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Notas de Estereoquímica

 

A. Regras CIP

Os três químicos, R. S. Cahn (Inglaterra), C.K. Ingold (Inglaterra), e V. Prelog (Suiça), conceberam um sistema de nomenclatura que em conjunto com o sistema IUPAC, permite a identificação de uma molécula descrevendo claramente os seus centros quirais. Este sistema, chamado de sistema R,S ou sistema Cahn-Ingold-Prelog (CIP), é agora amplamente utilizado e faz parte das regras da IUPAC.

As regras CIP atribuem uma ordem de prioridade para os quatro ligandos do centro quiral:

 

1. Um maior número atómico tem prioridade em relação aos números inferiores.

Para aplicar esta regra:

 

a) Os substituintes são listados por ordem decrescente de número atómico do átomo directamente ligado ao centro quiral.

b) Quando dois ou mais dos átomos ligados ao centro quiral são idênticos, o número atómico dos átomos directamente ligados a eles determina a ordem. Não se encontrando diferença nesse nível é o próximo nível de átomos que deve ser considerado até ser alcançada uma conclusão.

c) Para todos os átomos, com excepção do átomo de hidrogénio, é atribuída a valência formal 4. Quando a valência real é inferior (como no azoto, oxigénio ou carbanião), os átomos fantasma ou duplicados (designado pelo índex 0) são usados ​​para levar a valência até quatro. Aos átomos fantasma (phantom) é atribuído o número atómico zero, sendo necessariamente a mais baixa prioridade. Desta forma, o ligando -N+H(CH3) 2 tem maior prioridade do que -N(CH3) 2.

d) As ligações duplas e triplas são consideradas como se fossem divididas em duas ou três ligações simples, respectivamente.

 

2. Uma maior massa atómica tem prioridade em relação às massas inferiores.

a) Um átomo de trítio (3H) prevalece sobre um de deutério (2H), que por sua vez, tem prioridade sobre um de prótio (1H), o isótopo de hidrogénio mais abundante. Da mesma forma, qualquer isótopo mais pesado (tal como 14C) tem prioridade sobre qualquer de massa inferior (o carbono comum é 12C).

 

 

B. Atribuição da designação R ou S à uma molécula

Com a ferramenta obchiral juntamente com NavMol poderá atribuir a designação de R ou S ao centro quiral de uma dada molécula no formato MDL Molfile. Veja como fazer operações comuns (ponto 5).

 

Nós mostramos como pode fazer isso para a estrutura no ficheiro S_1.mol.

 

Pode imprimir as informações de quiralidade da molécula S_1 no ficheiro S_1.mol com a ferramenta obchiral. Digitando:

"obchiral S_1.mol "

 

O obchiral irá fornecer a seguinte mensagem:

 

“Molecule 1:”

“Atom 2 Is Chiral C3”

“Atom4refs: 1 3 4 5”

“Volume= 2,94711”

“Atom refs= 1 2 3 4”

“Clockwise? 1”

   

Desta forma, sabe de imediato que a molécula S_1 tem um átomo de carbono quiral com a numeração 2, a lista ordenada (1 3 4 5) e o valor de paridade 1.

 

Com o NavMol, poderá saber quais são os quatro ligandos do centro quiral e consequentemente poderá atribuir-lhes prioridades de acordo com as regras CIP.

 

1) Coloque o ficheiro navmol4h.exe na directoria C:/exemplo1

 

Abra a janela MS-DOS e vá para a directoria exemplo1, digitando

 “C:\” e pressione a tecla [Enter];

 “cd c:\exemplo1” e pressione a tecla [Enter];

 

Abra o ficheiro S_1.mol com o NavMol digitando o seguinte comando

" navmol  S_1.mol"

 

Agora poderá usar o NavMol para navegar na molécula (pode aceder às notas do NavMol na documentação deste programa).

 

Quando a molécula é carregada, o NavMol fornece a mensagem: "Número de átomos: 5 " e "Número de ligações: 4”. Isto significa que a molécula tem 5 átomos e 4 ligações.

 

O NavMol começa a navegar no átomo com numeração 1, desta forma aparece uma mensagem dizendo: "Presente Br1 1 vizinho ". Isto significa que o átomo onde estamos é um átomo de bromo (Br), com numeração 1 e tem um átomo vizinho.

 

Digite "q" para obter informações sobre o vizinho, e aparecerá: "C2 lig1". Isto significa que o vizinho é um átomo de carbono (C), com numeração 2 e que se encontra ligado ao presente átomo de bromo por uma ligação simples (lig1).

 

Digite "2" para saltar para o átomo de carbono com a numeração 2 e aparecerá uma mensagem: "Presente C2 4 vizinhos", o que significa que o presente átomo é agora um átomo de carbono, com numeração 2 e tem 4 vizinhos. Encontrou já o átomo quiral!

