カーン・インゴールド・プレローグ優先則

有機化学において、カーン・インゴルド・プレローグ（CIP）配列規則（CIP優先規則とも呼ばれ、ロバート・シドニー・カーン、クリストファー・ケルク・インゴルド、ウラジミール・プレローグにちなんで名付けられた）は、分子の立体異性体を完全かつ明確に命名するための標準的なプロセスである。 ^{[1] [2] ：26} CIPシステムの目的は、各立体中心にRまたはS記述子を割り当て、各二重結合にEまたはZ記述子を割り当て、系統名に記述子を含めることで分子全体の配置を一意に指定できるようにすることである。分子には任意の数の立体中心と任意の数の二重結合を含めることができ、通常、それぞれから2つの異性体が生成される。立体中心の数を表す整数nを持つ分子には、通常2 n個の^立体異性体と、それぞれが関連する一対のエナンチオマーを持つ2 ^{n −1 個}のジアステレオマーが^{[3] [4]} CIP配列規則は、配位数が4未満のすべての有機分子のすべての立体異性体の正確な命名に貢献しています（ただし、配位数が6の場合も含まれ、この用語は中心に結合した「隣接原子の数」を指します）。^{[2] : 26f  [4]}

CIP配列規則を定めた主要な論文は1966年に発表され^[5]、その後さらに改良が加えられ^[6] 、 1974年に有機命名法を定義する公式機関である国際純正応用化学連合（IUPAC）の規則に組み込まれました。^{[2] : 26ff}この規則はその後改訂され、最近では2013年に^{[7] 、IUPACの書籍}『有機化学命名法』の一部として改訂されました。IUPACによる規則の提示は、その使用に関する公式かつ正式な標準を構成しており、「この方法は、配位数が4までのすべての化合物をカバーするように開発されており、配位数が6の場合にも拡張され、そのような化合物のすべての構成と配座にも適用されます」と記されています。^{[2] : 26ff}しかしながら、IUPACの文書は徹底した紹介を提供しているものの、「非常に単純なケース以外でシーケンスルールを使用する前に、オリジナルの論文、特に1966年の論文を研究することが不可欠である」という注意が含まれています。^{[2] : 26f}

最近の論文では、正しい記述子が不明瞭な特定の分子に対処するために、いくつかの規則（シーケンス規則 1b および 2）を変更することを主張しています。^[8]しかし、別の問題が残っています。まれに、同じ分子の 2 つの異なる立体異性体が同じ CIP 記述子を持つ場合があり、CIP システムでは立体異性体を明確に命名できない可能性があり、他のシステムのほうが望ましい場合があります。^{[9] : 27}

CIP システムを使用して分子に名前を付ける手順は、次のように説明されることが多いです。

1. 立体中心と二重結合の同定;
2. 各立体中心または二重結合原子に結合した基への優先順位の割り当て。
3. R / SおよびE / Z記述子の割り当て。

R / SおよびE / Z記述子は、各立体中心に結合したグループの優先順位をランク付けするシステムを使用して割り当てられます。この手順は、シーケンス ルールとも呼ばれ、CIP システムの中核をなしています。このセクションの概要では、まれな場合にのみ必要なルールがいくつか省略されています。

1. 立体中心に直接結合している原子の原子番号( Z )を比較します。原子番号 Z が大きい原子を持つグループが、より高い優先順位 (つまり番号 1) を受け取ります。
2. 同点の場合は、立体中心から距離 2 にある原子を考慮する必要があります。立体中心に直接結合している原子に結合している追加の原子の各グループについてリストが作成されます。各リストは、原子番号 Z の降順で並べられます。次に、リストが原子ごとに比較されます。最も早い違いでは、原子番号 Z が大きい原子を含むグループが優先されます。
3. それでも同点の場合は、2 つのリストの各原子が、その原子に結合している他の原子 (立体中心から 3 の距離) のサブリストに置き換えられ、サブリストは原子番号 Z の降順で並べられ、構造全体が再び原子ごとに比較されます。このプロセスは、同点が解消されるまで、立体中心から 1 結合ずつ離れた原子で再帰的に繰り返されます。

2つのグループが同位体のみ異なる場合は、より大きな原子質量が優先順位の設定に使用されます。^[10]

原子 A が別の原子と二重結合している場合、原子 A は「同じ原子に 2 回結合している」ものとして扱われます。^[11]二重結合している原子は、単結合している原子よりも優先順位が高くなります。^[11]二重結合の優先グループを扱う場合、アークを作成するときに同じ原子を 2 回訪問できます。^[12]

