурациялары мен конформациялары үшін [кеңейтілді]» деп көрсетеді. Дегенмен, тағы бір мәселе бар: сирек жағдайларда, бір молекуланың екі әртүрлі стереоизомері бірдей CIP белгілеріне ие болуы мүмкін, сондықтан CIP жүйесі стереоизомерді бірмәнді атауға қабілетсіз болуы мүмкін, ал басқа жүйелер тиімдірек болуы мүмкін.
In organic chemistry, the Cahn–Ingold–Prelog (CIP) sequence rules (also the CIP priority convention; named after Robert Sidney Cahn, Christopher Kelk Ingold, and Vladimir Prelog) are a standard process to completely and unequivocally name a stereoisomer of a molecule. The purpose of the CIP system is to assign an R or S descriptor to each stereocenter and an E or Z descriptor to each double bond so that the configuration of the entire molecule can be specified uniquely by including the descriptors in its systematic name. A molecule may contain any number of stereocenters and any number of double bonds, and each usually gives rise to two possible isomers. A molecule with an integer n describing the number of stereocenters will usually have stereoisomers, and diastereomers each having an associated pair of enantiomers. The key article setting out the CIP sequence rules was published in 1966, and was followed by further refinements, before it was incorporated into the rules of the International Union of Pure and Applied Chemistry (IUPAC), the official body that defines organic nomenclature, in 1974. as part of the IUPAC book Nomenclature of Organic Chemistry. The IUPAC presentation of the rules constitute the official, formal standard for their use, and it notes that "the method has been developed to cover all compounds with ligancy up to 4 and [extended to the case of] ligancy 6 [as well as] for all configurations and conformations of such compounds." However, a different problem remains: in rare cases, two different stereoisomers of the same molecule can have the same CIP descriptors, so the CIP system may not be able to unambiguously name a stereoisomer, and other systems may be preferable.
Басымдықтарды белгілеу
R/S және E/Z белгілеулері әр стереоорталыққа тікелей қосылған топтардың басымдығын анықтау жүйесі арқылы беріледі. Бұл процедура, көбінесе реттілік ережелері деп аталады, CIP жүйесінің өзегі болып табылады. Осы бөлімдегі шолу, тек сирек кездесетін жағдайларда ғана қажет болатын кейбір ережелерді қамтымайды. Стереоорталыққа тікелей байланысқан атомдардың атомдық нөмірін (Z) салыстырыңыз; жоғары атомдық нөмірі Z болатын топқа жоғары басымдық беріледі (яғни, 1-басымдық). Егер теңдік болса, стереоорталықтан 2 қашықтықтағы атомдар қарастырылуы керек: стереоорталыққа тікелей байланысқан әр топ үшін одан әрі байланысқан атомдардың тізімі жасалады. Әр тізім атомдық нөмірі Z азаятын ретпен орналастырылады. Содан кейін тізімдер атомдар бойынша салыстырылады; алғашқы айырмашылықта жоғары атомдық нөмірі Z болатын атомды қамтитын топқа жоғары басымдық беріледі. Егер теңдік сақталса, екі тізімнің әрқайсысындағы әрбір атом оған байланысқан басқа атомдардың кіші тізімімен алмастырылады (стереоорталықтан 3 қашықтықта), кіші тізімдер атомдық нөмірі Z азаятын ретпен орналастырылады, және бүкіл құрылым қайтадан атомдар бойынша салыстырылады. Бұл процесс рекурсивті түрде қайталанады, әр ретте стереоорталықтан бір байланысқа алысқан атомдармен, теңдік бұзылғанша.
Изотоптар
Егер екі топ тек изотоптармен ғана ерекшеленсе, онда басымдық белгілеу үшін үлкен атомдық масса пайдаланылады.
Қос және үш еселенген облигациялар
Егер А атомы басқа атоммен қос байланыста болса, онда А атомын "бір атомға екі рет қосылған" деп қарастыру керек. Қос байланысы бар атом, бір байланысы бар атомнан жоғары басымдыққа ие. Егер B атомы оған қосылған атомдар тізімімен алмастырылса, А атомы өзі, бірақ оның "көлеңкесі" емес, жаңа басылған байланыс бойынша кері қайтуды болдырмау қағидасына сәйкес тізімнен шығарылады. Үштік байланыс та осылай қарастырылады, бірақ А және В атомдары бір-біріне екі-екелей "көлеңке" атомдармен қосылады.