 

Digite "q" para obter informações sobre o primeiro vizinho do presente átomo de carbono, e aparecerá: "X J Br1 lig1". O "X" indica que o átomo já foi visitado, e o "J" indica que este foi o último átomo a ser visitado. É um átomo de bromo, com numeração 1 e encontra-se ligado ao presente átomo de carbono por uma ligação simples.  

 

Digite "w" para obter informações sobre o segundo vizinho. Receberá a mensagem seguinte: "Cl3 lig1". É um átomo de cloro (Cl), com numeração 3 e encontra-se ligado ao presente átomo de carbono por uma ligação simples.

 

Digite "e" para obter informações sobre o terceiro vizinho: "F4 lig1". O terceiro vizinho é um átomo de flúor (F), com numeração 4 e está ligado ao presente átomo de carbono por uma ligação simples.

 

Por fim, digite "r" para obter informação sobre o quarto vizinho. "H5 lig1". O quarto vizinho é um átomo de hidrogénio (H), com numeração 5 e está ligado ao presente átomo de carbono por uma ligação simples.

 

Quando encontra o átomo com a numeração 5, sabe que atingiu o último átomo, uma vez que desde o início foi informado que a molécula tem cinco átomos.

 

Agora tem que atribuir um número de prioridade a cada substituinte no centro quiral, pelas regras da CIP (ver A.). Através da aplicação das regras CIP, a listagem dos quatro substituintes em ordem decrescente de prioridade é Br (numeração 1 é o substituinte com o maior número de prioridade), Cl (numeração 3 é o substituinte com a segunda prioridade mais elevada), F (numeração 4 é o substituinte com a terceira prioridade mais elevada) e H (numeração 5 é o substituinte com a quarta prioridade mais elevada). Consequentemente, a lista ordenada da sequência de prioridades dos substituintes à volta do átomo de carbono tetraédrico com numeração dois é "1 3 4 5". Esta é a mesma lista ordenada que foi obtida pelo obchiral (lista de paridade), desta forma o valor da paridade 1 do obchiral corresponde à configuração R.

 

Se tiver dúvidas de que atribui correctamente a designação R ou S à molécula S_1, poderá confirmá-la com o nome IUPAC ou com a sequência SMILES.

 

As informações estereoquímicas da molécula S_1 no formato MDL Molfile podem ser obtidas através da conversão para o seu nome IUPAC com a ferramenta molconvert.

 

O comando Molconvert:

 

molconvert name S_1.mol

 

O molconvert exibirá a mensagem:

 

“(R)-bromo(chloro)fluoromethane”

 

A obtenção da sequência SMILES da molécula S_1 no formato MDL Molfile com o molconvert ou o babel permite também a interpretação das características estereoquímica da molécula S_1.

 

O comando Molconvert:

 

molconvert smiles S_1.mol

 

O molconvert exibirá a mensagem:

 

“[H][C@@](F)(Cl)Br”

 

Deverá olhar para o centro quiral a partir da direcção do substituinte “a partir de” (o primeiro substituinte listado no SMILES) e"@@"indica que os outros três substituintes são listados no sentido dos ponteiros do relógio.

 

Para a atribuição da designação R/S, deverá ordenar os substituintes pelas regras CIP por ordem decrescente de prioridade - Br é o substituinte com a prioridade máxima, Cl e F, é o segundo e o terceiro respectivamente, e H é o substituinte com a prioridade mais baixa. Uma vez classificados os quatro substituintes em torno do centro quiral, pode ser determinada a configuração R ou S. A molécula tem que ser mantida de modo que o grupo com menor prioridade na sequência aponte no sentido oposto ao observador. No caso da molécula S_1, tem que ser visto do lado oposto ao substituinte H, i.e. do lado oposto ao apresentado pela sequência SMILES. Contudo tendo em conta as regras CIP os três ligandos foram classificados em ordem inversa à referida na sequência de SMILES. Portanto, quando o centro quiral é visualizado com o ligando H apontando para fora, os outros três ligandos classificados de acordo com as regras CIP estão ordenados no sentido dos ponteiros do relógio. Isso significa que a molécula S_1 tem a configuração R.

 

C. Uso de braços e dedos das mãos na determinação de quiralidade na versão sem imagens e na versão com imagens.

 

 

REFERÊNCIAS

  • J. McMurry, Organic Chemistry, 5th ed., Brooks/Cole, 2000.

  • T.W.G. Solomons, C.B. Fryhle, Organic Chemistry, 8th ed., John Wiley & Sons, Hoboken, NJ, 2004.

  • J. March, Advanced Organic Chemistry, 4th ed., John Wiley & Sons, New York, 1992.

  • J. Gasteiger; T. Engel, Chemoinformatics: A Textbook, Wiley-VCH, Wienheim, 2003.

  • SMILES Home Page (acedido em Maio 2010).

  • CTfile Formats (acedido em Maio 2010).

 

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última actualização: 21.03.2016