B が結合原子のリストに置き換えられると、A 自体は除外されるが、その「ファントム」は除外されない。これは、直前にたどった結合を二度たどらないという一般原則に従って行われる。三重結合は、A と B がそれぞれ他方の 2 つのファントム原子に結合されていることを除いて、同じように扱われる。^{[2] : 28}

原子上の2つの置換基が互いに幾何異性体である場合、 Z異性体はE異性体よりも優先順位が高くなります。二重結合の同じ面に2つのより優先順位の高い基を含む立体異性体（シス）は「Z」に分類されます。炭素-炭素二重結合の反対側に2つのより優先順位の高い基を持つ立体異性体（トランス）は「E」に分類されます。^[13]

1つ以上の環を含む分子を扱うには、まず立体中心から始まるすべての可能な経路の結合をたどって、分子をツリー（階層的有向グラフと呼ばれる）に展開する必要があります。トラバース中に、現在の経路がすでに通過した原子に遭遇すると、ツリーを有限に保つためにファントム原子が生成されます。元の分子の1つの原子がツリーの多くの場所（一部はファントムとして、一部はファントムとしてではない）に現れることがあります。^{[14] : 572}

キラルsp ^{3混成異性体には}、 4 つの異なる置換基が含まれます。4 つの置換基すべてに、その原子番号に基づいて優先順位が割り当てられます。立体中心の置換基に優先順位が割り当てられた後、最も優先順位の低いグループが観察者から遠ざかるように分子を空間的に配向します。置換基に 1 (最高優先順位) から 4 (最低優先順位) の番号が付けられている場合、1、2、および 3 を通る曲線の回転方向によって立体異性体が区別されます。配置異性体では、最も優先順位の低いグループ (ほとんどの場合、水素) は、読者から遠ざかる平面またはハッチングされた結合の後ろに配置されます。最も優先順位の高いグループには、残りのグループに接続する弧が描かれ、3 番目の優先順位のグループで終わります。時計回りに描かれた弧には、直( R ) が割り当てられます。反時計回りに描かれた弧には、左( S ) が割り当てられます。名前は、それぞれ「右」と「左」を意味するラテン語に由来しています。^{[15] [16]}有機異性体を命名する場合、直角または正角の割り当ての略語を名前の前に括弧内に置く。例えば、直角割り当ての3-メチル-1-ペンテンは、( R )-3-メチル-1-ペンテンと表記される。^[12]

エナンチオマーがRかSかを判断する実用的な方法は、右手の法則を使うことです。分子を1 → 2 → 3の方向に指で巻き付けます。親指が 4 番目の置換基の方向を指している場合、エナンチオマーはRです。それ以外の場合はSです。

稀に、原子上の2つの置換基が絶対配置（ RまたはS ）のみ異なる場合がある。これらの置換基の相対的な優先順位を確立する必要がある場合、RはSよりも優先される。このような場合、立体中心の記述子は通常使用される大文字ではなく、小文字（rまたはs ）になる。 ^[17]

二重結合分子の場合、二重結合の置換基の優先順位を決定するために、カーン・インゴルド・プレログ優先規則（CIP規則）が採用される。高優先基の両方が二重結合の同じ側にある場合（シス配置）、立体異性体はZ配置（zusammen、 ドイツ語で「一緒に」を意味する）に割り当てられる。高優先基が二重結合の反対側にある場合（トランス配置）、立体異性体はE配置（entgegen、ドイツ語で「反対」を意味する）に割り当てられる^[18]

立体中心が形成される場合、配置を指定する必要があります。非共有結合相互作用が存在しない場合、化合物はアキラルです。一部の専門家は、これを説明する新しいルールを提案しました。このルールは、優先順位を割り当てるときに「非共有結合相互作用には0と1の間の架空の数字がある」と述べています。^{[19]これが起こる化合物は}配位化合物と呼ばれます。

いくつかのスピロ化合物、例えばSDP配位子（（R）-および（S）-7,7'-ビス（ジフェニルホスファニル）-2,2',3,3'-テトラヒドロ-1,1'-スピロビ[インデン]）は、環が互いにほぼ直角に位置し、各分子をその鏡像に重ねることができない、キラルなC _{2対称分子を表す。} ^[12]スピロ炭素Cは立体中心であり、優先順位はa>a′>b>b′に割り当てることができ、この場合、一方の環（両方とも同じ答えを与える）にはスピロ炭素に隣接する原子aとbが含まれ、もう一方にはa′とb′が含まれる。Cでの配置は、他の立体中心と同様に割り当てることができる。

