Reglas de Cahn-Ingold-Prelog

Las reglas de Cahn-Ingold-Prelog, usadas en química orgánica, establecen la prioridad de los sustituyentes unidos a un átomo, habitualmente carbono. Esto nos sirve para designar de forma inequívoca la configuración, la disposición espacial, de estereoisómeros tales como enantiómeros y diastereoisómeros o en el caso de los alquenos en la notación Z/E.

Ejemplo de aplicación de las reglas de prioridad de Cahn-Ingold-Prelog

Este sistema fue desarrollado por los químicos Robert S. Cahn, Christopher Ingold y Vladimir Prelog en un artículo clave donde establecieron las normas del CIP y que se publicó en 1966.^[1][2][3]

Reglas de prioridad

Ejemplo de aplicación de las reglas de Cahn-Ingold-Prelog: Nomenclatura R/S.

Las prioridades de los grupos unidos a un átomo se establecen siguiendo unas reglas de prioridad (o reglas de secuencia):

• La prioridad se establece según el número atómico del átomo sustituyente. Un átomo tiene prioridad sobre otros de número atómico menor. Así pues, el hidrógeno es el que tiene una prioridad más baja. En caso de isótopos, el de mayor masa atómica tiene prioridad.

• Si entre dos o más sustituyentes existe coincidencia en el número atómico del átomo unido directamente a la posición cuya configuración se quiere establecer, se avanza a lo largo de la cadena de cada sustituyente hasta poder asignar un orden de prioridades.

Por ejemplo, la prioridad del grupo metilo (-CH₃) es menor que la del grupo etilo (-CH₂CH₃), ya que el metilo solo tiene átomos de hidrógeno unidos al primer carbono mientras que el etilo tiene un átomo de carbono con un número atómico mayor y por tanto con una prioridad más alta.

 H        H H       
 |        | |        
-C-H  <  -C-C-H     
 |        | |       
 H        H H      

Siempre se empieza comparando los átomos de máxima prioridad unidos al primer átomo, ganando el que tenga un mayor número atómico. En caso de empate se sigue con los siguientes en número atómico. En el ejemplo, el átomo de oxígeno del hidroximetilo (-CH₂OH) se impone sobre el átomo de carbono del isopropilo (-CH(CH₃)₂).

 H         CH3 
 |         |     
-C-OH  >  -C-CH3 
 |         | 
 H         H 

El etilo (-CH₂CH₃) tiene menor prioridad que el isopropilo (-CH(CH₃)₂), ya que este último tiene un átomo más de carbono unido al primero, deshaciendo el empate inicial entre átomos de carbono ya que el segundo átomo de carbono del isopropilo tiene un número atómico más elevado que el siguiente átomo del etilo que es un hidrógeno. Esto es, el mayor número de sustituyentes de máxima prioridad (con mayor número atómico) ha decidido en favor del isopropilo. Del mismo modo, el 2-metilpropilo (-CH₂CH(CH₃)₂) es de mayor prioridad que el propilo (-CH₂CH₂CH₃).

 H          CH3          H CH3        H H
 |          |            | |          | |
-C-CH3  <  -C-CH3       -C-C-CH3  >  -C-C-CH3  
 |          |            | |          | |
 H          H            H H          H H

La prioridad se establece en el primer punto de discrepancia que se encuentre, el más cercano al primer átomo del sustituyente, siendo intrascendente el resto de estructura. Esto es, en el ejemplo, el grupo 2-hidroxietilo (-CH₂CH₂OH), a pesar de contener en su estructura un átomo de oxígeno con un número atómico más elevado, es de menor prioridad que el isopropilo (-CH(CH₃)₂), ya que en este al primer carbono hay unidos dos átomos de carbono, mientras que en el 2-hidroxietilo sólo hay uno.

 H            CH3
 |            | 
-C-CH2OH  <  -C-CH3
 |            |
 H            H

En caso de llegar a un punto de ramificación a lo largo de una cadena se escoge, si fuera necesario continuar el análisis, la rama de mayor prioridad.

• Los dobles y triples enlaces se consideran de la siguiente manera:

-CH=CHR  se considera como  -CH-CHR
                             |  |
                             C  C

                           C C
                           | |
-C≡CR  se considera como  -C-C-R
                           | |
                           C C

 R                        R
 |                        |
-C=O  se considera como  -C-O
                          | |
                          O C

Nomenclatura R/S

Los descriptores R/S permiten indicar en un compuesto orgánico la configuración (la disposición espacial de los sustituyentes) de un carbono o centro quiral, estereocentro o centro estereogénico, que es el caso de un átomo de carbono con cuatro sustituyentes diferentes.

Se añade R o S entre paréntesis como prefijo delante del nombre de la molécula orgánica. En caso de ser más de uno el centro estereogénico, separados por coma se indica el descriptor R o S de cada uno, precedido del número o localizador que identifica su posición.

Configuración R y S

Identificación de la configuración R o S

1. Se asigna mediante números o letras el orden de prioridad de los sustituyentes.
2. El sustituyente de inferior prioridad se sitúa lo más alejado posible del observador.
3. Se observa en qué sentido es el movimiento que permite ir desde el grupo de mayor prioridad al segundo y de éste al tercero. Si el movimiento resulta hacia la derecha, en el sentido de las agujas del reloj, la configuración es R (del latín rectus, derecho). Si lo es hacia la izquierda, en el sentido contrario a las agujas del reloj, la configuración es S (del latín sinister, izquierdo).

Ejemplos

Ácido (S)-2-aminopropanoico.

(1R,2S)-1-fenil-2-metilamino-1-propanol.

Referencias

1. Los dos artículos siguientes definen el sistema CIP. Los artículos proporcionan una serie de normas adicionales más allá de los principales puntos tratados anteriormente, tales como la descripción de las formas menos comunes de estereoisomería (como ejes quirales y planos) y la resolución de las prioridades más difíciles. Por ejemplo, téngase en cuenta que las reglas anteriores fallan para compuestos tales como (1S,2S,3S)-1,2,3-triclorociclopropano (en el que los tres átomos de cloro están en el mismo lado del anillo).
2. Robert Sidney Cahn; Christopher Kelk Ingold; Vladimir Prelog (1966). «Specification of molecular chirality». Angewandte Chemie International Edition 5 (4): 385-415. doi:10.1002/anie.196603851.
3. Vladimir Prelog; Günter Helmchen (1982). «Basic principles of the CIP-system and proposals for a revision». Angewandte Chemie International Edition 21 (8): 567-583. doi:10.1002/anie.198205671.

Bibliografía

• K. Peter C. Vollhardt (1994). Química Orgánica. Barcelona: Ediciones Omega S.A. ISBN 84-282-0882-4.

• Datos: Q899673