Циклдік молекулалар
Бір немесе бірнеше циклдан тұратын молекуланы өңдеу үшін, оны стереоортадан басталатын барлық мүмкін жолдармен байланыстарды бақылап өту арқылы ағашқа (иерархиялық диграф деп аталады) кеңейту қажет. Өту барысында ағымдағы жол бұрын өткен атомға тап болғанда, ағаш шекті болып қалуы үшін фантомдық атом жасалады. Түпнұсқа молекуланың бір атомы ағашта көптеген жерде кездесуі мүмкін (кейбіреуі фантомдық, ал кейбіреуі – емес).
Стереоорталықтар: Р/С
Хиральды sp3 гибридтелген изомерде төрт түрлі толықтырғыш бар. Барлық төрт толықтырғышқа олардың атомдық нөмірлеріне сәйкес басымдықтар беріледі. Стереоорталықтың толықтырғыштарына басымдықтарын бергеннен кейін, молекула кеңістікте ең төмен басымдықты топ бақылаушыдан алысқа бағытталғандай етіп орналастырылады. Егер толықтырғыштар 1 (ең жоғары басымдық) -ден 4 (ең төмен басымдық) -ке дейін нөмірленсе, онда 1, 2 және 3 арқылы өтетін қисықтың айналу бағыты стереоизомерлерді ажыратады. Конфигурациялық изомерде ең төмен басымдықты топ (көбінесе сутек) жазықтықтың артында немесе оқырманнан алыстап кететін сызықтың артында орналасады. Ең жоғары басымдықты топтан үшінші басымдықты топқа дейін жалғастыратын доға сызылады. Сағат тілімен сызылған доғада ректус (R) белгісі болады. Сағат тіліне қарсы сызылған доғада синистр (S) белгісі болады. Атаулары латын тілінен алынған, сәйкесінше "оң" және "сол" деген мағынаны білдіреді. Органикалық изомерді атағанда, ректус немесе синистр белгісінің аббревиатурасы атаудың алдына жақша ішінде қойылады. Мысалы, ректус белгісі бар 3 метил-1 пентен (R) 3 метил-1 пентен деп жазылады.
Қос облигациялар: Е/З
Қос байланыстағы молекулалар үшін қос байланыстағы топтардың басымдығын анықтау үшін Кан-Инггольд-Прелог басымдық ережелері (CIP ережелері) қолданылады. Егер ең жоғары басымдылыққа ие топтардың екеуі де қос байланыстың бір жағында орналасса (цис конфигурациясы), онда стереоизомерге Z конфигурациясы тағайындалады (zusammen, неміс тілінде "бірге" деген мағынаны білдіреді). Егер ең жоғары басымдылыққа ие топтар қос байланыстың қарама-қарсы жағында орналасса (транс конфигурациясы), онда стереоизомерге E конфигурациясы тағайындалады (entgegen, неміс тілінде "қарсы" деген мағынаны білдіреді).
Координациялық қосылыстар
Кейбір жағдайларда стереогендік орталықтар пайда болғанда, конфигурациясы көрсетілуі керек. Ковалентті емес өзара әрекеттесу болмаған жағдайда, қосылыс ахирал болады. Кейбір мамандар осыны ескеретін жаңа ереже ұсынды. Бұл ережеде "басымдық белгілеген кезде ковалентті емес өзара әрекеттесулер 0 мен 1 арасындағы шартты санмен қарастырылады" делінген. Мұндай жағдайларда кездесетін қосылыстар координациялық қосылыстар деп аталады.
