Cahn-Ingold-Prelog-Konvention

Die Cahn-Ingold-Prelog-Konvention (kurz: CIP-Konvention) dient zur eindeutigen Beschreibung der Anordnung der unterschiedlichen Substituenten an Atomen, also der Bestimmung der absoluten Konfiguration der Stereozentren chiraler und insbesondere stereoisomerer Moleküle. Sie wurde 1966 von Robert Sidney Cahn, Christopher Kelk Ingold und dem Schweizer Nobelpreisträger Vladimir Prelog vorgeschlagen^[1] und 1982 von Vladimir Prelog und Günter Helmchen überarbeitet.^[2]

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Es wird folgendermaßen vorgegangen:

• Zuerst werden die Stereozentren des Moleküls bestimmt. Dies sind meist ein oder mehrere Atome, die vier verschiedene Substituenten tragen. Bei einigen Elementen wie z. B. Phosphor kann auch ein freies Elektronenpaar als Substituent gelten. Man kennzeichnet sie in der Strukturformel durch Sterne.
• Dann wird eine Drehrichtung der Struktur (nicht identisch mit der optischen Drehrichtung!) durch Ordnung der Substituenten bestimmt:
  • Zuerst untersucht man die vier Atome, die direkt an das Stereozentrum gebunden sind. Die Atome erhalten Prioritätsnummern. Das Atom mit der höchsten Ordnungszahl im Periodensystem erhält die Ziffer 1, das mit der zweithöchsten Ordnungszahl die Ziffer 2 und so weiter. Freie Elektronenpaare haben dabei eine geringere Priorität als das Element mit der niedrigsten Ordnungszahl, Wasserstoff.
    • Bei gleicher Ordnungszahl hat der Substituent mit der höheren Masse die höhere Priorität; dies spielt beim Einbau von z. B. Deuterium eine Rolle (D>H)
      • Bei gleichen Ordnungszahlen und gleicher Masse hat der Substituent die höhere Priorität (kleinere Ziffer), der an ein anderes Atome (Zweitatom) mit der höchsten Ordnungszahl gebunden ist; genauer gilt, dass in diesem Falle die sogenannte 2. Sphäre (eine Menge von Atomen) des einen Substituenten mit der 2. Sphäre des anderen Substituenten verglichen wird. Da nun eine Menge von Atomen mit einer Menge von anderen Atomen verglichen wird, sind die Vergleichsregeln etwas involvierter:
        • Doppel- und Dreifachbindungen werden so behandelt, als ob das jeweilige Atom bzw. die jeweilige Gruppe doppelt bzw. dreifach vorhanden wäre.
        • Auf jeder Seite werden die Atome nach Ordnungs- und (sekundär) Massenzahl sortiert, und dann, beginnend mit den höchsten, verglichen, bis es einen Unterschied gibt.
        • Falls nötig muss das Verfahren rekursiv jeweils am Atom mit der höchsten Priorität wiederholt werden.
        • Ist man an einem Molekülende angelangt, und hat immer noch keinen Unterschied gefunden, dann geht man jeweils eine Bindung zurück und wiederholt das Verfahren mit dem nächstpriorisiertem Atom.
        • Für stereochemische Unterschiede gelten dabei zusätzlich die Regeln cis vor trans und R vor S.
  • Nun dreht man den Substituenten niedrigster Priorität 4 unter die Bildebene, und macht dann eine Kreisbewegung um das aktive Zentrum, vom Substituenten mit der Nummer 1 bis zur Nummer 3. Geht diese Kreisbewegung linksherum (genauer: gegen den Uhrzeigersinn), so liegt eine (S)-Konfiguration vor, geht sie rechtsherum (d. h. im Uhrzeigersinn), so liegt eine (R)-Konfiguration vor. Dieser Vorgang wird für jedes Stereozentrum wiederholt. S leitet sich dabei vom lateinischen sinister (=links) und R vom lateinisch rectus (=rechts) ab.

Einige Beispiele für die Priorität der Substituenten sind hier in abfallender Priorität dargestellt:

-I > -Cl > -S-CH3 > -SH > -F > -O-CH3 > -OH > -N3 > -N (CH3)2 > -NH-C6H5 > -NH2 > -COOH > -CON2H >
> -CONH2 > -CHO > -CH2OH > -CD3 > -CD2H > -CDH2 > -CH3 > -D > -H > freies Elektronenpaar

Bevor die CIP-Nomenklatur entwickelt wurde, hat man mithilfe der Fischer-Projektion die chirale Konfiguration von Molekülen beschrieben. Sie wird auch heute noch mehrheitlich für biochemische Substanzen, wie Zucker und Aminosäuren verwendet, ist aber weniger geeignet für andere Substanzklassen, v. a. wenn mehrere Stereozentren vorliegen.

Zusätzlich zu dem oben angesprochen Fall eines Stereozentrums d. h. einer zentralen Chiralität können die CIP-Regeln auch zur eindeutigen Bestimmung der Konfiguration von Molekülen mit Chiralitätsachsen, Chiralitätsebenen oder helikalen Strukturen verwendet werden.

Literatur

1. ↑ R.S. Cahn, C.K. Ingold & V. Prelog (1966): Spezifikation der molekularen Chiralität. In: Angew. Chem. Bd. 78, S. 413–447. Abstract
2. ↑ V. Prelog & G. Helmchen (1982): Grundlagen des CIP-Systems und Vorschläge für eine Revision. In: Angew. Chem. Bd. 94, S. 614-631. Abstract

Siehe auch

• Fischer-Projektion