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序列法則

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序列法則是一套用於有機化學的規則,用來命名有機分子的立體異構現象。一個有機分子可能含有多個立體中心雙鍵,而每一個都給了這個分子兩種可能的組態。這個規則的目的是給予立體中心R/S標記,雙鍵E/Z標記,而使每個組態都可以用系統性的語言來描述。

序列法則和其他的命名原則,如IUPAC命名法有顯著的不同,原因是此規則是被制定來命名有立體異構物的分子,而不是來一般的分類與描述化合物

使用序列法則的步驟通常是:

  1. 標記立體中心和雙鍵;
  2. 標記連著立體中心的四個基團的優先順序,和雙鍵兩端原子個別所接的兩個基團的優先順序(兩端分開標記);
  3. 標記立體中心的R/S,和雙鍵的E/Z。

標記優先順序[编辑]

R/S和E/Z標記是建於与立體中心(或雙鍵)相连的基團的優先順序上的。所以標示這些優先順序的步驟,是整個序列法則的核心。

首先比較的是直接接到該立體中心的原子的原子序(原子序数),原子序愈大的即可拿到較大的優先順序。假如是原子序相同的情形,則分別表列直接連接該原子的原子,即與立體中心距離為二的那些原子,並以原子序降序排列。然後逐原子比較,當一有差別出現,擁有較大原子序的一方即有較大的優先順序。如果還是相同,在表上的原子將被他們所們所接的原子,即與立體中心為三的原子所取代,並個別做降序排列,然後再度逐原子比較。整個步驟將重複不斷進行,直到出現差異為止。

重复上述步骤时,如果遇到构型不相同的立体中心或双键,则它们之间的顺序也不相同。含R构型立体中心的基团在先,含S构型立体中心的基团在后;含Z型双键的基团在先,含E型双键的基团在后。

舉些例子以助於說明這個比較的過程:

  • -OH > -CH3:-OH基團直接接到立體中心的原子(O)的原子序大於-CH3直接接到立體中心的原子(C)。
  • -CH(OH)CH3 > -CH2OH:直接接立體中心的原子都是碳,但與原子中心距離為二的表不同,分別是(O,C,H)和(O,H,H)。最早的區別是第二行的碳與氫,而碳原子序比較大,故取得較大優先順序。
  • -CH(OCH3)CH3 > -CH(OH)CH2OH:與立體中心距離為二的表皆是(O,C,H),故我們製造距離三的表:((C),(H,H,H),());((H),(O,H,H),())。最早的差距是第1-1行的碳和氫。認為第2-1行的氧取得優先順序是不正確的(因為要照順序比)。
  • -CH(CH2F)OCH3 > -CH(CH3)OCH2F:距離二表(O,C,H);(O,C,H)距離三表((C),(F,H,H),());((C),(H,H,H),()),認為後面距離為四的氟贏是不正確的,因為差別在距離三即出現。

同位素[编辑]

當兩基團只有同位素的差別,則以質量數來比較:

  • -CDH2 > -CH3:與立體中心距離二的表是(D,H,H);(H,H,H),而D = 2 > H = 1。
  • -CH(OD)CH3 > -CH(OH)CTH2:距離二的表相同(O,C,H),故製作距離三的表((D),(H,H,H),());((H),(T,H,H),())。在1-1行,D > H,取得較大優先順序。
  • -CH2CH2CH3 > -CDHCH3:由於基團有原子上的不同,故以原子序作為比較的基準,而前者在距離三取得較大的優先順序。認為距離二的時候 D > H 是不正確的。

雙鍵三鍵[编辑]

如果甲原子與乙原子之間為雙鍵,則把甲原子視為用單鍵與兩個原子連接:乙原子以及一個與乙原子有相同原子序且只與甲連接的虛擬原子。當乙原子要被替換為與他相連的原子時,甲原子不算,以避免往回找的現象,不過會包括一個虛擬的甲原子,這樣,雙鍵就被正確的詮釋了。 例子:

  • -CH=O > -CH2OH:距離二的表分別是(O,虛擬O,H);(O,H,H)。虛擬O取得了較高的優先順序。
  • -CH(OCH3)2 > -CH=O:距離二的表分別是(O,O,H);(O,虛擬O,H),是相同的。但在距離三的時候,虛擬O並沒有和任何其他東西相接,故表為((C),(C),());((虛擬C),(),())。在第二行 C > 無東西。
  • -CH=CH2 > -CH(CH3)2:距離二的表是(C,虛擬C,H);(C,C,H),故比較距離三:((虛擬C,H,H),(),());((H,H,H),(H,H,H),())。距離三表中的虛擬C是用來表達C=C雙鍵的另一個方向。

碳環[编辑]

當遇到含有碳環的化合物時,必須要把他展開為樹狀(被作者稱為分層圖)。方法是從立體中心開始,走所有可能的路徑,當在某條路徑上,遇到一個該條路徑已經走過的原子時,把該原子變成個虛擬的原子,以確保這樹是有限的。同一個原子可能在該樹上出現多次,有時是原本的,有時是虛擬的。

標記雙鍵與立體中心[编辑]

立體中心:R/S[编辑]

當一個立體中心的四個基團都被給予了優先順序之後,使該分子在空間中,擁有最低優先順序的取代基是指離觀察者的(即位於虛形鍵上)一个。假設四個基團分別被標示為1(最高優先)到4(最低優先),那麼從1到3所轉的方向標記了該個立體中心。當1到2到3的方向是順時鐘時,我們標記它為R,若是逆時鐘則為S。這些名字是由拉丁文的左和右來的。

雙鍵:E/Z[编辑]

對於類和那些具有雙鍵的有機化合物,基團還是一樣的被標記優先順序,但在這裡,重要的是雙鍵兩邊的碳原子所接的基團中,優先順序較高的那一個的相對位置。當兩個優先順序較高的基團在雙鍵的同側,即是的位置,即把這雙鍵標記為Z。若在相對的位置,即標記為E。這名字則是來自於德文的一起和相對。

多個標記[编辑]

很重要的一點是,一個化合物中,可能會有許多的地方需要標記。舉例來說,麻黃鹼可以在(1R,2S)和(1S,2R)的形式存在。但(1R,2R)和(1S,2S)的組成也是存在的。基本上,有n個立體中心和雙鍵,就會有2n個異構物,但有時候,有些異構物是不可能存在的,从而降低了可能存在的異構物數目。

參見[编辑]

参考资料[编辑]

“Cahn-Ingold-Prelog顺序规则”的最初文献:

IUPAC的立体化学命名法:

  • IUPAC Rules for the Nomenclature of Organic Chemistry. Section E, Stereochemistry (Recommendations 1974). [1]