以下は命名法の適用例である。^[20]

化合物が複数のキラル立体中心を持つ場合、各中心はRまたはSで表されます。たとえば、エフェドリンは(1 R ,2 S ) および (1 S ,2 R ) 立体異性体として存在し、これらは互いに異なる鏡像形であるため、エナンチオマーになります。この化合物は、 (1 R ,2 R ) および (1 S ,2 S )と表記される 2 つのエナンチオマーとしても存在し、これらはエフェドリンではなく擬似エフェドリンと名付けられています。これら 4 つの異性体はすべて、体系的な命名法では 2-メチルアミノ-1-フェニル-1-プロパノールと呼ばれます。ただし、エフェドリンと擬似エフェドリンはジアステレオマー、つまり鏡像コピーとして関連していないためエナンチオマーではない立体異性体です。擬似エフェドリンとエフェドリンは、ジアステレオマーとして、それぞれの ラセミ混合物であっても化学的性質が異なるため、異なる名前が付けられています。

より一般的には、任意のエナンチオマーのペアについて、すべての記述子は反対です。つまり、( R、R ) と ( S、S ) はエナンチオマーであり、( R、S ) と ( S、R ) も同様です。ジアステレオマーは、少なくとも 1 つの共通の記述子を持ちます。たとえば、( R、S ) と ( R、R ) はジアステレオマーであり、( S、R ) と ( S、S ) も同様です。これは、3 つ以上の立体中心を持つ化合物にも当てはまります。つまり、2 つの立体異性体が少なくとも 1 つの共通の記述子を持つ場合、それらはジアステレオマーです。すべての記述子が反対の場合、それらはエナンチオマーです。

メソ化合物は、2つ以上の立体中心を持つにもかかわらず、アキラルな分子である。メソ化合物は鏡像と重ね合わせることができるため、2n^則によって予測される立体異性体の数が減少する。これは、分子が対称面を獲得し、分子が中心の炭素-炭素結合の周りを回転するためである。^[12]一例として、メソ酒石酸があり、( R , S )は( S , R )形式と同じである。メソ化合物では、 RとSの立体中心は対称的に配置されたペアで発生する。^[21]

2 つの立体異性体の相対配置は、アスタリスク(*)付きの記述子RおよびSで表されます。 ( R *, R *) は、2 つの中心が同一の配置 ( R、R ) または ( S、S ) を持つことを意味し、 ( R *, S *) は、2 つの中心が反対の配置 ( R、S ) または ( S、R ) を持つことを意味しています。まず、最も小さい番号 (IUPAC 体系番号による) の立体中心には、R * 記述子が与えられます。

2つのアノマーを指定するために、相対的な立体記述子アルファ（α）とベータ（β）が使用される。αアノマーでは、アノマー炭素原子と参照原子は反対の配置（ R、S）または（S、R ）を持ちますが、βアノマーではそれらは同じ（R、R）または（S、S）です。^[22]

立体化学は、ケトンなどの三方晶系分子に面を割り当てる役割も果たしている。求核付加反応における求核剤は、2 つの反対の側または面からカルボニル基に近づくことができる。アキラルな求核剤がアセトンを攻撃する場合、両方の面は同一であり、反応生成物は 1 つだけである。求核剤がブタノンを攻撃する場合、面は同一ではなく (エナンチオトピック)、ラセミ体生成物が得られる。求核剤がキラル分子の場合、ジアステレオ異性体が形成される。分子の 1 つの面が置換基または幾何学的制約によって他の面と比較して保護されている場合、その面はジアステレオトピックと呼ばれる。立体中心 ( RまたはS ) の立体化学を決定するのと同じ規則が、分子基の面を割り当てるときにも適用される。その場合、面はRe面およびSi面と呼ばれる。^{[23] [24]}右側の例では、化合物アセトフェノンをRe面から見たものである。この側からの還元プロセスのような水素化物付加により、( S )-エナンチオマーが形成され、反対側のSi面からの攻撃により、( R )-エナンチオマーが得られる。ただし、化学基の優先順位を考慮する必要があるため、 Re面からプロキラル中心に化学基を追加しても、必ずしも( S )-立体中心が得られるわけではないことに注意する必要がある。つまり、生成物の絶対立体化学は、どの面から攻撃されたかではなく、それ自体で決定される。上記の例では、塩化物( Z = 17) をRe面からプロキラル中心に追加すると、( R )-エナンチオマーが得られる。

• キラリティー（化学）
• 記述子（化学）
• E – Z表記
• 異性体
• 立体化学