Cahn-Ingold-Prelog-Konvention

Die Cahn-Ingold-Prelog-Konvention (CIP-Konvention) dient zur eindeutigen Beschreibung der Anordnung der vier verschiedenen 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 und 1982 von Vladimir Prelog und Günter Helmchen überarbeitet.

Datei:Cip beispiel.png

Beispiel für die Anwendung der CIP-Konvention, die Substituenten werden nach ihrer Priorität geordnet, der Substituent niedrigster Priorität wird unter die Bildebene gedreht, die Richtung der Kreisbewegung an den Subst. entlang definiert die absolute Konfiguration

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 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 usw.
    • Bei gleicher Ordnungszahl hat der Substituent mit der Höheren Masse die höher 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 - grob gesprochen - an andere Atome (Zweitatom) mit höherer Summe der Ordnungszahlen gebunden ist; genauer gilt dass in diesem Falle die sog. 2te Sphäre (eine Menge von Atomen) des einen Substituenten mit der 2ten 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:
        • 1. Es gibt in der Sphäre des einen Substituenten ein Atom welches eine Ordnungszahl hat die höher ist als alle Ordnungszahlen in der anderen Sphäre -> dieser Substituent erhält die höhere Priorität.
        • 2. Nur wenn dies nicht der Fall ist wird die Summe aller Ordnungszahlen gebildet (wobei Doppel- und Mehrfachbindungen aufgelöst werden müssen) - der Substituent mit der höheren Summe erhält die höhere Priorität. (diese 2 Regeln müssen immer in dieser Reihenfolge angewandt werden - nur so lässt sich etwa die (R)-Konfiguration von L-Cystein erklären; sofortige Summenbildung würde (S)-Konfiguration ergeben!)
        • 3. Falls nötig müssen weitere Sphären untersucht werden (dritte Sphäre, etc.)
  • Nun dreht man den Substituenten niedrigster Priorität 4 unter die Bildebene, und macht dann eine Kreisbewegung um das aktive Zentrum, vom Substituenden 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 Subsituenten 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 den 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

• R.S. Cahn, C.K. Ingold and V. Prelog, Angew. Chem., 1966, 78, 413-447
• V. Prelog, G. Helmchen, Angew. Chem., 1982, 94, 614-631