Бірнеше орталықты сипаттау
Егер қосылыста бірнен астам хиральды стереоорталық болса, әр орталық R немесе S әрпімен белгіленеді. Мысалы, эфедрин (1R,2S) және (1S,2R) стереоизомерлері түрінде кездеседі, олар бір-бірінің күзгүдегі бейнесі болып табылады, осылайша оларды энантиомерлер деп атаймыз. Бұл қосылыс сондай-ақ эфедрин емес, псевдоэфедрин деп аталатын (1R,2R) және (1S,2S) екі энантиомері түрінде де бар. Осы төрт изомердің барлығына жүйелі номенклатурада 2-метиламино-1-фенил-1-пропанол деп аталады. Дегенмен, эфедрин мен псевдоэфедрин – диастереомерлер, яғни энантиомерлер емес стереоизомерлер, себебі олар бір-бірінің күзгүдегі бейнесі бола алмайды. Псевдоэфедрин мен эфедринге әртүрлі атаулар беріледі, өйткені диастереомерлер ретінде олардың химиялық қасиеттері әртүрлі, тіпті олардың рацемиялық қоспалары үшін де. Кез келген энантиомерлер жұбы үшін барлық белгілеулер қарама-қарсы болады: (R,R) және (S,S) энантиомерлер, сондай-ақ (R,S) және (S,R) энантиомерлер. Диастереомерлердің кем дегенде бір ортақ белгілеуі болады; мысалы, (R,S) және (R,R) диастереомерлер, сондай-ақ (S,R) және (S,S) диастереомерлер. Бұл екіден астам стереоорталықтары бар қосылыстар үшін де сәйкес келеді: егер екі стереоизомерде кем дегенде бір ортақ белгілеу болса, олар диастереомерлер болып табылады. Егер барлық белгілеулер қарама-қарсы болса, олар энантиомерлер болып табылады. Мезоқосылыс – екі немесе одан да көп стереогендік орталықтары болғанына қарамастан, ахиральды молекула. Мезоқосылыс өзінің күзгүдегі бейнесімен "сәйкес келеді", сондықтан ол 2n ережесімен болжанған стереоизомерлердің санын азайтады. Бұл молекуланың орталық көміртек-көміртек байланысының айналуына себеп болатын симметрия жазықтығының пайда болуынан туындайды.
Қатынас конфигурациясы
Екі стереоизомердің салыстырмалы конфигурациясы R және S белгілеуіштерімен жұлдызша (*) арқылы көрсетілуі мүмкін. (R*R*) – бірдей конфигурациялы екі орталықты, яғни (R,R) немесе (S,S) білдіреді; (R*S*) – қарама-қарсы конфигурациялы екі орталықты, яғни (R,S) немесе (S,R) білдіреді. Алдымен, IUPAC жүйелі нөмірлеуіне сәйкес ең төмен нөмірленген стереогендік орталыққа R* белгілеуіші беріледі. Екі аномерді көрсету үшін салыстырмалы альфа (α) және бета (β) стереодескрипторлары қолданылады. α аномерінде аномерлік көміртек атомы мен эталондық атомның конфигурациялары қарама-қарсы болады ((R,S) немесе (S,R)), ал β аномерінде – бірдей болады ((R,R) немесе (S,S)).
Беттері
Стереохимия кетондар сияқты тригональды молекулаларға жақтарды анықтауда да рөл атқарады. Нуклеофильді қосылыста нуклеофил карбонил тобына екі қарама-қарсы жақтан немесе беттен жақындауы мүмкін. Ахиральды нуклеофил ацетонға шабуыл жасағанда екі бет те бірдей болады және бір ғана реакция өнімі пайда болады. Нуклеофил бутанонға шабуыл жасағанда, беттер бірдей болмайды (энантиотопты) және рацемиялық өнім түзіледі. Нуклеофил хиральды молекула болғанда диастереоизомерлер пайда болады. Молекуланың бір жағы екінші жағымен салыстырғанда, топтармен немесе геометриялық шектеулермен қоршалған болса, онда бұл жақтар диастереотопты деп аталады. Стереоорталықтың (R немесе S) стереохимиясын анықтайтын ережелер молекулалық топтың жағын анықтағанда да қолданылады. Бұл жақтар Re жағы және Si жағы деп аталады. Оң жақтағы мысалда ацетофенон қосылысы Re жағынан қарастырылған. Гидрид қосылысы, мысалы, осы жақтан жасалған тотығу процесі (S) энантиомерін түзсе, ал қарсы Si жағынан шабуыл (R) энантиомерін береді. Дегенмен, Re жағынан прохиральді орталыққа химиялық топты қосу әрқашан (S) стереоорталыққа алып келмейді, себебі химиялық топтың басымдығын ескеру қажет. Яғни, өнімнің абсолютті стереохимиясы оның қай жағынан шабуыл жасалғанын ескермей, дербес анықталады. Жоғарыда айтылған мысалда, егер хлорид (Z = 17) Re жағынан прохиральді орталыққа қосылса, онда (R) энантиомері түзіледі.